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高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中高速緩存與海量緩存的實現(xiàn)
摘要：探討了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中高速采樣緩存的重要性和實現(xiàn)途徑，闡述了基于ADSP-21065L的并行多通道數(shù)據(jù)采集板上高速采樣緩存的設(shè)計與電路結(jié)構(gòu)，給出了采用FPGA實現(xiàn)通道復(fù)用和采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理，從而構(gòu)造16MB的SDRAM海量緩存以將高速緩存中的多批次采樣數(shù)據(jù)經(jīng)AD-21065L倒入SDRAM存儲的實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：高速數(shù)據(jù)采集；高速緩存；海量緩存；DSP；FPGA
１ 引言
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)目前已在雷達(dá)、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它的關(guān)鍵技術(shù)是高速ＡＤＣ技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲與傳輸技術(shù)和抗干擾技術(shù)。本文在分析了高速多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中存儲子系統(tǒng)的性能要求和設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，提出了高速緩存和海量緩存方案，并將該方案成功地應(yīng)用于ＤＳＰ多通道超聲信號采集與處理系統(tǒng)中。
對高速多通道采樣數(shù)據(jù)存儲的性能要求：一是高速性，現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)采集中所用的ＡＤＣ已達(dá)到幾十甚至幾百ＭＳＰＳ的水平，這就要求采樣數(shù)據(jù)存儲器的速度也要與之匹配，也就是采用高速緩存；二是大容量，其原因是多通道高速數(shù)據(jù)采集會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)流。一個４通道４０ＭＨｚ采樣率１６位精度數(shù)據(jù)采集板并行采樣０．１ｓ將產(chǎn)生３２ＭＢ的數(shù)據(jù)量，所以，通常需要海量緩存來存儲采樣數(shù)據(jù)。
２ 高速緩存的實現(xiàn)
通常構(gòu)成高速緩存的方案有三種：
第一種是ＦＩＦＯ（先進(jìn)先出）方式。ＦＩＦＯ存儲器就象數(shù)據(jù)管道一樣，數(shù)據(jù)從管道的一頭流入、從另一頭流出，先進(jìn)入的數(shù)據(jù)先流出。ＦＩＦＯ具有兩套數(shù)據(jù)線而無地址線，可在其一端寫操作而在另一端讀操作，數(shù)據(jù)在其中順序移動，因而能夠達(dá)到很高的傳輸速度和效率，且由于省去了地址線而有利于ＰＣＢ板布線。缺點是只能順序讀寫數(shù)據(jù)，因而顯得比較呆板，而且大容量的高速ＦＩＦＯ非常昂貴；
第二種是雙口ＲＡＭ方式。雙口ＲＡＭ具有兩套獨立的數(shù)據(jù)、地址和控制總線，因而可從兩個端口同時讀寫而互不干擾，并可將采樣數(shù)據(jù)從一個端口寫入而由ＤＳＰ從另一個端口讀出。雙口ＲＡＭ也能達(dá)到很高的傳輸速度，并且具有隨機存取的優(yōu)點，缺點是大容量的高速雙口ＲＡＭ很難得且價格昂貴；
第三種是高速ＳＲＡＭ切換方式。高速ＳＲＡＭ只有一套數(shù)據(jù)、地址和控制總線，可通過三態(tài)緩沖門分別接到Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器和ＤＳＰ上。當(dāng)Ａ／Ｄ采樣時，ＳＲＡＭ由三態(tài)門切換到Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器一側(cè)，以使采樣數(shù)據(jù)寫入其中。當(dāng)Ａ／Ｄ采樣結(jié)束后，ＳＲＡＭ再由三態(tài)門切換到ＤＳＰ一側(cè)以便ＤＳＰ進(jìn)行讀寫。這種方式的優(yōu)點是ＳＲＡＭ可隨機存取，同時較大容量的高速ＳＲＡＭ容易得到且價格適中，缺點是切換控制電路比較復(fù)雜，且只能由Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器和ＤＳＰ分時讀寫。
綜合考慮以上三種高速緩存方案的性能、價格和實現(xiàn)方便性后，筆者選用第三種方案（即高速ＳＲＡＭ切換方式）來構(gòu)成Ａ／Ｄ采樣高速緩存。系統(tǒng)的采樣與存儲部分的原理框圖如圖１所示。
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