（信号与信息处理专业论文）基于fpga与usb20的数据采集系统设计.pdf

硕士论文 基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 摘要 本文从总体方案、硬件电路、软件程序、性能测试等几个方面详细地阐述了基于 f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统。采集系统选用高采样率低噪声的1 2 位a d 转换芯片进行 a d 转换电路设计；借助频率高、内部时延小的f p g a 芯片实现u s b 固件并以此控制u s b 接口芯片，通过乒乓的方式对采样数据进行缓存，提高了系统数据吞吐能力；运用 u s b 2 o 标准的接口芯片为整仑采集系统提供u s b 的通信能力。采用集成度较高的f p g a 芯片作为系统控制核心，降低了设计难度，提高了系统稳定性，同时还减小了设备体 积 测试表踞，系统工作稳定可靠，达到了技术指标要求。 关键词；数据采集f p g au s b 2 0 固件a d 硬士论文基于f p g a 与u s b 2 。0 的数据采集系统设计 a b s t r a c t t h ep a p e re l a b o r a t e sd e t a i l sa n dt h er e s e a r c hr e s u l t so f d a ma c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e d o nf p g aa n dt h eu s b 2 0f r o ms e v e r a la s p e c t s ，s u c ha st h eo v e r a l lp l a n t h eh a r d w a r e e l e c t r i cc i r c u i t t h es o f t w a r ep r o c e d u r ea n dt h ep e r f o r m a n c 圮t e s l a dt r a n s f o r m a t i o nc h i pw h i c hi s1 2 - b i t h i g hs a m p l i n gr a t ea n dl o wn o i s e , g u a r a n t e e s b o t ht h en o i s er a t i oa n dt h em e a s u r i n ga c c u r a c yo f t h ed a t aa c q u i s i t i o ns y s t e n l fn r o u g ht h e f p g a c h i p , t h ed a t ah a n d l i n gc a p a c i t yo f s y s t e mi ss h a r p e n e db yt h eu s eo f d a t ab u f f e ra n d p i n gp o n gt e c h n o l o g y , t h eu ：i i l i t yo ft h eu s b 2 0h a sr e a l i z e dt h ed a ms e r i a lh i g hs p e e d t r a n s m i s s i o na n ds a t i s f i e d 由er e q u e s to fh i g hd a t av o l u m e t h eu o ff p g aw i t hh i g h e r i n t e g r a t i o nr a t e ，c o m p a r i n gw i t ht h el l s eo fs e p a r a t ed e v i c e ，r e d u c e st h ed e s i g nd i f f i c u l t y , l q h a n c c $ t h es y s t e ms t a b i l i t ya n dm e a n w h i l er e d u c e st h ev o l u m eo f e q u i p m e n t k e yw o r d s ：d a t aa c q u i s i t i o n f p g au s b 2 0f i r m w a r ea d n 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：年月日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：年月 日 磺士论文基于f p g a 与u s 眈0 的数据采集系统设计 1 绪论 1 1 课题研究背景和意义 在现代航空、航天、电力、雷达、通信等领域中，往往需要测量很多，甚至多达 几百的参数。