基于SFP光纤接口的高速大容量宽带I/Q数据记录仪的制作方法

本发明涉及数据记录仪，具体涉及一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪。

背景技术：

在广播、移动通信、航空航天与国防及汽车产业等相关领域中，实时数字信号的无损耗记录、存储和回放直接决定测试水平的高低，影响着装备性能与可靠程度。随着我国相关领域的迅速发展，装备性能不断提高，同时装备复杂程度也在迅猛增加。只有测试设备快速的提供更多测试数据，才能及时准确的发现装备缺陷，从而提高装备的可靠性缩短装备研发周期。因此，需要研制一种高速大容量的宽带i/q数据接收装备以满足对相关装备的测试要求。

目前国内在基础类测试仪器方面的研究进展很大。在实时获取高速数据方面虽然有功能类似的仪器，但是仪器的通用性不好，数据传输速率不够大，无法满足高精度探测装备的长时间测试需求。因此，不管是通信装备的现场状态检查、维护还是探测装备的研制、生产都对实时记录和处理数字信号的高速大容量数据记录仪提出了需求。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中数据记录仪记录速率较低和存储容量不足的问题，为了满足测试装备对功能全面、传输速率高、存储容量大的数据记录仪的要求，提供了一种集实时记录、数据处理和高速大容量存储于一体的基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪，包括数据记录控制模块、嵌入式计算机主板、固态硬盘存储模块、触摸显示器和电源管理模块，所述数据记录控制模块包括触发管理单元、主控单元、光纤数据接收单元、ddr3数据缓存单元、pci-e接口控制单元；所述触发管理单元的输入端与数字信号接收机连接，输出端与主控单元连接，用于接收数据信号接收机传输的触发信号，并进行处理后产生触发响应信号发送给所述主控单元；所述主控单元与光纤数据接收单元连接，用于根据触发管理单元发送的触发响应信号，控制所述光纤数据接收单元进行数据接收；所述光纤数据接收单元包括多个sfp光纤接口模块，用于通过sfp光纤接口从数字信号接收机接收数据后发送到ddr3数据缓存单元进行数据缓存；所述pci-e接口控制单元通过pci-e接口与所述固态硬盘存储模块以及嵌入式计算机主板连接，用于将ddr3数据缓存单元缓存的数据通过pci-e接口传输到固态硬盘存储模块，以及通过pci-e接口实现数据记录控制模块与嵌入式计算机主机之间的通信连接；所述嵌入式计算机主板用于对所述数据记录控制模块进行参数配置，数据处理分析；所述触摸显示器与所述嵌入式计算机主板通过串口连接，用于输入选择的触发信号类型，以及显示数据的记录过程。

所述光纤数据接收单元包括四个sfp光纤接口模块、四个高速吉比特收发器以及位匹配fifo模块，所述sfp光纤接口模块的输出端所述高速吉比特收发器的输入端分别一一对应连接，所述高速吉比特收发器的输出端与位匹配fifo模块连接，所述位匹配fifo模块的输出端与ddr3数据缓存单元的输入端连接。

所述触发管理单元包括触发信号选择单元、触发条件判定单元、触发响应信号产生单元；所述触发信号选择单元的输出端与触发条件判定单元的输入端连接，触发条件判定单元的输出端与所述出发响应信号产生单元连接。

所述触发管理单元，主控单元，高速吉比特收发器gtx0、gtx1、gtx2、gtx3以及位匹配fifo模块和ddr3数据缓存单元集成在fpga芯片内，所述主控单元为fpga逻辑控制模块，所述fpga芯片通过fpga逻辑控制模块实现数据解包，数据打包，时钟补偿，位匹配fifo以及数据缓存。

所述pci-e接口控制单元也可以集成在fpga芯片内，所述pci-e接口控制单元包括pci-e发送引擎、pci-e接收引擎和时钟修正模块，所述时钟修正模块与所述pci-e发送引擎和pci-e接收引擎连接，所述pci-e发送引擎和pci-e接收引擎通过pci-e接口与固态硬盘存储模块连接。

所述嵌入式计算机主板包括微处理器、内存单元、显示控制单元，以及pci-e、usb、lan、sata、vga通用接口。

所述ddr3数据缓存单元为ddr3sodimm存储芯片，所述数据记录控制模块为fpga芯片，所述数据记录控制模块通过fpga芯片内置的ddr3控制器ip软核和mcb硬核将数据缓存在ddr3sodimm存储芯片。

