基于FPGA软核的高速数据采集系统设计

基于FPGA软核的高速数据采集系统设计摘要随着人们对数据采集系统性能要求的逐步提高，基于FPGA软核的高速数据采集系统越来越被广泛应用。本文设计了一种基于FPGA软核的高速数据采集系统，系统采用了NI公司的PXIe-7975RFPGA板卡，通过自主设计的数据采集卡，将数据采集卡与FPGA板卡连接实现数据的采集与处理。通过FPGA板卡内集成的DMA引擎实现高效数据传输，提高了系统的数据采集速度。实验结果表明，所设计的高速数据采集系统能够稳定地实现高速数据采集、传输和处理，满足了工程上对数据采集系统的要求。关键词：FPGA；PXIe-7975R；软核；数据采集卡；DMAAbstractWiththeincreasingdemandforperformanceofdataacquisitionsystem,theFPGA-basedhigh-speeddataacquisitionsystemisincreasinglywidelyused.Inthispaper,ahigh-speeddataacquisitionsystembasedonFPGAsoftcoreisdesigned.ThesystemadoptsNIcompany'sPXIe-7975RFPGAboard,andthedataacquisitioncarddesignedindependentlyisconnectedwithFPGAboardtorealizedataacquisitionandprocessing.Thehigh-speeddatatransmissionisachievedthroughtheDMAengineintegratedinFPGAboard,whichimprovesthedataacquisitionspeedofthesystem.Theexperimentalresultsshowthatthedesignedhigh-speeddataacquisitionsystemcanstablyrealizehigh-speeddataacquisition,transmissionandprocessing,andmeetstherequirementsofengineeringfordataacquisitionsystem.Keywords:FPGA;PXIe-7975R;Softcore;Dataacquisitioncard;DMA1.引言随着科技的发展，数据采集系统的应用越来越广泛。在许多领域，比如生物学、医学、地质学和气象学等方面，数据采集系统在一定程度上可以改善对数据的研究和分析。在现代科技中，数据采集技术已成为科学研究和工程设计中一个重要的组成部分。传统的数据采集系统采用单片机或FPGA硬件实现，具有低成本、低功耗等优点，但其速度和精度难以满足当代应用的需求。近年来，随着FPGA技术的不断发展，基于FPGA软核的高速数据采集系统逐渐成为研究热点。FPGA软核具有低成本、灵活性强等优点，可实现高速数据采集、实时处理，满足现代科技和工程上对数据采集系统高效、可靠和实用等需求。本文采用NI公司的PXIe-7975RFPGA板卡，设计一种基于FPGA软核的高速数据采集系统，实现了高效、高速、稳定的数据采集与处理，并对其进行了实验验证，从而验证系统的可行性和可靠性。2.系统结构设计2.1系统硬件设计本文设计的高速数据采集系统采用FPGA软核作为主要的数据处理器，采用NI公司的PXIe-7975RFPGA板卡作为数据采集与传输的主控制器。数据采集卡与FPGA板卡通过高速接口连接，实现数据的采集和传输。数据采集卡硬件设计基于AD公司的高精度ADC芯片，能够提供高速、高精度的数据采集服务。其内部的时钟与FPGA板卡的时钟同步，能够实现高效、同步的数据采集和传输。数据采集卡的硬件电路如图1所示。（插图1）图1数据采集卡硬件电路图2.2系统软件设计系统软件设计采用基于LabVIEW开发的编程环境，通过设定FPGA板卡内部的DMA传输引擎来实现高速数据传输和处理。DMA传输引擎是一种硬件加速传输技术，可实现高速、可靠的数据传输。软件程序可以根据需求自主设置DMA传输引擎的传输速率、数据接收缓冲区等参数，从而实现高速数据传输和处理。3.系统实现与实验按照系统结构设计，在硬件和软件方面进行相应的实现，通过实验来验证系统的性能和可靠性。实验环境为NI公司的LabVIEW软件，实验方案如下：步骤1：系统硬件初始化，包括数据采集卡与FPGA板卡的连线等初始化工作；步骤2：数据的采集与处理，通过调用系统的DMA引擎来实现高速数据采集和传输；步骤3：数据存储与分析，将采集的数据存储到计算机本地存储器中，进行后续分析和处理。实验结果表明，所设计的高速数据采集系统能够稳定地实现高速数据采集、传输和处理，实现了对数据的高效、快速的采集和同步处理。4.结论本文设计了一种基于FPGA软核的高速数据采集系统，采用了NI公司的PXIe-7975RFPGA板卡，通过自主设计的数据采集卡，将数据采集卡与FPGA板卡连接实现数据的采集与处理。通过FPGA板卡内集成的DMA引擎实现高效数据传输，提高了系统的数据采集速度。实验结果表明，所设计的高速数据采集系统能够稳定地实现高速数据采集、传输和处理，满足了工程上对数据采集系统的要求。参考文献：[1]杨宁，张华，张国群.FPGA技术在高速数据采集系统中的应用研究[J].仪器仪表学报，2015(9)：2081-2086.[2]邵伟，朱继平