示波记录仪中FPGA高速传输接口的设计与应用

发布时间：2025-05-27 03:51

　　随着示波记录仪等复杂数据采集系统对采样率、通道数、带宽、波形捕获率和存储深度等技术指标的要求越来越高,以及具备的波形分析功能越来越丰富,而波形数据的传输速率是制约其性能指标的关键因素。集成电路工艺的发展使得FPGA在高速传输领域的应用愈加广泛,因此研究FPGA高速传输技术对于提高示波记录仪的性能指标有着重要意义。本文重点研究具备带宽自适应^（1）的FPGA间高速传输系统,以及FPGA与上位机之间的交互采用应用最为广泛的PCIe高速接口,研究不同功能的数据源与PCIe接口的最佳传输控制方案,最后提出优化DMA效率的方法,并将上述接口应用于示波记录仪中,主要内容如下:1、通过分析示波记录仪的总体方案需求获取高速传输的具体需求,综合各类采集板卡的隔离性、高速性、兼容性等传输要求,制定最符合实际要求的FPGA间传输方案,根据示波记录仪中普通采集、深存储、双捕获、实时运算等多功能需求,选择最适合该情形下FPGA与上位机之间数据交互的方案。2、设计并实现具备带宽自适应功能的FPGA间串行传输系统,实现单通道100MSPS高速采集板卡上两片FPGA间1.6Gbps的高速隔离传输,以...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 示波记录仪的研究现状
        1.2.2 高速传输技术的研究现状
    1.3 本文研究内容
    1.4 本文结构安排
    1.5 本章小结
第二章 示波记录仪中高速传输接口的方案研究
    2.1 高速传输接口的需求分析
        2.1.1 示波记录仪的总体方案需求分析
        2.1.2 高速传输方式的方案分析
    2.2 高速传输接口的方案分析
        2.2.1 FPGA间高速传输方案分析
        2.2.2 FPGA与上位机间的高速传输方案分析
    2.3 本章小结
第三章 带宽自适应的FPGA间串行传输系统
    3.1 FPGA高速收发器原理
        3.1.1 高速收发器内部结构
        3.1.2 高速收发器时钟网络结构
        3.1.3 高速收发器初始化设计
    3.2 带宽自适应的串行传输系统模块设计
        3.2.1 GTX光纤连接硬件电路设计
        3.2.2 发送端缓存编码设计
        3.2.3 接收端解码缓存设计
        3.2.4 多通道间同步及绑定设计
        3.2.5 链路速率设计
    3.3 FPGA间传输系统的总体实现
    3.4 本章小结
第四章 PCIe高速接口模块设计与实现
    4.1 PCIe总线概述
        4.1.1 PCIe总线拓扑及层次结构
        4.1.2 PCIe总线协议规范
    4.2 PCIe接口硬件电路设计
    4.3 PCIe协议用户逻辑模块设计
        4.3.1 PCIe协议封装模块设计
        4.3.2 PCIe协议解析模块设计
        4.3.3 BAR空间存储器模块设计
        4.3.4 轮询操作与中断操作
    4.4 跨时钟域FIFO反馈控制模块设计
        4.4.1 PCIe发送端FIFO设计
        4.4.2 PCIe接收端FIFO设计
    4.5 提高PCIe总线DMA效率的方法
    4.6 PCIe传输系统总体控制设计
    4.7 本章小结
第五章 系统功能测试与验证
    5.1 系统测试方法与方案
    5.2 系统测试平台的搭建
    5.3 FPGA间高速传输功能验证
        5.3.1 GTX单通道高速传输测试
        5.3.2 带宽自适应功能测试与验证
        5.3.3 多通道绑定及同步功能验证
    5.4 PCIe总线传输功能测试
        5.4.1 PIO模式与DMA模式功能验证
        5.4.2 缓存反馈传输控制验证
        5.4.3 PCIe总线DMA传输速率测试
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 本文总结
    6.2 未来展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士期间取得的研究成果



本文编号：4047466