虽然这一任务可以用常规的模拟仪表来完成，但由于检测点很多，所需 要的测量仪表数量会很大，这将导致系统的可靠性下降，而且耗费很多的资源，维护 也不方便。现在可用一台计算机同时对几十个点进行检测，完成巡回检溯，如图1 1 1 所示。 叫竺竺竺卜+ 生卧 多 路 产 模 过 拟 程 开 关 再i 卜 计 算 机 图1 1 1 微机化数据采集系统 在图1 1 1 中，生产过程中的被测参数，如温度、压力、流量等，经传感器把非 电量参数编成电量，且转化成统的标准信号。由于信号比较多，计算机不可能同时 把这些信号接收，因此需要由多路模拟开关进行通道转换，分时地把信号送到采样保 持放大器、a d 转换器，把模拟量转化为数字量，然后送到计算机。由计算机对采样 数据进行预处理及二次处理，最后从计算机输出。以便进行显示、报警、打印或控制 m 。 对数据采集与处理系统的要求较多，主要包括精度要求、速度要求和实时性要求。 精度要求和速度要求是数据采集与处理过程中的核心问题，在选择何种采样方式和处 理方式时，都不能忘记这两个基本要求。随着科学技术的飞速发展，对数据处理的实 时性要求也越来越高，计算机技术的蓬勃发展为提高数据的实时性提供了广阔的前 景。 数据采集系统主要有三个突出的优点： 第一，价格低。由于大规模集成电路及计算机技术的飞速发展，使其硬件成本大 大降低。 第二，维修方便，故障自检，模块板标准化、系列化。 第三，功能得到最大的扩展。由于数据采集系统一般都配有a d 转换器，有时还 硕士论文 基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 有d a 转换器，这样计算机可以处理模拟量和数字量。 1 2u s 船0 的优越性 随着p c 机性能越来越高，其外围设备加入了更多的功能，为了把计算机和日益复 杂的外日设备高性能地连接起来，产生了支持高传输速率的u s b 2 。o 协议标准。u s b 2 0 将设备与p c 机之问的数据传输速度提高到4 8 0 m b p s ，具有多种速度的周边设备都可以 被连接到u s b 2 o 的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。u s b 2 o 兼容所有 的u s b ! 1 外部设备、线缆与连接件，在高速的前提下一样保持了u s b l 1 的特色。并且 u s b 2 0 的设备不会和u s b i 1 设备在共同使用的时候发生任何冲突。u s b 2 0 规范有以下 主要优点： ( 1 ) 速度快。接口的传输速度高达4 8 0 m b p s ，和u s b i 1 接口的1 2 m b p s 传输速度相比， 相当于u s b i 。1 接口速度的4 0 倍，完全能满足需要大量数据交换的外设的要求。 ( 2 ) 连接简单快捷。所有的u s b 外设利用通用的连接器可简单方便地连入计算机 中，安装过程高度自动化。既不必打开机箱插入插卡，也不必考虑资源分配，更不用 关掉计算机电源，即可实现热插拔。 ( 3 ) 无须外接电源。一些采用普通串口或并口设备比如打印机、扫描仪等都需要 相应的外接电源系统，而u s b 电源能向低压设备提供5 v 的电源，因此新的设备就不需 要专门的交流电源，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。 ( 4 ) 有不同的带宽和连接距离。u s b 2 o 提供低速、全速和高速三种数据传送速度 规格。全速传送时，结点问连接距离为5 m ，连接使用4 芯电缆( 电源线2 条，信号线2 条) 。该速率与标准的串行端口相比，大约快1 0 0 倍，与标准的并行端口相比，也快近 1 0 倍 ( 5 ) 支持多设备连接。利用菊花链的形式对端口加以扩展，避免了p c 机上插槽数 量对扩充外设的限制，减少p c 机i o 接口数量。 ( 6 ) 良好的兼容性。u s b 2 0 接口标准有良好的向下兼容性，u s b 2 o 版本能很好地 兼容以前u s b i 1 的产品。系统在自动检测到i 1 版本的接口类型时，会自动按照以前 的1 2 m b p s 的速度进行传输，而其他的采用2 o 版本的设备，并不会因为接入一个1 1 标 准的设备而减慢他们的速度，它们还是能以2 o 标准所规定的速度进行传输。 1 3 系统特点 系统有两个比较大的特点：1 使用u s b 2 o 的接口芯片与p c 机进行数据传输：2 运 用f p g 作为整个系统的c p u 。本章的第二小节已经对第一个特点进行了详细的说明， 在此不再重复现在就第二个特点做一番论述。 