PCI Express接口的数据采集存储系统方案

引言

　　本文提出了一种基于PCI Express总线接口的、具备可扩展性能、并可大容量存储数据的采集系统。该系统的最高采样速率可达80 MHz，利用计算机并通过PCI Express总线和采集卡、Raid磁盘阵列相连后，便可通过主机软件界面实现对硬件设备的控制。

　　1 系统结构

　　方案总体上分为三个部分：高速信号采集卡、主机、Raid磁盘阵列，他们之间可通过PCIExpress总线连接。其系统结构如图1所示。

　　本系统的高速信号采集卡主要由信号调制电路、数据采集模块、采集时钟控制模块、数据缓存和逻辑控制模块、PCI Express总线接口控制等部分组成。其中逻辑控制模块负责接收来自PCIExpress接口的主机控制信息以及采样时钟频率的控制信号，并向系统的其它部分发送相关的控制命令。在进行数据采集时，A/D转换芯片的输出在经过信号处理后，可在数据缓存模块的控制下存入FPGA内部FIFO中;然后再通过PCI Express总线通过主机内存转存到Raid磁盘阵列。

　　2 系统实现

　　2.1 数据采集

　　本系统中的数据转换芯片采用ADI公司生产的AD9430流水型转换器。它是一种单片低功耗12位高速ADC器件，采用3.3 V单一电源供电，具有最大的高速转换率(能够达到210 MSPS)，并在较宽的频带范围内仍然具有较好的动态特性。另外，片内还集成了高性能的采样保持放大器、参考电压源和数据时钟输出信号。可为系统提供更加简捷的解决方案。

　　AD9430有两种数据输出接口模式，即3.3VCOMS输出和LVDS输出。AD9430正常工作后，每个时钟周期进行一次A/D转换，当通过内部缓冲采样保持器和编码之后，可将转换结果锁存到输出寄存器。

　　通常高速数据采集都是建立在高速高精度采样的基础之上，而高速采样必须得到高质量时钟信号的保障。采样时钟发生电路是高速AD采样的基础模块。本系统选用可程控时钟源SY89429AZC来产生AD9430的采样时钟，并通过对SY89429AZC芯片S_CLOCK、S_DATA、S_LOAD三个引脚信号线的控制，来程控输出40MHz～200MHz精确采样时钟。图2所示是SY89429AZC的三线控制时序图。

　　TTL引脚S_DATA为配置串行移位寄存器的输入端，串行寄存器可在每一个S_CLOCK信号的上升沿对S_DATA信号进行取值。另有一配置锁存器可在S_LOAD信号为高电平时锁存串行移位寄存器的内容。这样，通过设置S_DATA信号的值(即T2…T0，N1，N0，M8…M0的数值)以及三信号线的时序，便可控制SY89429AZC时钟芯片输出精确的采样时钟。