一种实现数据采集处理的装置的制作方法

1.本文涉及但不限于数据处理技术，尤指一种实现数据采集处理的装置。


背景技术：

2.在常见的信号处理系统中，数据采集处理通常采用模数转换器(adc)采集芯片将数字信号转发到单片机、arm或数字信号处理(dsp)处理器进行运算；转发接口多以串行外设接口(spi)、通用串行总线(usb2.0)和以太网等为主。在高速数据采集方面，当对数据采集的种类、速度和精度要求都比较高时，相关技术中数据采集的处理方式已经无法满足应用要求，存在信号采集类型单一、数据转发缓慢和通信接口自适应差等缺陷；如何实现高速数据的采集处理，成为一个有待解决的问题。


技术实现要素：

3.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
4.本发明实施例提供一种实现数据采集处理的装置，能够实现高速数据信号的采集处理。
5.本发明实施例提供了一种实现了高速数据信号的采集处理，包括：采集调理板、现场可编程门阵列fpga硬件板卡和上位机；其中，
6.采集调理板包括一个以上调理板，每个调理板包含预设数值个信号源通道；
7.fpga硬件板卡，设置为：使能选通一个以上信号源通道；通过选通的信号源通道采集数据信号，对采集的数据信号进行处理，通过第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机；
8.上位机设置为：通过第二通信接口从fpga硬件板卡中获取处理后的数据信号，对获取到的数据信号执行运算。
9.本技术技术方案包括：采集调理板、现场可编程门阵列(fpga)硬件板卡和上位机；其中，采集调理板包括一个以上调理板，每个调理板包含预设数值个信号源通道；fpga硬件板卡，设置为：使能选通一个以上信号源通道；通过选通的信号源通道采集数据信号，对采集的数据信号进行处理，通过第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机；上位机设置为：通过第二通信接口从fpga硬件板卡中获取处理后的数据信号，对获取到的数据信号执行运算。本发明实施例装置基于fpga，实现了高速数据信号的采集处理。
10.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
11.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本
申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
12.图1为本发明实施例实现数据采集处理的装置的结构框图；
13.图2为本发明实施例fpga处理芯片的功能逻辑图。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
15.在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
16.图1为本发明实施例实现数据采集处理的装置的结构框图，如图1所示，包括：采集调理板、现场可编程门阵列(fpga)硬件板卡和上位机；其中，
17.采集调理板包括一个以上调理板，每个调理板包含预设数值个信号源通道；
18.fpga硬件板卡，设置为：使能选通一个以上信号源通道；通过选通的信号源通道采集数据信号，对采集的数据信号进行处理，通过第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机；
19.上位机设置为：通过第二通信接口从fpga硬件板卡中获取处理后的数据信号，对获取到的数据信号执行运算。
20.本发明实施例装置基于fpga，实现了高速数据信号的采集处理。
21.在一种示例性实例中，本发明实施例中的fpga硬件板卡包括：通道调理板切换电路、数模转换器adc采集电路和fpga处理芯片；其中，
22.通道调理板切换电路包含预设数值个信号源通道的选通使能电路，设置为：使能选通一个以上信号源通道；
23.adc采集电路设置为：通过选通的信号源通道采集数据信号，将采集的数据信号发送给fpga处理芯片；
24.fpga处理芯片设置为：对接收的数据信号进行处理；通过第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机。
25.在一种示例性实例中，本发明实施例中的fpga处理芯片包括：复旦微的的fpga。
26.在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一通信接口包括：pcie接口和/或usb3.0接口。
27.在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二通信接口包括：pcie接口和/或usb3.0接口；
28.本发明实施例上位机可以通过pcie接口或usb3.0接口完成采集数据的高速读取。
29.在一种示例性实例中，本发明实施例中的fpga硬件板卡设置为对采集的数据信号进行处理，包括执行以下一项或任意组合的处理：
30.低通滤波、拼包处理、数据存储、数据流切换、功能寄存器配置、数据信号的转发。
31.在一种示例性实例中，本发明实施例通过第一通信接口执行数据信号转发包括：pcie高速转发和/或usb3.0高速转发。
32.在一种示例性实例中，本发明实施例数据缓存包括：数据第三代双倍数据率同步动态随机存取存储器(ddr3)缓存。
33.在一种示例性实例中，本发明实施例中的fpga处理芯片还设置为执行以下处理：
34.信号源通道的调整，和/或adc采集电路的控制。
35.在一种示例性实例中，本发明实施例中的上位机还设置为：
36.配置硬件fpga硬件板卡的工作模式。
37.在一种示例性实例中，本发明实施例中的上位机还设置为配置硬件fpga硬件板卡的工作模式，包括执行以下一项或任意组合的配置：
38.硬件测试模式或正常采集工作模式配置；
39.信号源通道的选择配置；
40.adc采集电路的采样率设置；
41.对采集的数据信号进行处理包括低通滤波时，对低通滤波的参数配置。
