[發(fā)明專利]基于NAND的多通道信號(hào)采集系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910087849.6
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN101587499A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝民;高梅國;張雄奎;方秋均;李先楚;雷磊;劉國滿;侯文才
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/40
• 分類號(hào): G06F17/40;G06F15/00;G05B19/04;G11C11/34
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 張利萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多通道信號(hào)采集系統(tǒng)，屬于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療衛(wèi)生、通信等各行業(yè)，由于涉及到設(shè)備所使用的環(huán)境不同，其實(shí)現(xiàn)方法也不盡相同。如何在滿足性能要求的前提下，做到盡可能經(jīng)濟(jì)、便捷、實(shí)用，依然是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究不斷推陳出新的重要原因。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)研究中，特別是嵌入式應(yīng)用當(dāng)中，如何在體積功耗受限的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采集和海量存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回放再現(xiàn)，已成為目前的研究熱點(diǎn)。例如在雷達(dá)接收系統(tǒng)中，常常要將采集到的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)地保存到存儲(chǔ)器中以便做后續(xù)處理。現(xiàn)代的雷達(dá)接收系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集的A/D變換都在12位或14位，采樣速率也可能達(dá)到100Msps或更高，因此亟需研究如何存儲(chǔ)這些高速高精度數(shù)據(jù)。一種可行的方法是先將高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)大容量存儲(chǔ)器中，然后慢速讀入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。為了保證數(shù)據(jù)的高可靠性，一些專用的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了磁盤陣列，如長久思捷公司研制的LH-DACQ高速雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)主要用于雷達(dá)系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該系統(tǒng)采用SCSI磁盤作為基本的存儲(chǔ)介質(zhì)，并采用RAID0的存儲(chǔ)控制引擎。其持續(xù)記錄速度為320MB/s，峰值存儲(chǔ)速度超過385MB/s。但是這一類由磁盤構(gòu)成的存儲(chǔ)系統(tǒng)體積和功耗都非常大，無法滿足嵌入式應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有嵌入式應(yīng)用當(dāng)中的磁盤構(gòu)成的存儲(chǔ)系統(tǒng)存在的存體積大、功耗大以及存儲(chǔ)帶寬小的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用大容量存儲(chǔ)芯片NAND構(gòu)建多通道高速信號(hào)采集系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)多通道的同步采集。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種基于NAND的多通道信號(hào)采集系統(tǒng)包括：1個(gè)時(shí)鐘模塊，2個(gè)雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊，8個(gè)NAND存儲(chǔ)模塊，1個(gè)轉(zhuǎn)存模塊，1個(gè)二次底板模塊，1個(gè)主控模塊和1個(gè)客戶端模塊，系統(tǒng)各功能模塊框圖如圖1所示，其中：

時(shí)鐘模塊接收外輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘產(chǎn)生雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊所需的采樣時(shí)鐘，并根據(jù)主控模塊的設(shè)置產(chǎn)生雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊所需的波門信號(hào)；為了控制多通道采集的同步性，時(shí)鐘模塊還為兩個(gè)雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊提供同步復(fù)位信號(hào)；

雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)根據(jù)時(shí)鐘模塊提供的采樣時(shí)鐘和波門信號(hào)，對接收到的寬帶模擬信號(hào)進(jìn)行采集，并根據(jù)主控模塊設(shè)置的參數(shù)對采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，而后發(fā)送給NAND存儲(chǔ)模塊；

NAND存儲(chǔ)模塊接收來自雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊輸出的數(shù)據(jù)，根據(jù)主控模塊設(shè)置的參數(shù)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；

轉(zhuǎn)存模塊負(fù)責(zé)將多個(gè)NAND存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)讀出，完成數(shù)據(jù)的拼接和整理，并通過千兆以太網(wǎng)接口輸出給客戶端模塊；

二次底板模塊負(fù)責(zé)提供雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊、NAND存儲(chǔ)模塊、轉(zhuǎn)存模塊、時(shí)鐘模塊之間的物理連接；

主控模塊負(fù)責(zé)對所有功能模塊的管理和控制，包括采集參數(shù)的設(shè)置、采集啟動(dòng)和停止、采集數(shù)據(jù)的觀測、數(shù)據(jù)擦除以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等，圖1中，主控模塊與時(shí)鐘模塊、雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊、高速大容量存儲(chǔ)模塊以及轉(zhuǎn)存模塊的通信不經(jīng)過二次底板模塊，而是使用PCI總線進(jìn)行通信；

客戶端模塊和主控模塊相配合，負(fù)責(zé)接收轉(zhuǎn)存模塊通過千兆以太網(wǎng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，按指定的文件大小進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并保存相關(guān)采集信息。

本發(fā)明的一種基于NAND的多通道信號(hào)采集系統(tǒng)的工作過程如下：

如圖2所示，系統(tǒng)上電后首先自動(dòng)進(jìn)行多通道同步流程，然后進(jìn)入等待狀態(tài)，用戶可在此時(shí)輸入相關(guān)參數(shù)并執(zhí)行采集存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等命令；執(zhí)行命令時(shí)，主控模塊首先會(huì)自動(dòng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)產(chǎn)生命令字，并將命令字下傳至各相關(guān)模塊，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)命令狀態(tài)；操作結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳回等待命令狀態(tài)，從而為下一次操作做好準(zhǔn)備。

采集存儲(chǔ)過程包括以下工作步驟：

主控模塊將采集時(shí)長參數(shù)下達(dá)至?xí)r鐘板，將數(shù)據(jù)位寬下達(dá)至雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊，將地址參數(shù)下達(dá)至NAND存儲(chǔ)模塊；

主控模塊將NAND存儲(chǔ)模塊置于采集狀態(tài)，控制時(shí)鐘模塊進(jìn)入采集并產(chǎn)生指定采集時(shí)長的采集波門信號(hào)；

雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)時(shí)鐘模塊輸出的采集波門信號(hào)將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，根據(jù)主控模塊設(shè)置的數(shù)據(jù)位寬參數(shù)對數(shù)據(jù)打包，發(fā)送給NAND存儲(chǔ)模塊；

NAND存儲(chǔ)模塊接收雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，根據(jù)主控模塊設(shè)置的地址參數(shù)生成命令包，發(fā)送給NAND存儲(chǔ)模塊上的NAND控制器，并由它將數(shù)據(jù)寫入NAND存儲(chǔ)體；

采集結(jié)束時(shí)，主控模塊將本次采集的相關(guān)信號(hào)以數(shù)據(jù)記錄的方式保存。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存過程包括以下工作步驟：