CN103246754B - 一种高速数字信号采集、存储系统 - Google Patents

Abstract

一种高速数字信号的采集、存储系统，属于信号采集技术领域，解决了现有技术中采集、存储系统无法满足多种高速信号的实时存储要求，且接口单一，不能通过计算机软件直接调用、查看、回访存储的数据的技术问题。本发明的系统包括高速接口转接板，高速采集、存储卡，连接高速接口转接板和高速采集、存储卡的光纤高速通道。本发明的系统可以针对Full模式Camera Link数字信号，并行LVDS数字信号，或四路光纤信号进行实时采集、存储，最高存储速度达到800MB/s；同时采集、存储部分设计为带有PCIE总线的形式，方便插入工业计算机或普通PC机，通过计算机软件可调用、查看、回访存储的数据。

Description

一种高速数字信号采集、存储系统

技术领域

本发明涉及一种高速数字信号的采集、存储系统，属于信号采集领域。

背景技术

大数据量的传输、采集、存储一直是数字信号处理领域的难点。现有技术针对数字信号的采集和存储往往是分离的，即数字信号的采集依赖采集卡，存储主要依赖于PC机或工业计算机的硬盘。如中国专利视频图像采集卡（授权公告号201114366Y，授权日期2008.9.10）描述了一种基于视频的图像采集卡，其为单板图像采集卡，并没有图像存储和回放功能，导致采集、存储方式速度慢，步骤繁琐，成本高。

为解决上述技术问题，中国专利一种用于CameraLink相机的高速图像记录仪(公开号102111600A，公开日期2011.6.29)公开了集数字信号采集、存储于一体的系统，该系统包括由1块高速图像数据接收转换子板构成的高速图像数据接收转换模块，和由4块硬盘存储控制子板构成的硬盘存储控制模块，该系统替代现有基于PC机的CameraLink图像数据采集卡来获取并存储CameraLinkBase型相机和Medium型相机的图像数据，并一定程度的提高了数字信号的采集存储速度，但是由于其接口形式单一（只有CameraLink接口）、采用分布式硬盘模块作为存储单元体积大，且采集、存储和显示回放并没有集成于一块板块之上，无法满足多种高速信号的实时存储要求，如：Full模式CameraLink信号、高速并行LVDS信号及四路光纤信号的实时存储要求，也不带有PCIE总线，不能插入工业计算机或普通PC机，通过计算机软件直接调用、查看、回访存储的数据。

发明内容

本发明的发明目的是解决现有技术中采集、存储系统无法满足多种高速信号的实时存储要求，且接口单一，不能通过计算机软件直接调用、查看、回访存储数据的技术问题，提供一种高速数字信号的采集、存储系统。

本发明提供一种高速数字信号的采集、存储系统，该系统包括：

主要由接口板接口及处理单元，接口板FPGA处理单元，接口板缓存单元，接口板内部光纤接口及光电转换单元组成的高速接口转接板；

主要由存储卡光电转换单元，存储卡FPGA处理单元，存储卡缓存单元，存储卡阵列存储单元，存储卡PCIE总线单元组成的高速采集、存储卡；

所述接口板内部光纤接口及光电转换单元与所述存储卡光电转换单元通过光纤高速通道连接；

所述接口板FPGA处理单元接收接口板接口及处理单元传输的并行数据并存储到接口板缓存单元，当接口板缓存单元满时，接口板FPGA处理单元将并行数据读出接口板缓存单元，并控制接口板内部光纤接口及光电转换单元将并行数据通过光纤高速通道传输到存储卡光电转换单元，存储卡FPGA处理单元接收存储卡光电转换单元传输的并行数据并存储到存储卡缓存单元和存储卡阵列存储单元，存储卡FPGA处理单元控制存储卡PCIE总线单元接收PCIE总线上的命令，并根据命令控制存储卡阵列存储单元读出并行数据。

优选的是，所述接口板接口及处理单元包括接口板CameraLink接口及处理单元、接口板32位LVDS接口及处理单元和接口板四路光纤接口及光电转换单元。

优选的是，所述光纤高速通道包括四路光纤和连接器。

优选的是，所述高速数字信号的采集、存储系统还包括接口板电源单元和存储卡电源单元，接口板电源单元为高速接口转换板供电，存储卡电源单元为高速采集、存储卡供电。

本发明的有益效果：

(1)本发明的高速数字信号的采集、存储系统能实现高速数字信号的实时采集、存储、回访，如，可以针对最高速率85M/s的Full模式CameraLink数字信号，最高速率400M/s的32对并行LVDS数字信号，或是最高速度为4Gpbs的四路光纤信号进行实时采集、存储、回访，单板卡最高存储速度达到800MB/s，最高储容量达到8T；

