CN218383956U - 用于光纤数据采集的高速同步vpx数据采集模块、采集板卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块包括VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块、FPGA协议数据传输模块以及供电电路模块，VPX接口模块包括接入VPX高速数据记录设备以用于接收光纤信号的光纤接口模块以及用于提供主12V电源、5V电源和复位信号的VPX P0电源接口模块，VPX接口模块采用标准VPX6U接口；VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块均通过FPGA协议数据传输模块两两相连。通过设置VPX接口电路，使得光纤接口达到20路光纤速率不低于10.25Gbps的10路输入和10路输出；通过设置FPGA模块，从而达到光纤信号经光电模块转换成电信号后，通过FPGA的GTH高速SERDES接口进入FPGA缓存；缓存后的数据经VPX背板上传到VPX高速数据记录设备实现光纤数据采集存储。

Description

用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块、采集板卡

技术领域

本实用新型涉及光纤数据采集技术领域，具体为用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块、采集板卡。

背景技术

VPX数据采集模块主要完成相关数据采集的功能：10路光纤接口输入，10路光纤接口输出，FPGA主要完成光口数据的接收，以及根据计算机板的控制命令将数据分发到相应的存储板。实现光纤接口和光纤数据采集，采集到的光纤数据根据上位机命令进行存储。

VPX是VITA组织于2007年在其VME总线基础上提出的新一代板间高速串行总线标准。自问世以来，VPX就受到相关领域的高度重视和青睐，结合REDI使得系统在具有Gigabyte的数据传输能力的同时，也具有加固的机械结构和更强的冷却能力。从继承性和可靠性角度考虑，加上VPX本身具有的优越性，在实时控制和军工领域依然拥有大量现存客户。

在工业领域，随着技术的发展，模拟量采集目前不仅要求精度高这一单要求了，其采集速度、采集数量、同步性和高带宽要求也越来越高。

因此，本申请提供了一种基于VPX本身优越性能，从FPGA GTX评估、FPGA FLASH、FPGA DDR3以及FPGA其他接口四个方面设计衡量同步数据采集的VPX板卡，实现20路光纤信号转存，从而上传到VPX高速数据记录设备实现光纤数据采集存储。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块、采集板卡，以解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型通过设置VPX接口电路，使得光纤接口达到20路光纤速率不低于10.25Gbps的10路输入和10路输出；通过设置FPGA模块，从而达到光纤信号经光电模块转换成电信号后，通过FPGA的GTH高速SERDES接口进入FPGA缓存；缓存后的数据经VPX背板上传到VPX高速数据记录设备实现光纤数据采集存储。解决了现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，包括：

VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块、FPGA协议数据传输模块以及供电电路模块，其中，

所述VPX接口模块包括接入VPX高速数据记录设备以用于接收光纤信号的光纤接口模块以及用于提供主12V电源、5V电源和复位信号的VPX P0电源接口模块，所述VPX接口模块采用标准VPX6U接口；

所述VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块均通过FPGA协议数据传输模块两两相连；

所述供电电路模块一端连接VPX P0电源接口模块，另一端分别连接FPGA模块和光电转换模块，用于在从VPX P0输入12VDC直流电源后，经热插拔电缆和DC-DC转换为数据采集VPX板卡内各模块所需电源。

作为对本实用新型中所述用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块的改进，本实用新型还包括上位机，其中，

所述上位机通过光纤接口模块连接FPGA缓存模块，以用于将光纤接口模块接收的光纤数据在上位机控制下经VPX背板进入到存储板的FPGA后，基于FPGA缓存模块中的DDR3内存存储模块进行光纤数据缓。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过设置VPX接口电路，使得光纤接口达到20路光纤速率不低于10.25Gbps的10路输入和10路输出；通过设置FPGA模块，从而达到光纤信号经光电模块转换成电信号后，通过FPGA的GTH高速SERDES接口进入FPGA缓存；缓存后的数据经VPX背板上传到VPX高速数据记录设备实现光纤数据采集存储；

2、为解决FPGA模块的IO接口电平均为1.8V，而光电转换模块的管理IO接口电平为3.3V问题，本实用新型通过设置I2C总线接口电路模块和/或GPIO模块，使得FPGA模块和光电转换模块两者之间的管理总线，进行电平转换，从而实现光纤接口和光纤数据采集。

附图说明

参照附图来说明本实用新型的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本实用新型一实施例中所提出的VPX数据采集模块的功能原理框图；

图2为本实用新型一实施例中所提出的VPX数据采集模块的的硬件功能结构框图；

图3为本实用新型一实施例中所提出的FPGA FLASH缓存模块电路结构框图；

图4为本实用新型一实施例中所提出的I2C总线接口电路模块进行电平转换的电路结构框图；

图5为本实用新型一实施例中所提出的GPIO模块进行电平转换的电路结构框图；

图6为本实用新型一实施例中所提出的供电电路模块的电路结构框图。

具体实施方式

容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

如图1-2所示，作为本实用新型的一个实施例，本实用新型提供技术方案：用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，包括：

VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块、FPGA协议数据传输模块以及供电电路模块，其中，

VPX接口模块包括接入VPX高速数据记录设备以用于接收光纤信号的光纤接口模块以及用于提供主12V电源、5V电源和复位信号的VPX P0电源接口模块，VPX接口模块采用标准VPX6U接口。

基于上述技术构思，需要说明的是，光纤接口模块由雷达多模光纤接口模块以及雷达单模光纤接口模块组成，其中，雷达多模光纤接口模块以及雷达单模光纤接口模块均用于接收光纤信号，并以多模光纤信号10Gbps线速率接入外设VPX高速数据记录设备的光纤接口。在具体实施时，光纤信号以多模光纤信号10Gbps线速率接入(外设)VPX高速数据记录设备的光纤接口。