42.在一种示例性实例中，本发明实施例中的通道调理板切换电路中还包含每个信号源通道相应的本地模拟测试电路，本地模拟测试电路支持预设的一种以上测试电平，以执行adc采集电路的故障测试。
43.在一种示例性实例中，本发明实施例中的一种以上测试电平包括以下一项或任意组合：3.3伏的测试电平、1.8伏的测试电平和0伏的测试电平。
44.在一种示例性实例中，本发明实施例一种以上测试电平包括3.3伏(v)、1.8v和0v的测试电平，可用于上电自测试adc采集电路的故障问题。
45.以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本发明实施例的保护范围。应用示例
46.针对多种通道数据同步高速采集的应用场景，本发明实施例的采集卡系统包括：采集调理板、fpga硬件板卡和上位机；其中，
47.采集调理板包括一个以上调理板，每个调理板包含预设数值个信号源通道；在一种示例性实例中，本发明实施例采集调理板包括第一调理板和第二调理板，每个调理板包含20个信号源通道，此时，采集调理板可以同时支持最多40通道的信号采集。在一种示例性实例中，本发明实施例可以根据应用需求扩展通道，以适用不同类型的数据信号采集。
48.fpga硬件板卡包括：通道调理板切换电路、adc采集电路和fpga处理芯片。在通道调理板切换电路中包含预设数值个信号源通道的选通使能电路，同时每个信号源通道包含对应的本地模拟测试电路，支持3.3v、1.8v、0v的测试电平，可用于上电自测试adc电路故障问题。adc采集电路支持多通道信号采集功能；adc采集电路把采集信号传给fpga处理芯片进行相应的信号处理；在一种示例性实例中，本发明实施例中的fpga处理芯片可以采用复旦微芯片jfm7k325t；fpga硬件板卡对外采用了pcie x8和usb3.0高速通信接口，可以支持常规计算机和其他类型的工控机；同时，采用usb3.0接口时也可以用于便携式类型的处理平台。
49.上位机支持pcie接口和usb3.0接口的通信；支持pcie接口的通信时，包括pcie驱动和pcie插槽接口，支持usb3.0接口的通信时，包括usb3.0驱动和usb3.0接口；在一种示例性实例中，本发明实施例pcie驱动可以参考xilinx官方驱动修改，usb3.0驱动可以采用官方驱动，驱动程序接口以库函数的方法通过c++语言编写api函数，支持windows或linux系
统，上位机应用程序通过直接调用api函数实现与fpga硬件板卡的交互通信，可以包括：上位机配置硬件fpga硬件板卡的工作模式，比如通道选择配置、adc采样率设置和低通滤波器参数配置等，然后启动接收功能，获取相应通道数据的采集工作，最后完成对采集数据的计算处理工作；根据应用场景的不同，用户可以选择使用pcie接口或usb3.0接口。
50.本发明实施例采集卡系统充分利用fpga的并行处理和逻辑可编程特性，可以应用于多通道并行采集的应用场景，并对采集数据进行统一的编码和拼包，然后进行大数据缓存，并通过pcie或usb3.0高速转发至上位机完成进一步的信号处理，实现软件和硬件并举，提高了fpga对多种形式数据采集的处理效率。本发明实施例采集卡系统包括以下一项或任意组合的功能模块：通道扩展、adc采集控制、低通滤波、拼包处理、数据ddr3缓存、数据流切换、功能寄存器配置、pcie x8高速转发或usb3.0高速转发等，功能逻辑如图2所示。
51.本发明实施例采集卡系统可以支持用户扩展不同的信号采集通道，支持不同类型信号的采集，可以根据用户需求在线选用低通滤波器，上位机通过pcie或usb3.0接口完成采集数据的高速读取；其中，pcie接口和usb3.0接口支持自动切换功能，默认采用usb3.0接口，当检测到pcie设备建立连接时，自动切换到pcie接口。本发明实施例支持(适用于)usb3.0的便携性采集设备和插槽式的工控机采集设备。
52.本发明实施例基于fpga设计灵活可以重构，可扩展性强。采用fpga完成多通道信号的采集；在一种示例性实例中，本发明实施例fpga采用pcie和usb3.0于一体的高速接口转发。当计算机内安装usb3.0相关的硬件设备后就可以使用usb3.0相关的功能，usb3.0在保持与usb2.0的兼容性的同时还提供增强功能：提高了带宽(高达5gbps全双工)、更快地识别器件、数据处理效率更高。pcie是一种高速串行计算机扩展总线标准，旨在替代旧的pci、pci-x和agp总线标准；pcie属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，pcie2.0规范主要在数据传输速度上做出了重大升级，即从以前的2.5gbps总线频率翻倍至5.0gbps。另外，本发明实施例包括sdram、sram、flash等在内的存储器，采用fpga实现，fpga可以完成多种存储模式的接口，功能逻辑灵活可编程，提高了产品的性价比。
53.因此，本发明实施例提供一种基于fpga的高速多通道采集卡，完成多通道、高精度、高速率、多样性的数据传输处理；可以支持多种形式的信号采集，提高采集数据的高带宽传输，增强设备的接口适应性和便携性，
54.本发明实施例可以根据应用需求扩展调理板卡，分时操作不同的调理板卡进行实时高速的数据采集，提高了不同信号采集的多样性。可以对采集到的不同信号源进行在线可配置的低通滤波器的设计，提高信号的精度。对不同通道的采集数据进行了统一的编码和拼包，便于数据的管理与控制，同时也提高了fpga的资源利用率。支持pcie x8和usb3.0于一体的自适应接口，默认为usb3.0接口，如果识别到pcie建立连接后，可以自动切换至pcie接口，可以满足不同的上位机应用处理平台，支持windows和linux的操作系统，可以在pc机或arm平台中进行数据交互，实现软件、硬件协同工作的处理机制，提高了高速交互接口的通信多样性和协同性。当采用usb3.0接口进行通信时，本发明实施例系统可以制备为便携式的终端采集设备，便于外场的数据采集和调试。
55.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，
在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

