高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的存儲與傳輸控制邏輯設(shè)計

　　● 讀寫數(shù)據(jù)的設(shè)計

　　在設(shè)計好采集數(shù)據(jù)的地址發(fā)生單元后，接下來就是配合時序進行讀寫操作。

　　圖4是RAM的讀操作時序圖，從圖中可以看出，當(dāng)指定待操作的地址后，設(shè)置芯片使能信號OE和片選使能信號CE有效，即可從數(shù)據(jù)線上讀出相應(yīng)地址內(nèi)的數(shù)據(jù)。

                                      圖4  RAM的讀數(shù)據(jù)時序圖

　　對于單片RAM的操作比較簡單，但是要將數(shù)據(jù)順序?qū)懭?片RAM中，就要求對上一片RAM寫操作完成后，系統(tǒng)能夠設(shè)置下一個待操作的RAM 有效，128位數(shù)據(jù)線分別對應(yīng)8片RAM的數(shù)據(jù)線，由于地址線和讀寫使能線公用，則需要分別設(shè)置每個RAM的片選，以區(qū)別當(dāng)前操作是針對哪一個RAM。片 選信號可以由譯碼器產(chǎn)生。讀操作時設(shè)置相應(yīng)RAM的片選有效，即可讀出存儲的數(shù)據(jù)，而進行寫操作時，則可以設(shè)置所有的RAM片選有效，將采集到的數(shù)據(jù)同時 并行的寫入8片RAM中。根據(jù)這些描述，片選信號的設(shè)計如圖5所示。NIOMD為操作的狀態(tài)信號，說明當(dāng)前的操作是讀狀態(tài)或是寫狀態(tài)，讀數(shù)據(jù)情況下設(shè)置為 1，片選信號分別有效，寫數(shù)據(jù)情況下設(shè)置為0，所有RAM均處于片選有效狀態(tài)下，可以同時寫入數(shù)據(jù)。這樣的設(shè)計也是為了配合系統(tǒng)的需求，一般的，讀取數(shù)據(jù) 的速度相對于寫數(shù)據(jù)來說還是要快一些的。

                                  圖5  RAM片選使能信號設(shè)計

　　仿真驗證

　　將上述設(shè)計方案整合后，配合其他控制信號的設(shè)計，就完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲功能的設(shè)計。在QuartusII軟件中對上述設(shè)計進行波形 仿真，可以看到設(shè)置SET值及相應(yīng)的狀態(tài)控制信號，則在VDB端就可以按照CS指示的相應(yīng)的RAM芯片中順序讀出預(yù)先存入的數(shù)據(jù)。按照圖中所示的狀態(tài)寄存 器設(shè)置，讀取深度設(shè)置寄存器設(shè)置為最小值SET[4...1]＝000，即只讀每片RAM的首個存儲數(shù)據(jù)，則地址發(fā)生器的最高值為8，從圖中可以看到當(dāng)?shù)?址發(fā)生器輸出值增加到8時，WE跳變?yōu)楦唠娖?，RAM的讀使能無效。由于AB[3]＝1，使得CNTEN=1,地址發(fā)生器的計數(shù)時鐘使能無效，計數(shù)器停止 計數(shù)，完成一輪數(shù)據(jù)的讀取操作。讀數(shù)據(jù)仿真驗證結(jié)果如圖6所示。

                                         圖6  讀數(shù)據(jù)仿真驗證

　　在圖6中，對于當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)串DB=0010，0011，1010，1110，1101，0011，1001，0111，片選信號 CS低電平有效，當(dāng)CS=11011111時，即選中按順序由低位到高位計算的第6片RAM，此時對應(yīng)的在VDB上讀出的數(shù)據(jù)應(yīng)該為DB的第6個數(shù)據(jù)值， 即為1010。從波形方針圖上得到驗證。

　　結(jié)語

　　利用FPGA的內(nèi)部資源，設(shè)計靈活的邏輯控制，完成高速大容量數(shù)據(jù)采集的存儲和傳輸設(shè)計，本文提出的設(shè)計方案可以在選用低成本、操作簡單的 靜態(tài)RAM組的情況下，實現(xiàn)實時大容量數(shù)據(jù)存儲需求的一種設(shè)計方法，并在EDA軟件中進行了仿真驗證，成功地應(yīng)用在1GS/s數(shù)據(jù)采集模塊中。