2 硕士论文 基于f p g 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 在高速数据采集系统中，通常采用单片机或d s p ( 数字信号处理器) 作为c p u ，控制 a d c ( 模数转换器) 、存储器和其他外国电路的工作。但分析基于单片机或d s p 的数据 采集系统，就会发现一些问题： ( 1 ) 单片机的时钟频率较低，难以适应高速数据采集系统的要求。而d s p 虽然可以 实现较高速的数据采集，但其速度提高的同时。也提高了系统的成本。 ( 2 ) 单片机和d s p 的各种功能要靠软件的运行来实现。执行的速度和效率较低，软 件运行时间在整个采样时间中占很大的比例。 ( 3 ) 单片机擅长于响应频繁的外部中断，d s p 擅长于处理密集的乘加运算，而数据 采集系统所要求的是进行高速简单的读写操作，如果采用高速d s p 进行数据采集，对 于d s p 的运算能力而言是一种浪费。 f p g a ( 现场可编程门阵列) 有单片机和d s p 无法比拟的优势：f p g a 时钟频率高，内 部时延小；全控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高；组成形式灵活，可以集成外围 控制、译码和接口电路。 i 4 论文的主要工作 本论文根据目前实际需要，设计出基于f p g a 与u s b 2 o 的数据采集系统，并制成了 实际电路板。系统指标参数如下：系统采样频率范围为1 5 m h z 4 0 m h z ，f p g a 与接口芯 片之间数据传输速率不低于1 5 m b p s ，数据缓存深度为9 m b i t 。论文的主要工作包括： i 根据要求提出了基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统方案，并对系统进行仿 真验证： 2 利用硬件描述语言( v h d l ) 设计u s b 固件模块并以此控制u s b 2 0 接口芯片，并 对各个子模块进行功能仿真： 3 运用2 个s d r a m 的乒乓操作，对采样数据进行缓存，控制程序用v h d l 语言编 写，并对程序功能进行仿真； 4 按照系统方案，选择合适的外围芯片，搭建了系统电路并完成硬件电路的设 计： 5 完成硬件电路调试，得出相关结果。 硕士论文基于f p l g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 2u 韶2 0 协议规范概述 从1 9 9 4 年1 1 月1 1 日u s b 总线规范0 。7 敝阃世到2 0 0 0 年4 月2 7 e l i s b 2 0 版的发布，u s b 由原来的不够完善、用户很少发展到现在的风靡全球，并成为一个标准接口；同时， u s b 的传输速度也得到了大幅度的提升。 2 1u s b 体系结构 u s b 是一种支持在主机和各式各样的即插即用外设之间进行数据交换的电缆总 线。由主机预定的标准协议使各种设备分享u s b 带宽，当其它设备和主机在运行时， 总线允许添加、设置、使用以及拆除外设。 u s b 总线的体系结构主要包含以下四个部分： u s b 主机和设备 u s b 物理总线拓扑结构 u s b 逻辑总线拓扑结构 客户端软件和功能块之间的联系 1 u s b 主机和设备 在终端用户看来，u s b 系统就是u s b 设备到主机的简单连接，但对于开发人员来 说，这种连接可被分为三个逻辑层：功能层、u s b 设备层和u s b 总线接口层，且每一 层都由主机和u s b 设备的不同功能模块组成，如图2 1 1 所示n 2 3 。 主辊互疑瑚姗 最鲁 卤c # 一 ”。“ ，i 臣固ce 蔓习 ii 蝴詹 瞄口暑 匡童田臣至团 图2 1 1u s b 主机和设备的逻辑组成 黑箭头表示主机上的实际通信。设备上的相应接口根据不同的仪器而不同，主机 4 硕士论文基于f p g 与u s 弛0 的数据采集系统设计 和设备问的通信最终发生在物理线上，但在每一水平层之间存在着逻辑接口主机中 客户程序软件与设备功能间的通信代表了设备需求与设备能力之闻的约定。 在u s b 系统中只允许有一个主机，它可被分为三个不同的功能模块：u s b 总线接口、 u s b 系统软件和客户软件 ( 1 ) u s b 总线接口 u s b 总线接口包括主控制器和根集线器两部分。根集线器为u s b 系统提供连接起 点，主控制器负责完成主机和u s a 设备之间数据的实际传输。该模块与u s b 系统软件的 接口依赖于主控制器的硬件实现。 ( 2 ) u s b 系统软件 u s b 系统软件用主控制器管理主机与u s b 设备间的数据传输，它与主控制器间的接 口依赖于主控制器的硬件定义。同时，u s b 系统软件也负责管理u s b 资源。例如带宽和 总线能量，这使客户访问u s b 成为可能。 ( 3 ) 客户软件 客户软件位于软件结构的最高层，负责处理特定u s b 设备的设备驱动器。客户程 序层描述了所有直接作用于设备的软件入口，当设备被系统检测到后，这些客户程序 将直接作用于外围硬件。这个共享的特性将u s b 系统软件置于客户和它的设备之间， 也就是说，一个客户程序不能直接访问硬件设备，而要根据u s b 总线驱动程序( u s b d ) 在客户端形成的设备映像由客户程序对它进行处理。 总体上说，主机各层有以下功能： 检测连接和移除的u s b 设备。 管理主机和u s b 设备间的数据流 检测u s b 状态和活动统计。 控制主控制器和u s b 设备之间电气接口，包括限量能量供应 2 u s b 物理总线拓扑结构 u s b 物理拓扑是指u s b 设备和主机之间的连接模型，涉及u s b 主机、设备以及它们 之间的相互连接。如图2 1 2 所示，u s b 上的设备由分层星形拓扑结构与主机进行物理 连接，u s b 连接点由一个称为集线器的特殊u s b 设备提供。这个集线器提供的额外连接 点称为端口( p o r t s ) ，包含一个内嵌集线器的主机称为根集线器( r o o th u b ) 。每个u s b 系统只能有一个根集线器，它连接在主控制器上，主机通过根集线器给u s b 设备提供 一个或多个连接点。向主机提供附加功能的u s b 设备称为功能块，为防止循环连接， 在u s b 的星型拓扑结构上强制进行分层安排，这导致了如图2 1 2 所示的树型配置“。 5 硕士论文 基于f p 6 a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 图2 1 2u s b 物理总线拓扑结构 多个功能块和一个集线器可被封装在一起构成一个多功能设备。在多功能设备内 郝，单个功能块与一个连接到u s b 的内部集线器永久连接。多功能设备中连接到集线 器的集线器和每个功能块被赋予它们自己的设备地址。具有多个独立控制接口的设备 被称为复合设备，一个复合设备只有一个设备地址。从主机来看，一个多功能设备是一 个连接了多个功能块的集线器。 集线器是u s b 结构中的特定成份，它提供叫做端口( p o r t ) 的点将设备连接到u s b 总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故 障检测和恢复。集线器或是为总线提供能源，或是为自身提供能源( 从外部得到电源) 自身提供能源的设备可插入总线提供能源的集线器中，但总线提供能源的设备不能插 入自身提供能源的集线器或支持超过四个的下游端口中。总线提供能源设备的需要超 过l o o m a 电源时，不能同总线提供电源的集线器连接。 3 u s b 逻辑总线拓扑结构 当设备按照分层星形拓扑结构连接到主机时，主机与每个逻辑设备进行通信就好 像设备是直接连接到根端口上一样。如图2 1 3 所示“2 蜉】，这种逻辑视图对应于圈 2 1 2 的物理总线拓扑结构。尽管大多数的主机逻辑设备行为使用这个逻辑结构。主 机仍然能够察觉物理拓扑结构对集线器移除的处理操作。从逻辑拓扑结构的主机来 看。当一个集线器移除的时候，所有连接到集线器上的设备必须移除。 6 颈士论文基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 图2 1 3u s b 逻辑总线拓扑结构 4 客户端软件和功能块之间的联系 虽然u s b 的物理和逻辑拓扑结构反映了总线的共享特性，客户软件( c s w ) 只处理它 感兴趣的u s b 功能接口。u s b 功能的客户软件必须用u s b 软件绽程接口来处理各种功能， 而不是像其他总线那样通过地址或i o 访闯直接处理它们的功能在这个过程中，客 户软件独立于连接在u s b 上的其他设备，这使设备和客户软件的设计者将精力集中于 软硬件间相互作用的设计细节 2 2u s b 通信流 u s b 提供了主机上软件和u s b 功能块之间的通信服务，根据不同客户与功能块之 间相互作用的要求，功能块可具有不同的通信流。从整体上而言，通过分离一个u s b 功能块的不同通信流，u s b 可以提供更好的带宽利用率。每个通信流利用一些总线访 问来完成客户端与功能块之间的通信，每个通信流终止于设备上的一个端点。图 2 2 1 说明了在端点和主机的存贮缓冲器之间，通信流是如何通过管道的”1 圈 厂而沁 竺竺 图2 2 1u s b 通信流 7 硕士论文基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 对u s b 系统来说，一个u s b 逻辑设备是端点的一个集合，u s b 系统软件使用与端 点0 相关的缺省管道来管理设备。