基于fpga和usb3.0的超高速数据采集系统设计

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2、指导教师（姓名、职称）王占峰工程师申请学位级别工程硕士专业名称仪器仪表工程论文提交日期2016年5月25日论文答辩日期2016年5月29日学位授予日期年月日论文评阅人赵志诚郭华玲答辩委员会主席郑宾2016年6月1日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类号中北大学学位论文基于FPGA和USB3.0的超高速数据采集系统设计摘要数据采集系统是信息系统中不可缺少重要组成部分，也是数字信号处理与分析的基础，已被广泛应用于雷达、通信、物联网和遥测遥感等领域。为了能够满足雷达系统实时监测的需求，本文提出了由高速ADC芯片、高性能FPGA和USB3.0接口组成的高速数据采集系统设计方案和实现

3、方法。将FPGA作为系统的核心控制器，实现数据的采集、缓存以及外设的驱动；脱离了CPU指令控制，数据的采集传输采用全硬件的操作方式，使系统更加高速，USB3.0作为数据传输接口，保证了数据的高速稳定传输。论文首先分析了现阶段国内外高速数据采集系统的架构和接口，针对其硬件结构冗余和接口灵活性较差的缺点，提出了研究FPGA和USB3.0超高速数据采集系统的必要性和重大意义；随后详细介绍了超高速数据采集系统中ADC、FPGA、DDR2和USBS3.0接口硬件设计关键技术，讨论了高速电路设计中要考虑的布局布线、电磁兼容性、信号完整性要求；在FPGA逻辑设计中总体概述系统架构，并详述了流

4、水线式数据处理方式、DDR2缓存机制和Cypress公司的FX3芯片的驱动方式；然后介绍了FX3芯片固件程序、驱动程序和上位机软件的设计。最后在实验室环境下，对各通道、多模式条件下进行数据采集和分析，试验结果表明，该数据采集系统各通道无串扰现象，大数据量定点传输和连续传输时，无数据的误码和丢失，数据传输速度可达255.28MByte/s。超高速数据采集系统采用高速ADC+FPGA+USB3.0方案，保证了系统的高速性和接口的灵活性。关键词：数据采集，便携，超高速，流水线，FPGA和USB3.0中北大学学位论文TheDesignofSuper-speedDataAcquisiti

5、onSystemBasedonFPGAandUSB3.0AbstractDataacquisitionsystemisthemostsignificantpartofinformationsystem,anditisthefoundationofdigitalsignalprocessingandanalysing,whichiswidelyusedinmanyareassuchasradar,communication,remotesensingandsoon.Inordertomeettheneedsofreal-timemonitoringofradar,thethesi

6、ssuggestedaschemeofhigh-speeddataacquisitionsystemwhichiscomposedofhighspeedADC,highperformanceFPGAandUSB3.0(UniversalSerialBus)port.TaketheFPGAascorecontrollerofthesystem,realizingdatacollection,bufferinganddrivingperipherals.WithoutthecontrolofCPU,thehardwareoperationmodeofdataacquisitiona

7、ndtransmissionmakesthesystemfaster.Firstly,weanalyzethearchitectureandinterfaceofhigh-speeddataacquisitionsystemdomesticandoverseasatthisstage.Fortheshortcomingsoftraditionalhardwarestructureandinterface,theresearchonhighspeeddataacquisitionsystem,