技术特征：
1.一种实现数据采集处理的装置，包括：采集调理板、现场可编程门阵列fpga硬件板卡和上位机；其中，采集调理板包括一个以上调理板，每个调理板包含预设数值个信号源通道；fpga硬件板卡，设置为：使能选通一个以上信号源通道；通过选通的信号源通道采集数据信号，对采集的数据信号进行处理，通过第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机；上位机设置为：通过第二通信接口从fpga硬件板卡中获取处理后的数据信号，对获取到的数据信号执行运算。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述fpga硬件板卡包括：通道调理板切换电路、数模转换器adc采集电路和fpga处理芯片；其中，所述通道调理板切换电路包含预设数值个信号源通道的选通使能电路，设置为：使能选通一个以上所述信号源通道；所述adc采集电路设置为：通过选通的所述信号源通道采集所述数据信号，将采集的所述数据信号发送给所述fpga处理芯片；所述fpga处理芯片设置为：对接收的所述数据信号进行处理；通过所述第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一通信接口包括：pcie接口和/或usb3.0接口。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二通信接口包括：pcie接口和/或usb3.0接口。5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述fpga硬件板卡设置为对采集的数据信号进行处理，包括执行以下一项或任意组合的处理：低通滤波、拼包处理、数据存储、数据流切换、功能寄存器配置、所述数据信号的转发。6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述fpga处理芯片还设置为执行以下处理：所述信号源通道的调整，和/或adc采集电路的控制。7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上位机还设置为：配置所述硬件fpga硬件板卡的工作模式。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述上位机还设置为配置硬件fpga硬件板卡的工作模式，包括执行以下一项或任意组合的配置：硬件测试模式或正常采集工作模式配置；所述信号源通道的选择配置；所述adc采集电路的采样率设置；对采集的数据信号进行处理包括所述低通滤波时，对所述低通滤波的参数配置。9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述通道调理板切换电路中还包含每个信号源通道相应的本地模拟测试电路，本地模拟测试电路支持预设的一种以上测试电平，以执行adc采集电路的故障测试。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述一种以上测试电平包括以下一项或任意组合：3.3伏的测试电平、1.8伏的测试电平和0伏的测试电平。

技术总结
本文公开一种实现数据采集处理的装置，包括：采集调理板、现场可编程门阵列(FPGA)硬件板卡和上位机；其中，采集调理板包括一个以上调理板，每个调理板包含预设数值个信号源通道；FPGA硬件板卡，设置为：使能选通一个以上信号源通道；通过选通的信号源通道采集数据信号，对采集的数据信号进行处理，通过第一通信接口将处理后的数据信号发往上位机；上位机设置为：通过第二通信接口从FPGA硬件板卡中获取处理后的数据信号，对获取到的数据信号执行运算。本发明实施例装置基于FPGA，实现了高速数据信号的采集处理。据信号的采集处理。据信号的采集处理。


技术研发人员：马玉平 段靖辉 邹锐
受保护的技术使用者：北京旋极信息技术股份有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/28