宽带信号采集系统光纤数据收发模块设计

论文摘要

高速和大容量信号采集技术的发展,使得系统的数据传输功能在其中的地位慢慢凸显了出来。许多特定的应用场合,像一些实时性要求比较高或者有深存储要求的情况下,如雷达、声纳、图像处理、语音识别、光时间域反射测量等,般都需要数据采集系统具有高速或超高速特性。所采数据的高速传输在此时就显得尤为重要,所以如何高速而准确的收发数据成为了数据采集系统发展的至关重要的一个方向。本文结合项目的实际情况制定了传输系统的架构,包括传输前对数据的监控、系统对数据流控制、高速传输模块等。通过数据的监测功能可以直观的了解到所传输数据的状态。高速传输模块实现了高速数据的实时传输功能。通过对器件的选取分析,实现了数据传输所需要的硬件平台。在选取传输媒介时,考虑到光纤具有衰减低,中继距离长、频带宽,不受电磁信号感应现象干扰、保密性能好等众多优点而得到应用。为了保证数据的完整性与准确性,在发送与接收端制定了传输协议。后续章节介绍了常用的高速串行传输协议,并详细介绍了光纤通道帧的结构、交互方式等。对FPGA芯片特有的高速收发IPcore的结构、原理与配置方法进行了说明。在光纤通道帧和信令协议的基础上,根据实际的系统需求,论文实现了一种基于光纤通道协议的数据持续传输方案。利用FPGA芯片实现了此传输方案,并对其进行了功能的仿真验证。论文最后描述了整个系统的测试过程,并对测试结果进行了分析,从而验证了系统所设计的功能,继而探讨了其中的不足和后续可改进的地方。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 高速数据采集及传输技术的发展现状
• 1.2.1 现有的数据传输形式
• 1.2.2 国内外技术现状
• 1.3 论文研究内容
• 第二章 数据传输协议介绍
• 2.1 几种常用协议
• 2.1.1 光纤通道协议
• 2.1.2 SFPDP协议
• 2.1.3 万兆以太网
• 2.1.4 Aurora协议及Serialite协议
• 2.2 协议的应用对比与选取
• 2.3 光纤通道协议
• 2.3.1 协议架构
• 2.3.2 服务类型介绍
• 2.3.3 帧的结构
• 2.3.4 传输信号的类型
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统总体方案
• 3.1 系统需求分析
• 3.2 方案架构
• 3.3 物理层实现方案
• 3.3.1 光信号传输方案
• 3.3.2 传输控制逻辑方案
• 3.4 基于FC协议的传输机制设计
• 3.4.1 端口交互方式
• 3.4.2 信号类型
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件系统平台
• 4.1 器件选择
• 4.1.1 逻辑器件选取
• 4.1.2 SFP+的选取及控制实现
• 4.2 硬件系统的搭建
• 4.2.1 FPGA芯片配置
• 4.2.2 器件互联
• 4.2.3 信号完整性
• 4.3 电源配置
• 4.3.1 FPGA内部高速收发器电源
• 4.3.2 SFP+电源配置
• 4.4 本章小结
• 第五章 逻辑设计与仿真
• 5.1 设计及仿真软件
• 5.1.1 逻辑设计工具
• 5.1.2 仿真工具
• 5.2 数据流控与信号监测
• 5.2.1 数据解串与重组
• 5.2.2 数据流控制
• 5.2.3 数据监测缓存控制
• 5.3 FC-2层的逻辑实现
• 5.3.1 位宽变换
• 5.3.2 帧的生成
• 5.3.3 帧分析
• 5.3.4 控制状态机
• 5.4 8B/10B模块
• 5.4.1 8B/10B编码模块
• 5.4.2 8B/10B解码模块
• 5.5 高速收发器
• 5.5.1 高速收发器结构简介
• 5.5.2 ALTGX的配置
• 5.5.3 高速收发器初始化
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验验证及结果分析
• 6.1 实验平台
• 6.2 测试方法及实验数据分析
• 6.2.1 数据流控制及显示测试
• 6.2.2 数据传输模块测试
• 6.3 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录一
• 攻硕期间取得的研究成果