專利名稱：一種高速數(shù)字信號(hào)采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，屬于信號(hào)采集領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大數(shù)據(jù)量的傳輸、采集、存儲(chǔ)一直是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的難點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)針對(duì)數(shù)字信號(hào)的采集和存儲(chǔ)往往是分離的，即數(shù)字信號(hào)的采集依賴采集卡，存儲(chǔ)主要依賴于PC機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)。如中國(guó)專利視頻圖像采集卡(授權(quán)公告號(hào)201114366Y，授權(quán)日期2008.9.10)描述了一種基于視頻的圖像采集卡，其為單板圖像采集卡，并沒(méi)有圖像存儲(chǔ)和回放功能，導(dǎo)致采集、存儲(chǔ)方式速度慢，步驟繁瑣，成本高。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，中國(guó)專利一種用于CameraLink相機(jī)的高速圖像記錄儀(公開(kāi)號(hào)10211160(^，
公開(kāi)日期2011.6.29)公開(kāi)了集數(shù)字信號(hào)采集、存儲(chǔ)于一體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由I塊高速圖像數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)換子板構(gòu)成的高速圖像數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)換模塊，和由4塊硬盤(pán)存儲(chǔ)控制子板構(gòu)成的硬盤(pán)存儲(chǔ)控制模塊，該系統(tǒng)替代現(xiàn)有基于PC機(jī)的CameraLink圖像數(shù)據(jù)采集卡來(lái)獲取并存儲(chǔ)CameraLinkBase型相機(jī)和Medium型相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，并一定程度的提高了數(shù)字信號(hào)的采集存儲(chǔ)速度，但是由于其接口形式單一(只有CameraLink接口)、采用分布式硬盤(pán)模塊作為存儲(chǔ)單元體積大，且采集、存儲(chǔ)和顯示回放并沒(méi)有集成于一塊板塊之上，無(wú)法滿足多種高速信號(hào)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)要求，如=Full模式CameraLink信號(hào)、高速并行LVDS信號(hào)及四路光纖信號(hào)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)要求，也不帶有PCIE總線，不能插入工業(yè)計(jì)算機(jī)或普通PC機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件直接調(diào)用、查看、回訪存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)無(wú)法滿足多種高速信號(hào)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)要求，且接口單一，不能通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件直接調(diào)用、查看、回訪存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的技術(shù)問(wèn)題，提供一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:主要由接口板接口及處理單元，接口板FPGA處理單元，接口板緩存單元，接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元組成的高速接口轉(zhuǎn)接板；主要由存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元，存儲(chǔ)卡緩存單元，存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)卡PCIE總線單元組成的高速采集、存儲(chǔ)卡；所述接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元與所述存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元通過(guò)光纖高速通道連接；所述接口板FPGA處理單元接收接口板接口及處理單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲(chǔ)到接口板緩存單元，當(dāng)接口板緩存單元滿時(shí)，接口板FPGA處理單元將并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元，并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元將并行數(shù)據(jù)通過(guò)光纖高速通道傳輸?shù)酱鎯?chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單 元，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元接收存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)卡緩存單元和存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元控制存儲(chǔ)卡PCIE總線單元接收PCIE總線上的命令，并根據(jù)命令控制存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元讀出并行數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是,所述接口板接口及處理單元包括接口板CameraLink接口及處理單元、接口板32位LVDS接口及處理單元和接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元。優(yōu)選的是，所述光纖高速通道包括四路光纖和連接器。優(yōu)選的是，所述高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)還包括接口板電源單元和存儲(chǔ)卡電源單元，接口板電源單元為高速接口轉(zhuǎn)換板供電，存儲(chǔ)卡電源單元為高速采集、存儲(chǔ)卡供電。本發(fā)明的有益效果:(I)本發(fā)明的高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、回訪，如，可以針對(duì)最高速率85M/s的Full模式CameraLink數(shù)字信號(hào)，最高速率400M/s的32對(duì)并行LVDS數(shù)字信號(hào)，或是最高速度為4Gpbs的四路光纖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、回訪，單板卡最高存儲(chǔ)速度達(dá)到800MB/S，最高儲(chǔ)容量達(dá)到8T ；(2)本發(fā)明采用接口板與核心采集、存儲(chǔ)卡相結(jié)合的方式，通過(guò)接口板可擴(kuò)展多種高速數(shù)字接口，克服了現(xiàn)有技術(shù)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)只能用于單一 CameraLink接口采集的缺陷，具有通用性；(3)本發(fā)明的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為帶有PCIE總線的形式，方便插入工業(yè)計(jì)算機(jī)或普通PC機(jī)，與計(jì)算機(jī)保持互交通訊，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件調(diào)用、查看、回訪存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明的高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框