管道是描述设备上的端点和主杌软件之阋的一个抽 象通道客户软件要求数据在主机的缓冲器和u s b 设备上的一个端点之间传送主机 控制器( 或依赖于传送方向的u s b 设备) 对数据进行打包使之在u s b 上传送，当使用总 线访问通过u s b 进行数据包的传输时，主机控制器起着协调的作用。 8 磺士论文基于f p g a 与u s b 2 。o 的数据采集系统设计 高层次设计方法和设计工具 高层次设计方法h l d ( h i g hl e v e ld e s i g n ) 是指基于硬件描述语言( h d l ) 的芯片设 计与综合，它是从八十年代末以来，a s i c 设计的最新的，最先进的设计方法，为用户 设计更大规模、更高水平、性能更优良的a s i c 产品，提供了可靠的保证。在高层次设 计方法中，当今最为重要也是应用最为广泛豹一个思想就是自顶向下( t o p - d o w n ) 设计 方法。a s i c 的高层次设计主要包括系统设计、系统综合优化、系统实现三个阶段本 章将结合本论文的实际工作，首先简要介绍这些相关知识，然后简单介绍一下本设计 中选用的设计工具和语言。 采用自项向下的设计技术，要求设计者在设计的初始阶段就必须进行系统的规划 和设计。一般来说，完整的设计流程包括电路设计与输入、功能仿真、综合、综合后 仿真、实现、布线与验证、板级仿真与调试等主要步骤，目前应用最为广泛的自顶向 下的芯片设计流程如下图3 1 所示嘲”： i 系统分析i i 结构设计i 0 累l 系统芦述l 簦 登 l 系统功能仿真 塑 参否嚣序- 综i 系统句挲优化i 合 筢ir 1 麦茜真i t r l d v n s 菘变低前的地址建立时间 0n s t a v r l 面变高后的地址保持时间 o n st m t a x 面低到数据有效的延时 2 6n s t r l d v 而高到数据输出三态的延时 o1 5n s t m - m z 面高到高的延时 0 n st r h s h 写 t w l w 舔低脉冲宽度 1 5n s 丽低脉冲宽度 1 5n s t a v w l 面变高电后的地址保持时问 on s t w h a x i i i i 变高前的数据建立时问 l l n s t d v w h 丽变高后的数据保持时间 5n s t w h d z i i l i 赢到西高的延时 o n s t w h s n 常规 读写周期 8 0 n s t c y r e a d y 低到岙低的延时 3n s t r d y i 最后一次访i ；习臼勺r e a d y 高面蔗高的时间 9 1n s t r d v 2 | | | | | 重 二 | | ： | | | | 硬士论文 基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 虑了读写周期这一个约束条件所得出的数据，在此基础上还必须满足菘低到数据有 效的延时t r l n v _ 2 6 n s ，菇低脉冲宽度t w l w h 1 5 n s ，丽变低之前的地址建立时间 t a v w l 1 针对所列举的一系列时序要求，设计了读写时序控制模块( r d 它把地址输出信号a d d r e s s _ o u t 7 o 、写入数据d a t a _ w r i t e _ o u t 1 5 0 读出数据 d a t a _ r e a d _ i n 1 5 o 以及对应的写使能信号w r i t e _ o u t 读使能信号r e a do u t ，在一 定频率的时钟c l k 驱动下，按照先后顺序逐个写入或读出。在这里，时钟的频率设定 为3 0 m n z ( 周期t = 3 3 3 3 n s ) ，每四个时钟周期为一个读写周期( 1 3 3 3 2 n s ) ，也就是说 f p g a 芯片与接口芯片i s p l 5 8 1 之间的数据传输频率为7 5 j i r - l z ，则数据传输速率为 1 5 m b p s 。图4 1 1 6 为此模块的流程图，图4 1 1 7 、图4 1 1 8 为对应的仿真波形。 读倍 图4 ，i 。1 6 读写时序流程图 图4 i 1 7 信号读出仿真波形 图4 1 1 8 信号写入仿真波形 效 硕士论文基于f f g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 3 输入输出信号切换模块( i o s w i t c h 恤) 输入输出切换模块是f p g a 与接口芯片i s p l 5 8 】之间数据正确传输的重要保证。 由于1 6 位的数据d t a 1 5 o 是双向的数据，如果没有相应的功能模块在单向数据 和双向数据之间进行转化的话，就会出现对数据总线的双驱动，所谓双驱动就是在总 线两边同时往总线上加输出信号，这样总线就处于一种不定状态( 用x 表示) 。