(2)本发明采用接口板与核心采集、存储卡相结合的方式，通过接口板可扩展多种高速数字接口，克服了现有技术的采集、存储系统只能用于单一CameraLink接口采集的缺陷，具有通用性；

(3)本发明的采集、存储系统设计为带有PCIE总线的形式，方便插入工业计算机或普通PC机，与计算机保持互交通讯，通过计算机软件调用、查看、回访存储的数据。

附图说明

图1为本发明的高速数字信号的采集、存储系统的结构框图；

图2为本发明的高速数字信号的采集、存储系统中的高速接口转换板结构框图；

图3为本发明的高速数字信号的采集、存储系统中的高速采集、存储卡结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1-3中的箭头表示了数据的流向。

如图1所示，本发明包括高速接口转接板1，光纤高速通道2，高速采集、存储卡3；

光纤高速通道2连接高速接口转接板1和高速采集、存储卡3，同时设置了内部高速总线结构及协议，具体为：四路速率为4Gbps的光线通路，其传输协议为：速率150M/S，数据位数64位，字头A1+B2+C3，无字尾，接口板缓存单元9满时提出申请自动发送缓冲区数据。

如图2所示，高速接口转换板1包括：

接口板接口处理单元，包括接口板CameraLink接口及处理单元5、接口板32位LVDS接口及处理单元6和接口板四路光纤接口及光电转换单元7，应用时，根据数据的不同接相应的接口，其中，接口板CameraLink接口及处理单元5，由3片芯片DS90CR287及其附属电路组成，构成对Full模式CameraLink信号的解码，把标准Full模式CameraLink信号转换为64位并行数据；接口板32位LVDS接口及处理单元6，由8片芯片SN55LVDS32组成，可将400M/S的32位差分LVDS转换成单端TLL32位并行数据；接口板四路光纤接口及光电转换单元7，由四路光电转换模块、4片TLK2711芯片和时钟芯片CDCM61004组成，可将光纤信号转换为64位并行数据，具体为，光电转换模块将外部光纤信号转换为高速串行电信号，由TLK2711芯片将高速串行电信号转换为并行信号，其中每片TLK2711支持16位并行信号，四路共64位并行数据；

接口板FPGA处理单元8，由芯片SPARTAN3-500E及其附属电路组成，接口板FPGA处理单元8是高速接口转接板1的核心处理器，负责其他功能单元的状态初始化和使能控制，负责接收接口板接口及处理单元的并行数据(CameraLink信号转换成的64位并行数据，差分LVDS转换成的单端TLL32位并行数据，光纤信号转换成的64位并行数据)，并将并行数据写入接口板缓存单元9，当接口板缓存单元9满时，接口板FPGA处理单元8将缓存的并行数据读出接口板缓存单元9，并控制接口板内部光纤接口及光电转换单元10将并行数据通过光纤高速通道2传输到存储卡光电转换单元11；

接口板缓存单元9，由2片芯片IS61LV409608-12T组成，采用乒乓方式缓存接口板FPGA处理单元8所发送的并行数据，即当第一片IS61LV409608-12T读入时，另一片IS61LV409608-12T读出，然后与之相反；

接口板内部光纤接口及光电转换单元10，由4片TLK3101芯片和四路光电转换模块以及时钟芯片CDCM61004组成，负责将接口板FPGA处理单元8所发出的150M/S并行数据转换为光纤信号，传输给光纤高速通道2；

接口板电源单元4，由3片芯片PTH05000W组成，输出3.3V、2.5V、1.2V电压，给整个高速接口转接板1供电。

如图3所示，高速采集、存储卡3包括：

存储卡光电转换单元11，由4片TLK3101芯片和四路光电转换模块以及时钟芯片CDCM61004组成，负责将光纤高速通道2传输的光纤信号解码成并行数据，并传输给存储卡FPGA处理单元13；