所述的一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪，还包括gps定位模块，gps定位模块与所述主控单元连接，所述主控单元还用于从所述gps定位模块读取坐标信息，并将其与记录数据一起写入数据缓存单元和固态硬盘存储模块中。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪，包括数据记录控制模块、嵌入式计算机主板、固态硬盘存储模块、触摸显示器和电源管理模块，数据记录控制模块通过一条pci-e总线与嵌入式计算机主板之间高速通信，通过另一条pci-e总线将高速数据存入固态硬盘；数据记录控制模块包括多组sfp光纤接收模块，具有多组光纤数据收发通道，有效数据位宽128bit，最高数据记录速率20gbps、采样范围1ksa/s～500msa/s、固态硬盘存储模块可以达到2tb容量存储空间，可以实时存储高速数据；此外，本发明的于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪具有数据管理功能、数据时间信息修改功能；此外，本发明具备lan、usb、vga等标准接口，可以外接gps定位模块，进行gps坐标记录，并将坐标信息标注到记录数据中。

附图说明

图1是本发明实施例提出的一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪的总体结构示意图；

图2为sfp光纤接口数据传输原理图；

图3是本发明实施例中数据接收模块的原理图；

图4是本发明实施例中pci接口控制单元与固态硬盘存储模块的连接结构示意图；

图5是本发明实施例中整机软件层次框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~4所示，为本发明实施例提供的一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪，包括数据记录控制模块、嵌入式计算机主板、固态硬盘存储模块、触摸显示器和电源管理模块，所述数据记录控制模块包括触发管理单元、主控单元、光纤数据接收单元、ddr3数据缓存单元、pci-e接口控制单元；所述触发管理单元的输入端与数字信号接收机连接，输出端与主控单元连接，用于接收数据信号接收机传输的触发信号，并进行处理后产生触发响应信号发送给所述主控单元；所述主控单元与光纤数据接收单元连接，用于根据触发管理单元发送的触发响应信号，控制所述光纤数据接收单元进行数据接收；所述光纤数据接收单元包括多个sfp光纤接口模块，用于通过sfp光纤接口从数字信号接收机接收数据后发送到ddr3数据缓存单元进行数据缓存；所述pci-e接口控制单元通过pci-e接口分别与固态硬盘存储模块和嵌入式计算机主板连接，用于将ddr3数据缓存单元缓存的数据通过pci-e接口传输到固态硬盘存储模块，所述pci-e接口控制单元还用于通过pci-e接口实现数据记录控制模块与嵌入式计算机主机之间的通信连接；所述嵌入式计算机主板用于对所述数据记录控制模块进行参数配置以及数据处理分析；所述触摸显示器与所述嵌入式计算机主板通过串口连接，用于输入选择的触发信号类型，以及显示数据的记录过程。

具体地，如图1所示，所述光纤数据接收单元包括四个sfp光纤接口模块sfp0、sfp1、sfp2、sfp3，四个高速吉比特收发器gtx0、gtx1、gtx2、gtx3以及位匹配fifo模块，sfp光纤接口模块的输出端高速吉比特收发器的输入端分别一一对应连接，高速吉比特收发器的输出端与位匹配fifo模块连接，所述位匹配fifo模块的输出端与ddr3数据缓存单元的输入端连接。如图2所示，为sfp光纤模块的数据接收原理图，sfp光纤接口模块利用fpga内部高速吉比特收发器并行收发数据，吉比特收发器采用cml（currentmodelogic）逻辑电平、线路编码和预加重等技术，可以极大的减小时钟扭曲、信号衰减和线路噪声对接收性能的影响，因此，采用多通道高速吉比特收发器与sfp光纤模块可以实现与外部设备对接和对高速数据的收发，单通道数据速率6.25gbps，四通道并行线上速率25gbps，为了保证数据传输可靠采用8b/10b编码，因此有效线上速率为20gbps。此外，ddr3数据缓存单元可以实现数据的高速缓存。

