FPGA在高速数据采集系统中的应用设计与性能优化.docx
FPGA在高速数据采集系统中的应用设计与性能优化
目录
一、内容概要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.1高速数据采集系统的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2FPGA在高速数据采集系统中的应用前景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
研究目标与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.1设计目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.2研究内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
二、FPGA基础与高速数据采集技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
FPGA基础知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
1.1FPGA的发展历程及特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
1.2FPGA的基本结构与工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
高速数据采集技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
2.1高速数据采集系统的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
2.2高速ADC的工作原理及特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
三、FPGA在高速数据采集系统中的应用设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
系统架构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
1.1总体架构设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
1.2关键硬件组件选择及配置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
FPGA程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
2.1数据采集逻辑设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
2.2数据处理与存储设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
2.3接口设计与通信协议实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
四、性能优化策略与技术实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
数据传输优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
1.1并行传输与串行传输优化策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
1.2数据压缩与解压缩技术实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
资源优化与功耗控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
2.1FPGA资源合理分配与调度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
2.2功耗分析与降低措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
算法优化与硬件加速技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49
3.1算法优化策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
3.2硬件加速技术实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
五、实验验证与性能评估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54
实验环境与平台搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55
1.1实验硬件设备介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56
1.2实验软件配置及功能介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57
实验设计与实施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．60
2.1实验内容设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61
2.2实验过程记录与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．