基于FPGA的高速大容量数据记录设备的制作方法

本实用新型涉及存储技术领域，尤其涉及基于fpga的高速大容量数据记录设备。

背景技术：

传统的数据记录设备采用sd卡作为数据存储介质，由于sd卡读写速度较慢，一般为10mb/s，且容量较小，一般为16gb～128gb，无法适用于高速数据记录的应用场合。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供基于fpga的高速大容量数据记录设备，包括fpga板与cpu主板；所述fpga板与cpu主板均设置有pcie通信总线模块；所述fpga板设置有电源电路、数据接口电路、fpga模块与存储电路；所述cpu主板设置有cpu模块、数据传输接口与硬盘接口；所述电源电路分别与fpga模块、pcie通信总线模块相连；所述fpga模块通过pcie通信总线与cpu模块相连；所述fpga模块与数据接口电路相连；所述cpu模块与数据传输接口、硬盘接口相连；所述硬盘接口与所述存储电路相连。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用fpga板与cpu主板结合的的堆栈式架构，能够充分利用fpga丰富的gpio资源，并采用高速硬盘作为存储介质与sata硬盘接口，读写速度快，存储容量大，满足高速大数据量的使用场合。

附图说明

图1是本实用新型的系统图；

图2是电源电路的电路图；

图3是数据接口电路的电路图；

图4是pcie连接器的电路图。

图中：r1-第一电阻；r2-第二电阻；c1-第一电容；c2-第二电容；vcc-第一直流电源；d-稳压二极管；u1-滤波器；u2-隔离模块；u3-隔离型rs422收发器；u4-静电防护芯片；u5-pcie连接器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如附图1所示，本实用新型基于fpga的高速大容量数据记录设备，包括fpga板与cpu主板；所述fpga板与cpu主板均设置有pcie通信总线模块；所述fpga板设置有电源电路、数据接口电路、fpga模块与存储电路；所述cpu主板设置有cpu模块、数据传输接口与硬盘接口；所述电源电路分别与fpga模块、pcie通信总线模块相连；所述fpga模块通过pcie通信总线与cpu模块相连；所述fpga模块与数据接口电路相连；所述cpu模块与数据传输接口、硬盘接口相连；所述硬盘接口与所述存储电路相连。

具体的，所述电源电路包括第一直流电源、稳压二极管、滤波器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻与隔离模块；所述第一直流电源通过稳压二极管与滤波器输入端相连；所述滤波器正输出端接第一电容第一端、隔离模块第一输入端；所述滤波器负输出端接第一电容第二端、第一电阻第一端、隔离模块第二输入端；第一电阻第二端与所述隔离模块第三输入端相连；所述隔离模块正输入端接第二电阻第一端、第二电容第一端；所述隔离模块第二输出端接第二电容第二端、所述电源电路输出端。电源电路采用两级保护，首先通过滤波器，滤除电源通路上的干扰，再通过隔离电源，确保后级各电路与外部隔离开，互不干扰。

具体的，所述数据接口电路包括隔离式rs422收发器、隔离式dc/dc转换器与静电防护芯片；所述rs422收发器通过隔离式dc/dc转换器与静电防护芯片相连。使用adm2682隔离型rs422收发器作为数据接口芯片，adm2682具备5kvrms隔离，集成隔离式dc/dc转换器，数据速率可达16mbps；并且使用ip4284芯片对rs422信号通路进行esd防护，ip4284可提供±8kv的保护。如附图3所示，rs422_d1+、rs422_d1-通过收发器芯片转换为rs422_rxd_data1送给fpga进行传输，并且对rs422_d1+、rs422_d1-信号进行esd静电防护。

具体的，所述fpga模块采用xc7a100t芯片。cpu主板设置有usb接口和vga接口能够方便的将数据导出。

具体的，所述pcie通信总线模块包括pcie连接器；所述fpga模块通过pcie连接器与cpu模块相连。pcie通信电路用于fpga与cpu主板之间的通信，利用fpga片上的gtx/gth接口实现，电路如附图4所示，两对差分信号pcie_txp0、pcie_txn0和pcie_rxp0、pcie_rxn0通过minipcie连接器接在主板上对应的接口上。

具体的，所述存储电路包括ssd控制器与flash芯片；所述ssd控制器与flash芯片相连。存储电路采用msata接口固态硬盘作为存储介质；具有启动快、无噪音、快速随机读取、工作温度范围宽，抗震性能优异等特点，支持sataiii6.0gb/s接口协议；硬盘的数据信号sata_rx+、sata_rx-和sata_tx+、sata_tx-通过专用连接线接到cpu主板上的sata接口上，实现数据传输。

本实用新型采用fpga板与cpu主板结合的的堆栈式架构，能够充分利用fpga丰富的gpio资源，并采用高速硬盘作为存储介质与sata硬盘接口，读写速度快，存储容量大，满足高速大数据量的使用场合。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.基于fpga的高速大容量数据记录设备，其特征在于，包括fpga板与cpu主板；所述fpga板与cpu主板均设置有pcie通信总线模块；所述fpga板设置有电源电路、数据接口电路、fpga模块与存储电路；所述cpu主板设置有cpu模块、数据传输接口与硬盘接口；所述电源电路分别与fpga模块、pcie通信总线模块相连；所述fpga模块通过pcie通信总线与cpu模块相连；所述fpga模块与数据接口电路相连；所述cpu模块与数据传输接口、硬盘接口相连；所述硬盘接口与所述存储电路相连。

2.根据权利要求1所述基于fpga的高速大容量数据记录设备，其特征在于，所述电源电路包括第一直流电源、稳压二极管、滤波器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻与隔离模块；所述第一直流电源通过稳压二极管与滤波器输入端相连；所述滤波器正输出端接第一电容第一端、隔离模块第一输入端；所述滤波器负输出端接第一电容第二端、第一电阻第一端、隔离模块第二输入端；第一电阻第二端与所述隔离模块第三输入端相连；所述隔离模块正输入端接第二电阻第一端、第二电容第一端；所述隔离模块第二输出端接第二电容第二端、所述电源电路输出端。

3.根据权利要求1所述基于fpga的高速大容量数据记录设备，其特征在于，所述数据接口电路包括隔离式rs422收发器、隔离式dc/dc转换器与静电防护芯片；所述rs422收发器通过隔离式dc/dc转换器与静电防护芯片相连。

4.根据权利要求1所述基于fpga的高速大容量数据记录设备，其特征在于，所述pcie通信总线模块包括pcie连接器；所述fpga模块通过pcie连接器与cpu模块相连。

5.根据权利要求1所述基于fpga的高速大容量数据记录设备，其特征在于，所述存储电路包括ssd控制器与flash芯片；所述ssd控制器与flash芯片相连。

6.根据权利要求1所述基于fpga的高速大容量数据记录设备，其特征在于，所述fpga模块采用xc7a100t芯片。

技术总结
本实用新型公开了基于FPGA的高速大容量数据记录设备，包括FPGA板与CPU主板；所述FPGA板与CPU主板均设置有PCIE通信总线模块；所述FPGA板设置有电源电路、数据接口电路、FPGA模块与存储电路；所述CPU主板设置有CPU模块与硬盘接口。本实用新型采用FPGA板与CPU主板结合的的堆栈式架构，能够充分利用FPGA丰富的GPIO资源，并采用高速硬盘作为存储介质与SATA硬盘接口，读写速度快，存储容量大，满足高速大数据量的使用场合。

技术研发人员：曾健
受保护的技术使用者：四川盈腾瑞德科技股份有限公司
技术研发日：2020.06.22
技术公布日：2020.12.08