存储卡FPGA处理单元13，由芯片Virtx-5及其附属电路组成，是主控芯片，负责控制存储卡光电转换单元11工作并通过字头(A1+B2+C3)接收其传输的并行数据缓存到存储卡缓存单元14，并应用FPGA对固态存储器的分配算法调配数据写入存储卡阵列存储单元15，存储卡FPGA处理单元13通过IP内核控制存储卡PCIE总线单元16接收计算机或PC机PCIE总线上的命令，并根据命令读出存储卡阵列存储单元15内的并行数据到PC机中；

存储卡阵列存储单元15，由芯片IDX110M01和flash芯片组成，由4块相同的子电路组成，每块子电路包括1片IDX110M01和8片flash芯片，其通过并行总线与存储卡FPGA处理单元13连接，通过接收存储卡FPGA处理单元13的命令完成对并行数据的写入、读出功能；

存储卡PCIE总线单元16，通过FPGA内核实现计算机或PC机与高速采集、存储卡3的数据交互；

存储卡电源单元12，由3片芯片PTH05000W组成，输入为PCIE插槽内的5V电压，输出3.3V、2.5V、1.2V电压，给整个高速采集、存储卡3供电。

本实施方式的高速数字信号的采集、存储系统的工作过程为：接口板CameraLink接口及处理单元5、接口板32位LVDS接口及处理单元6，接口板四路光纤接口及光电转换单元7分别将CameraLink信号转换成的64位并行数据，差分LVDS转换成的单端TLL32位并行数据，光纤信号转换成的64位并行数据；接口板FPGA处理单元8接收并行数据，并将并行数据缓存到接口板缓存单元9，当接口板缓存单元9满时，接口板FPGA处理单元8将并行数据读出接口板缓存单元9，并控制接口板内部光纤接口及光电转换单元10将并行数据转换为光纤信号并通过光纤高速通道2传输到存储卡光电转换单元11，存储卡光电转换单元11将光纤信号转换为并行数据，存储卡FPGA处理单元13接收存储卡光电转换单元11传输的并行数据并缓存到存储卡缓存单元14，存储卡FPGA处理单元13应用FPGA对固态存储器的分配算法调配并行数据存储到存储卡阵列存储单元15，并通过IP内核控制存储卡PCIE总线单元16接收工业计算机或PC机PCIE总线上的命令，存储卡FPGA处理单元13根据命令读出存储卡阵列存储单元15内的并行数据到PC机中。

Claims (4)

1.一种高速数字信号的采集、存储系统，其特征在于，该系统包括：

由接口板接口及处理单元，接口板FPGA处理单元，接口板缓存单元，接口板内部光纤接口及光电转换单元组成的高速接口转接板；

由存储卡光电转换单元，存储卡FPGA处理单元，存储卡缓存单元，存储卡阵列存储单元，存储卡PCIE总线单元组成的高速采集、存储卡；

所述高速接口转接板与所述高速采集、存储卡通过光纤高速通道连接；

所述接口板FPGA处理单元接收接口板接口及处理单元传输的并行数据并存储到接口板缓存单元，当接口板缓存单元满时，接口板FPGA处理单元将并行数据读出接口板缓存单元，并控制接口板内部光纤接口及光电转换单元将并行数据通过光纤高速通道传输到存储卡光电转换单元，存储卡FPGA处理单元接收存储卡光电转换单元传输的并行数据并存储到存储卡缓存单元和存储卡阵列存储单元，存储卡FPGA处理单元控制存储卡PCIE总线单元接收PCIE总线上的命令，并根据命令控制存储卡阵列存储单元读出并行数据；

所述高速采集、存储卡能够针对最高速率85M/s的Full模式CameraLink数字信号，最高速率400M/s的32对并行LVDS数字信号，或是最高速度为4Gpbs的4路光纤信号进行实时采集、存储。

2.根据权利要1所述的一种高速数字信号的采集、存储系统，其特征在于，所述接口板接口及处理单元包括接口板CameraLink接口及处理单元、接口板32位LVDS接口及处理单元和接口板四路光纤接口及光电转换单元。

3.根据权利要1所述的一种高速数字信号的采集、存储系统，其特征在于，所述光纤高速通道包括四路光纤和连接器。

4.根据权利要1所述的一种高速数字信号的采集、存储系统，其特征在于，还包括接口板电源单元和存储卡电源单元，接口板电源单元为高速接口转接板供电，存储卡电源单元为高速采集、存储卡供电。