基于FPGA的高速数据处理系统设计

时间:2021-11-17 00:52

本文摘要:随着光纤传感技术的发展,光纤传感器已顺利应用于周界侵略观测等安全性防止领域。目前,早已应用于光纤微扰动传感器或相近系统的数据处理方案较为多,有DSP、FPGA、FPGA+DSP、labview等多种方案。 但是目前的解决方案大多是对信号展开前期处置,构建PGC调制或者是滤波等功能,意味着对实验方案展开检验,扰动判断和定位等工作必须上传遍PC机上展开。 然而,PC机不是专用的数据处理器,与专用数据处理器比起,PC机体积大、功耗大、处理速度快。

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随着光纤传感技术的发展,光纤传感器已顺利应用于周界侵略观测等安全性防止领域。目前,早已应用于光纤微扰动传感器或相近系统的数据处理方案较为多,有DSP、FPGA、FPGA+DSP、labview等多种方案。

但是目前的解决方案大多是对信号展开前期处置,构建PGC调制或者是滤波等功能,意味着对实验方案展开检验,扰动判断和定位等工作必须上传遍PC机上展开。  然而,PC机不是专用的数据处理器,与专用数据处理器比起,PC机体积大、功耗大、处理速度快。而且在一般来说的动态信号处理中,专业处置芯片外围电路较为较少,一般来说一块电路板就可以已完成所须要功能,功耗大大减少,而且比起PC机可观的体积,可以使系统更加灵活,节约空间。

FPGA由于其高度的分段和灵活性的配备特性,以高速、动态、低成本、低灵活性的优点应用于数字信号处理领域。本文描述了使用FPGA构建光纤微扰动传感器的数据处理的明确方案,获取了一种高速动态数据处理方法。本系统的主要工作是通过基于FPGA的嵌入式系统,构建数据采集、数据存储、LCD表明、USB数据传输和数据处理,已完成光纤微扰动传感的扰动辨识和定位功能。

  1系统结构和硬件设计  1.1系统结构  光纤微扰动传感器使用马赫-泽德/马赫-泽德(M-Z/M-Z)混合干涉仪方案作为传感方案。而马赫-泽德/马赫-泽德混合干涉仪方案是通过测量两路光信号抵达测量端的时间差来确认扰动方位的一种方案。根据传感方案的特点,本系统应当再行将扣除的光信号切换为数字化信号,然后再对信号展开处置,所以根据系统的特点,系统结构图如图1右图。    从结构框图中可以显现出系统由以数据处理核心,光电切换、模数转换、LCD表明、数据存储和USB通信等外围功能模块结构而出。

由于光纤微扰动传感器的传感使用的是光纤,所以首先必须将信号经过光电切换和A/D切换,将信号切换为适合于FPGA处置的数字信号。然后,在FP-GA中展开数据处理,辨别接管信号是否是侵略不道德。如果不存在侵略不道德,则同时将收集到的信号现金存储器,并在LCD上表明侵略方位;如果没侵略不道德,则在LED上表明长时间,收集到的数据获释。

USB通信模块只在系统和PC机连接的时候,将存储器中数据上传遍PC机中。  1.2系统硬件设计  马赫-泽德/马赫-泽德混合干涉仪方案将扰动方位解法问题就转化成为测量两路信号抵达测量端的时间差,因此欲扰动点的方位的问题切换为求两路信号的时间延迟估算问题。对于时间延迟估算问题,目前大多使用涉及检测方法计算出来。

系统使用涉及检测算法,必须展开大量相互关口计算出来。相互关口计算出来的明确构建是由大量的乘法和乘法构成的,所以对数据处理速度拒绝很高。

计算出来量相当大,不过较为合适并行计算。系统的数据处理部分使用的是XC4VSX25,Virtex-4SX系列是Virtex-4平台中专门为了高性能数字信号处理(DSP)应用于解决方案而设计的。


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