圖2為本發(fā)明的高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)中的高速接口轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明的高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)中的高速采集、存儲(chǔ)卡結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1-3中的箭頭表示了數(shù)據(jù)的流向。如圖1所示，本發(fā)明包括高速接口轉(zhuǎn)接板1，光纖高速通道2，高速采集、存儲(chǔ)卡3 ；光纖高速通道2連接高速接口轉(zhuǎn)接板I和高速采集、存儲(chǔ)卡3，同時(shí)設(shè)置了內(nèi)部高速總線結(jié)構(gòu)及協(xié)議，具體為:四路速率為4Gbps的光線通路，其傳輸協(xié)議為:速率150M/S，數(shù)據(jù)位數(shù)64位，字頭A1+B2+C3，無(wú)字尾，接口板緩存單元9滿時(shí)提出申請(qǐng)自動(dòng)發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。如圖2所示,高速接口轉(zhuǎn)換板I包括:接口板接口處理單元，包括接口板CameraLink接口及處理單元5、接口板32位LVDS接口及處理單元6和接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元7，應(yīng)用時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)的不同接相應(yīng)的接口，其中，接口板CameraLink接口及處理單元5，由3片芯片DS90CR287及其附屬電路組成，構(gòu)成對(duì)Full模式CameraLink信號(hào)的解碼,把標(biāo)準(zhǔn)Full模式CameraLink信號(hào)轉(zhuǎn)換為64位并行數(shù)據(jù)；接口板32位LVDS接口及處理單元6，由8片芯片SN55LVDS32組成，可將400M/S的32位差分LVDS轉(zhuǎn)換成單端TLL32位并行數(shù)據(jù)；接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元7，由四路光電轉(zhuǎn)換模塊、4片TLK2711芯片和時(shí)鐘芯片⑶CM61004組成，可將光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換為64位并行數(shù)據(jù)，具體為，光電轉(zhuǎn)換模塊將外部光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換為高速串行電信號(hào)，由TLK2711芯片將高速串行電信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)，其中每片TLK2711支持16位并行信號(hào)，四路共64位并行數(shù)據(jù)；接口板FPGA處理單元8，由芯片SPARTAN3-500E及其附屬電路組成，接口板FPGA處理單元8是高速接口轉(zhuǎn)接板I的核心處理器，負(fù)責(zé)其他功能單元的狀態(tài)初始化和使能控制，負(fù)責(zé)接收接口板接口及處理單元的并行數(shù)據(jù)(CameraLink信號(hào)轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù)，差分LVDS轉(zhuǎn)換成的單端TLL32位并行數(shù)據(jù)，光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù))，并將并行數(shù)據(jù)寫(xiě)入接口板緩存單元9，當(dāng)接口板緩存單元9滿時(shí)，接口板FPGA處理單元8將緩存的并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元9，并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元10將并行數(shù)據(jù)通過(guò)光纖高速通道2傳輸?shù)酱鎯?chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元11 ；接口板緩存單元9，由2片芯片IS61LV409608-12T組成，采用乒乓方式緩存接口板FPGA處理單元8所發(fā)送的并行數(shù)據(jù)，即當(dāng)?shù)谝黄琁S61LV409608-12T讀入時(shí)，另一片IS61LV409608-12T讀出，然后與之相反；接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元10，由4片TLK3101芯片和四路光電轉(zhuǎn)換模塊以及時(shí)鐘芯片⑶CM61004組成，負(fù)責(zé)將接口板FPGA處理單元8所發(fā)出的150M/S并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光纖信號(hào)，傳輸給光纖高速通道2 ;接口板電源單元4，由3片芯片PTH05000W組成，輸出3.3V、2.5V、1.2V電壓，給整個(gè)高速接口轉(zhuǎn)接板I供電。如圖3所示,高速采集、存儲(chǔ)卡3包括:存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元11，由4片TLK3101芯片和四路光電轉(zhuǎn)換模塊以及時(shí)鐘芯片CDCM61004組成,負(fù)責(zé)將光纖高速通道2傳輸?shù)墓饫w信號(hào)解碼成并行數(shù)據(jù)，并傳輸給存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13 ； 存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13，由芯片Virtx-5及其附屬電路組成，是主控芯片，負(fù)責(zé)控制存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元11工作并通過(guò)字頭(A1+B2+C3)接收其傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)緩存到存儲(chǔ)卡緩存單元14，并應(yīng)用FPGA對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)器的分配算法調(diào)配數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元15，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13通過(guò)IP內(nèi)核控制存儲(chǔ)卡PCIE總線單元16接收計(jì)算機(jī)或PC機(jī)PCIE總線上的命令，并根據(jù)命令讀出存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元15內(nèi)的并行數(shù)據(jù)到PC機(jī)中；存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元15，由芯片IDXl 10M01和flash芯片組成，由4塊相同的子電路組成，每塊子電路包括I片IDXl 10M01和8片flash芯片，其通過(guò)并行總線與存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13連接，通過(guò)接收存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13的命令完成對(duì)并行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入、讀出功能；存儲(chǔ)卡PCIE總線單元16，通過(guò)FPGA內(nèi)核實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)或PC機(jī)與高速采集、存儲(chǔ)卡3的數(shù)據(jù)交互；存儲(chǔ)卡電源單元12，由3片芯片PTH05000W組成，輸入為PCIE插槽內(nèi)的5V電壓，輸出3.3V、2.5VU.2V電壓，給整個(gè)高速采集、存儲(chǔ)卡3供電。