具体地，如图1所示，所述触发管理单元包括触发信号选择单元、触发条件判定单元、触发响应信号产生单元；所述触发信号选择单元的输出端与触发条件判定单元的输入端连接，触发条件判定单元的输出端与所述出发响应信号产生单元连接。在接收数据时，触发信号通过触发通道送入触发信号管理单元，该模块负责管理和判决信号到达时间和触发器的优先级，然后产生触发响应信号。触发响应信号传输给高速数据记录控制模块的主控制单元，从而实现对高速数据的记录触发。具体地，用户通过触摸屏向触发信号选择单元输入选择的触发信号类型，具体可以为i/q电平触发、外部信号触发、定时触发、以太网远程触发和手动触发等的任意一种或几种，触发信号选择单元接收到触发信号后，根据用户输入对触发信号类型进行选择，并将选择得到的触发信号发送给触发条件判定单元，触发条件判定单元判定触发信号是否满足条件，若满足，则触发响应信号产生单元产生触发信号，发送到主控单元；主控单元控制sfp光纤接口数据接收单元开始接收数据并将其写入ddr3数据缓存单元，经过缓存的数据在上位机的控制下通过pci-e接口写入到固态硬盘存储模块中。

具体地，所述触发管理单元，主控单元，高速吉比特收发器gtx0、gtx1、gtx2、gtx3以及位匹配fifo模块和ddr3数据缓存单元可以集成在fpga芯片内，如图3所示，主控单元即为fpga逻辑控制模块，所述fpga芯片通过fpga逻辑控制模块实现数据解包，数据打包，时钟补偿，位匹配fifo以及数据缓存。

具体地，如图1所示，所述嵌入式计算机主板包括微处理器、内存单元、显示控制单元，该嵌入式计算机主板上还设置有pci-e、usb、lan、sata、vga通用接口，嵌入式计算机主板与数据记录控制模块之间的数据通信通过pci-e总线寄存器来实现，控制命令通过pio模式传输，数据以dma模式进行传输。本发明实施例使用的嵌入式计算机主板不仅高度集成化，而且具有运行功耗低、结构尺寸小、外围器件可根据用户需要定制的特点。该嵌入式主板配备有pci-e、usb、lan、sata、vga等多种通用接口供用户使用，能通过pci-e接口与数据记录控制模块对接，能通过串行总线连接触摸显示屏。市场上生产嵌入式主板的公司有很多，能提供丰富的货源，可以根据用户需要灵活选配，增强了数据记录仪的维护能力和可扩展性。

具体地，如图4所示，所述pci-e接口控制单元也可以集成在fpga芯片内，所述pci-e接口控制单元包括pci-e发送引擎、pci-e接收引擎和时钟修正模块，所述时钟修正模块与所述pci-e发送引擎和pci-e接收引擎，所述pci-e发送引擎和pci-e接收引擎通过pci-e接口与固态硬盘存储模块连接。由于传统硬盘体积大、功耗高、不能满足对存取速度的要求，而基于flash芯片构架的固态硬盘具有读写速度快、功耗低抗震动、体积小等优良特性，本发明通过设计针对固态硬盘存储方式的pci-e（x8）接口实现fpga到固态硬盘存储模块的数据存储。pci-e（x8）接口支持最高40gt/s的数据传输率。本发明采用fpga控制pci-e接口实现高速大容量数据存储，与用数据缓存模块配合一起完成数据存储。固态硬盘的存储空间可以达到2t，数据存储量大，存储速度快。

具体的，本发明实施例提出的一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪，所述ddr3数据缓存单元可以为ddr3sodimm存储芯片，所述数据记录控制模块为fpga芯片，所述数据记录控制模块通过fpga芯片内置的ddr3控制器ip软核和mcb硬核将数据缓存在ddr3sodimm存储芯片。ddr3sodimm存储芯片的内存可以为4g，通过破ddr3sodimm存储芯片可以轻松实现缓存容量扩展。

进一步地，本发明实施例提出的一种基于sfp光纤接口的高速大容量宽带i/q数据记录仪，还可以包括gps定位模块，gps定位模块与所述主控单元连接，所述主控单元还用于从所述gps定位模块读取坐标信息，并将其与记录数据一起写入数据缓存单元和固态硬盘存储模块中。

进一步地，本发明实施例中的嵌入式计算机主板可以内置软件，整机软件可以采用win7作为开发平台，以期提供和台式pc机相同的强大功能。本发明的高速大容量宽频带数据记录仪是一个以硬件为基础，软件、硬件紧密结合的整体，同时具有数据接收、时间信息标注、文件管理、交互式操作指导等功能。软件设计的目的是通过对硬件电路的控制，使其能以特定的方式记录数据。如图5所示，软件设计层次主要分为：人机交互层、逻辑控制层、总线接口层、pci-e驱动层。应用程序主界面设计为几个功能独立的区域，自上向下依次为功参数设置区、状态显示区、数据分析区、功能菜单区。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。