设计开发
热事技本与成用
基于FPGA的多通道高速数据传输系统的设计
杨若愚
(大泰铁路股份有限公司太原站，山西太原030013)
摘要：通过FPGA实现对8通道LVDS接口电路的控制实现数据收发，利用DDR3SDRAM实现对数据高速缓存，利用FPGA内嵌的PCI-E硬核以PCI-EDMA的方式实现与计算机之间的高建数据传输。测试结果表明，系统可以实现多数据的高速收发,传输建率可达到300MB s，日前本系统已成功应用于某数据记录仪中。
关键词：高速数据传输;FPGA;LVDS;DMA;PCI-E总线;DDR3
中图分类号：TP274.2
1系统总体设计和模块设计
文献标识码：A
多通道高速数据传输系统组成模块主要包括：LVDS收发模块、 FPGA控制模块、DDR3SDRAM缓存模块川。系统的传输板卡是传输系统的核心模块，其作用是控制实现数据的接收与发送功能，通过FPGA控制高速多通道LVDS接口对外部数据的接收和发送，并通过对DDR3SDRAM的控制实现高速数据的大容量缓存，传输系统与计算机之闻通过调用硬核实现PCI一-E总线通。传输系统中传输板卡的连接方式：通过两个连接器连接到背板，其中通过两个 ERNI公司的ERmetZD高速连接器连接到背板，而且还通过背板转接实现与计算机COM-E载板PCI-E物理连接；传输板卡的供电模式是标准ATX电源供电，通过连接背板上的ERNI公司的标准
CPCIJ1连接器实现[3。 2系统逻辑控制
系统以XilinxKintex-7XC7K325T-2FPGA为主控芯片，通过合理配置高速收发器、IO资源实现对8通道LVDS数据收发 DDR3大容量数据缓存、高速PCI-E通信等模块的逻辑控制。使用 VHDL硬件语言编写FPGA逻辑程序代码，运用自顶向下的设计思路编程，设计对应的逻辑控制实现各模块功能，并且使用ISE14.7软件进行设计、编译、仿真4。
2.1FPGA控制数据收发
根据DS90CR484A芯片手册进行逻辑控制，将接口芯片PRE、 PD,PLLSEL引脚对应接到高电平设置为可正常工作状态，通过接收芯片串并转化后的48位数据，按照数据赖格式获取有效数据。在编程过程中，FPGA以LVDS接收器芯片内部经数据时钟恢复获取的 Rxclkout为时钟标准进行数据解析，其中RPDL为传输延迟时间。
2.2FPGA控制DDR3数据缓存
DDR3控制器的核心模块采用MIG，系统中模块以多通道形式、利用高速总线互联对接TXFIFO和RXFIFO。该总线具有仲裁特性，既能支持数据通道和PCI-EDMA通道，同时也能申请读写 DDR3存储设备。基于DDR3的VFIFO写操作流程图，VFIFO逻辑主要由写控制逻辑(VFIFO-WR-CON)读控制逻辑(VFIFO_RD_CON),仲裁逻辑(ARBITRATION),MIG控制器(MIG_CONTROLER)、初始地址产生逻辑(INIT_ADDR_GEN)组成。VFIFO逻辑中有写缓冲FIFO和读缓冲FIFO，用来对读写数据进行缓冲。
收稿日期：2017-04-25
文章编号:1007-9416(2017)04-0164-01 3系统测试及结果分析
3.1测试平台搭建
用来对系统进行性能的测试与验证的平台，该平台由计算机平台，高速转接背板、核心传输板卡和外部接收机几部分组成。其中计算机选用研华公司的第三代CPU核心板Express-IB、COM-E载板 Express-BASE6作为COM-E模块，该模块具有PCle×16(第三代) 用于显示或通用x8/4/2/1高速接口插槽，操作系统环境为64位 Windows7系统，FPGA程序下载调试、测试结果显示都在该计算机平台实现。在测试过程中该板卡与计算机的PCI-E插槽的物理链接通过高速转接背板实现，FPGA逻辑控制程序通过ITAG下载盒下载，计算机通过安装PCI-E设备驱动程序建立起核心传输卡与测试应用程序之间连接，这样才能使系统PCI-E通信正常工作。同时，通过LVDS接口实现外部接收机与核心传输板卡数据收发通信。
3.2计算机数据文件分析
本课题测试应用软件基于VC++在MicrosoftVisualStudio 2012编译系统环境下完成。该测试应用的程序具有读写寄存器、 DMATLP测试、DMA测试和LVDS测试等功能，而且程序也能实时计算接收/发送的数据总量和占用时间，使数据传输速率同步
显示。 4结语
文中详细介绍了基于LVDS的多路高速数据传输系统的设计，并且通过大量可靠的试验对系统性能、传输完整性、速率进行测试测试，最终验证了设计的系统可以实现多通道、高速、大容量信号的
发送与接收，同时也在某数据记录仪中取得成功应用。参考文献
[1]刘黎平.曹俊武.莫月琴,等.雷达遥感新技术及其在灾害性天气测中的应用[J].总带气象学报.2006(22):1~9.
[2]王怀快,王永,王守浩.基于DSP+FPGA数字传输系统的实现[J].电子测量技术.2013,36(11):98100
[3]王晓君,宇文美,罗跃东.基于FPGA的CPCI和LVDS接口技术及应用[J].率导体技术,2007(3):248251.
[4]邓建延.基于PCI ExpresS案构高速交换系统设计和信号完整性分析[D].硕士学位论文.北京：北京邮电大学,2011.
作者简介：杨若感(1983一)男,黑龙江齐齐哈尔人,本科,信息科业务主管,研究方向：网络安全 164
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