信号的 基本状态是高电平( 1 ) 、低电平( 0 ) 、不定态( x ) 和高阻态( z ) ，当总线上同时加两个信 号时，组合起来的结果如表4 1 5 所示。 表4 l5 双驱动结果对照表 yolxz x 0oxx0 lxlxl xxx x x z olxz 由表4 1 5 - 知，当总线上有两个驱动信号的时候，很有可能产生不定状态x ，但 是如果其中一个信号为高阻态，则是一个确定的信号。所以，避免双驱动的基本思想 就是根据目前的读写状态关闭某一个驱动源，也就是将另一个驱动源输出设为高阻 态。由于读写操作是由各自的控制信号( w r _ n ，r d _ n ) 控制的，所以两个信号作为互斥 关系的信号来控制总线数据的信号源。例如，当r d j 为低时，要从i s p l 5 8 1 读取数据， 就应该关闭f p g 对总线的驱动，即将f p g a 的总线输出信号变为高阻态。反过来也一样， 当w r _ _ n 为低时，要向i s p l 5 8 1 发送数据，此时i s p l 5 8 1 会自动关闭它在总线上的输出。 因此在总线上进行数据传输时，必须一个驱动信号为有效信号，另外一个驱动信 号是高阻态。图4 1 1 9 为该模块的状态示意图，图4 1 2 0 为模块示意图，图4 1 2 1 为相应的仿真波形 s e 1 _ o u t n 2 。： s e l _ i nn 21 图4 1 1 9 输入输出切换模块状态示意图 项士论文 基于f p g a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 d 量 v r u r d _ n ih t 图4 1 2 0 输入输出切换模块 图4 1 2 1 双向数据切换模块仿真波形 4 2 采样数据处理功能设计 由本章第一节可知，f p g a 与i s p l 5 8 1 之间数据传输速率最高为1 5 m b p s ，而前端 a d 采样频率相对于f p g a 与i s p l 5 8 1 之间数据传输速率较高，为了保证一段时间内 读写数据的连续性，应当采用s d r a l i 对采样数据进行缓存。 4 2 11 5 m 8 比特采样实时传输设计 当a d 以1 5 m 的采样率进行采样时，得到的数字输出为1 2 位的信号，但是由于 采样频率较高，取1 2 位的高8 位能满足系统精度的要求。此外，f p g a 与i s p l 5 8 1 之 间的数据传输总线为1 6 位，为了简化后面的设计，在从a d 得到采样数字输出后， 通过合并数据模块( h e b i n v h d ) 将两个8 位的数据合并位一个1 6 位的数据。这样做使 输出数据的位数变为原来的2 倍，但由于总的数据吞吐能力是一定的，所以1 6 位的 数据将以采样频率的1 2 进行变化。图4 2 1 1 为数据合并的示意图。 图4 2 1 1 数据合并示意图 硕士论文 基于f p f i a 与u s b 2 0 的数据采集系统设计 4 2 2s d r a m 乒乓存储设计 实际数字电路中用到的存储器有r a m ( r a n d o ma c c e s sm e m o r y ) ，s r a m ( s t a t i c r a 奶。r o m ( r e a d - o n l ym e m o r y ) ，f i f o ( f i r s ti nf i r s to u t ) ，s d r a m ( s y n c h r o n o u s d y n a m i cr a 吣等。他们的存储特点不用，各自有不同的用途： ( 1 ) r a m 和s r 删是随机存储，存储容量小，掉电后数据丢失。按照地址线访问各单 元数据： ( 2 ) r 咖，e e p r 伽是固化的掉电数据保护的存储器，存储容量小。一般用于d s p 或 专用芯片的程序固化和上电寄存器配置，读取数据一般为i c 总线形式； ( 3 ) f i f o 是先进先出堆栈存储，没有地址线，有半满、满、半空、空等标志信号， 操作简单，但是容量很小。异步f i f o j 匿可以用作不同数据流的缓冲器，读和写时钟可 以不同，可用作“快迸慢出”或者“慢迸快出； ( 4 ) s d r a m ，加r s d r a m 是大容量的动态随机存储器，可达到5 1 2 m b i t s ，i g b i t s 或 者更高，读写速度高，支持突发式读写，但是控制复杂，需要定时刷新，p r e c h a r g e 。 激活和关闭操作行 为满足某系统要求，本设计采用的s d r 心是c y p r e s s 公司的c 1 7 c 1 3 6 2 v 2 5 ( 5 1 2 k 1 8 ) ，主要用于在a d 采样数据大予1 5 m 时，为了实现数据的连续不丢失传输，采 用双s d r a m 的乒乓存储方式