本實(shí)施方式的高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作過(guò)程為:接口板CameraLink接口及處理單元5、接口板32位LVDS接口及處理單元6，接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元7分別將CameraLink信號(hào)轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù)，差分LVDS轉(zhuǎn)換成的單端TLL32位并行數(shù)據(jù)，光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù)；接口板FPGA處理單元8接收并行數(shù)據(jù)，并將并行數(shù)據(jù)緩存到接口板緩存單元9，當(dāng)接口板緩存單元9滿時(shí)，接口板FPGA處理單元8將并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元9，并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元10將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光纖信號(hào)并通過(guò)光纖高速通道2傳輸?shù)酱鎯?chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元11，存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元11將光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13接收存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元11傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并緩存到存儲(chǔ)卡緩存單元14，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13應(yīng)用FPGA對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)器的分配算法調(diào)配并行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元15，并通過(guò)IP內(nèi)核控制存儲(chǔ)卡PCIE總線單元16接收工業(yè)計(jì)算機(jī)或PC機(jī)PCIE總線上的命令，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元13根據(jù)命令讀出存儲(chǔ)卡陣列 存儲(chǔ)單元15內(nèi)的并行數(shù)據(jù)到PC機(jī)中。
權(quán)利要求
1.一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 主要由接口板接口及處理單元，接口板FPGA處理單元，接口板緩存單元，接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元組成的高速接口轉(zhuǎn)接板； 主要由存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元，存儲(chǔ)卡緩存單元，存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)卡PCIE總線單元組成的高速采集、存儲(chǔ)卡； 所述高速接口轉(zhuǎn)接板與所述高速采集、存儲(chǔ)卡通過(guò)光纖高速通道連接； 所述接口板FPGA處理單元接收接口板接口及處理單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲(chǔ)到接口板緩存單元，當(dāng)接口板緩存單元滿時(shí)，接口板FPGA處理單元將并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元，并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元將并行數(shù)據(jù)通過(guò)光纖高速通道傳輸?shù)酱鎯?chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元接收存儲(chǔ)卡光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)卡緩存單元和存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)卡FPGA處理單元控制存儲(chǔ)卡PCIE總線單兀接收PCIE總線上的命令，并根據(jù)命令控制存儲(chǔ)卡陣列存儲(chǔ)單兀讀出并彳了數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要I所述的一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，所述接口板接口及處理單元包括接口板Camera Link接口及處理單元、接口板32位LVDS接口及處理單元和接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要I所述的一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖高速通道包括四路光纖和連接器。
4.根據(jù)權(quán)利要I所述的一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，還包括接口板電源單元和存儲(chǔ)卡電源單元，接口板電源單元為高速接口轉(zhuǎn)換板供電，存儲(chǔ)卡電源單元為高速采集、存儲(chǔ)卡供電。
全文摘要
一種高速數(shù)字信號(hào)的采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)，屬于信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)無(wú)法滿足多種高速信號(hào)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)要求，且接口單一，不能通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件直接調(diào)用、查看、回訪存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的系統(tǒng)包括高速接口轉(zhuǎn)接板，高速采集、存儲(chǔ)卡，連接高速接口轉(zhuǎn)接板和高速采集、存儲(chǔ)卡的光纖高速通道。本發(fā)明的系統(tǒng)可以針對(duì)Full模式Camera Link數(shù)字信號(hào)，并行LVDS數(shù)字信號(hào)，或四路光纖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)，最高存儲(chǔ)速度達(dá)到800MB/s；同時(shí)采集、存儲(chǔ)部分設(shè)計(jì)為帶有PCIE總線的形式，方便插入工業(yè)計(jì)算機(jī)或普通PC機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件可調(diào)用、查看、回訪存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04N5/775GK103246754SQ20131014048
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者張?jiān)? 吳慶林, 陰玉梅, 喬兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所