在本实用新型的一实施例中，VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块均通过FPGA协议数据传输模块两两相连；

如图6所示，供电电路模块一端连接VPX P0电源接口模块，另一端分别连接FPGA模块和光电转换模块，用于在从VPX P0输入12VDC直流电源后，经热插拔电缆和DC-DC转换为数据采集VPX板卡内各模块所需电源。

如图3所示，VPX数据采集模块还包括：FPGA缓存模块，其中，FPGA缓存模块包括：FPGA FLASH缓存模块，FPGA FLASH缓存模块通过FPGA协议数据传输模块与FPGA模块连接，用于在FPGA模块上电后从其下挂的FLASH中读取配置Bit文件，其中，FPGA FLASH缓存模块的最小存储容量为256Mb；DDR3内存存储模块，DDR3内存存储模块通过FPGA协议数据传输模块与FPGA模块连接，用于记录突发带宽时的缓存需求，其中，DDR3内存存储模块的存储量为4GB；NVMe SSD存储模块，其中，NVMe SSD存储模块通过数据采集VPX板卡的PCIe 3.0接口连接FPGA模块，用于对DDR3内存存储模块中缓存的光纤数据进行记录。

基于上述技术构思，可以理解的是，由于FPGA模块的配置方式有Master和Slave两种方式，而在本实用新型的具体实施例中，只有一个型号为JFM7VX690T80的FPGA模块，故采用Master模式来配置FPGA模块，即上电后FPGA模块自动从其下挂的FPGA FLASH缓存模块中读取配置Bit文件。同时，由于型号为JFM7VX690T80的FPGA模块内部集成2组DDR3控制器(DDR3内存存储模块)，可以理解的是，DDR3内存存储模块每组支持64bit位宽，每组最大存储量4GB，为此，在具体实施时，本实用新型的DDR3内存存储模块采集IO口上，选用2片DDR3芯片，实现32位宽，2GB的存储空间，用以突发记录带宽时的缓存需求。

如图4-5所示，由于JFM7VX690T80FPGA模块的IO接口电平均为1.8V，而光电转换模块的管理IO接口电平为3.3V，故两者之间的管理总线需要电平转换，需要转换的信号线主要为I2C和GPIO，即，FPGA模块通过I2C总线接口电路模块和/或GPIO模块与光电转换模块进行电平转换，在具体实施时，I2C总线接口电路模块采用专用I2C电平转换芯片，GPIO模块采用常用的245T电平转换芯片。

作为本实用新型的一实施例，本实用新型还包括上位机，其中，上位机通过光纤接口模块连接FPGA缓存模块，将光纤接口模块接收的光纤数据在上位机控制下经VPX背板进入到存储板的FPGA后，基于FPGA缓存模块中的DDR3内存存储模块进行光纤数据缓存。

本实用新型的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，其特征在于：包括

VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块、FPGA协议数据传输模块以及供电电路模块，其中，

所述VPX接口模块包括接入VPX高速数据记录设备以用于接收光纤信号的光纤接口模块以及用于提供主12V电源、5V电源和复位信号的VPX P0电源接口模块，所述VPX接口模块采用标准VPX6U接口；

所述VPX接口模块、FPGA模块、光电转换模块均通过FPGA协议数据传输模块两两相连；

所述供电电路模块一端连接VPX P0电源接口模块，另一端分别连接FPGA模块和光电转换模块，用于在从VPX P0输入12VDC直流电源后，经热插拔电缆和DC-DC转换为数据采集VPX板卡内各模块所需电源。

2.根据权利要求1所述的用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，其特征在于：还包括FPGA缓存模块，其中，所述FPGA缓存模块包括：

FPGA FLASH缓存模块，所述FPGA FLASH缓存模块通过FPGA协议数据传输模块与所述FPGA模块连接，用于在FPGA模块上电后从其下挂的FPGA FLASH缓存模块中读取配置Bit文件，其中，FPGA FLASH缓存模块的最小存储容量为256Mb；

DDR3内存存储模块，所述DDR3内存存储模块通过FPGA协议数据传输模块与所述FPGA模块连接，用于记录突发带宽时的缓存需求，其中，所述DDR3内存存储模块的存储量为4GB。

3.根据权利要求1所述的用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，其特征在于：所述光纤接口模块由雷达多模光纤接口模块以及雷达单模光纤接口模块组成，其中，

雷达多模光纤接口模块以及雷达单模光纤接口模块均用于接收光纤信号，并以多模光纤信号10Gbps线速率接入外设VPX高速数据记录设备的光纤接口。

4.根据权利要求1所述的用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，其特征在于：还包括上位机，其中，

所述上位机通过光纤接口模块连接FPGA缓存模块，以用于将光纤接口模块接收的光纤数据在上位机控制下经VPX背板进入到存储板的FPGA后，基于FPGA缓存模块中的DDR3内存存储模块进行光纤数据缓存。

5.根据权利要求2或4所述的用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，其特征在于：所述FPGA缓存模块还包括NVMe SSD存储模块，其中，

所述NVMe SSD存储模块通过数据采集VPX板卡的PCIe 3.0接口连接FPGA模块，用于对DDR3内存存储模块中缓存的光纤数据进行记录。

6.根据权利要求1所述的用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集模块，其特征在于：FPGA模块通过I2C总线接口电路模块和/或GPIO模块与所述光电转换模块，用于进行电平转换。

7.一种用于光纤数据采集的高速同步VPX数据采集板卡，基于权利要求1-6所述的VPX数据采集模块，其特征在于：包括至少一个电路板以及设置于电路板上的VPX数据采集模块。

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