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1光纖通信網絡

數據高速傳輸，需有較大的總線傳輸容量，且還必須保證外界噪聲不會影響到該系統。在高速數據采集系統中應用光纖通信網絡，不僅可滿足高寬帶的需要，且與光纖信號均不會被外界噪聲影響的特點相符合，最終可完成數據采集及傳輸。光纖通信網絡在高速數據采集系統中的應用優勢主要包括:(1)光波傳輸容量較大、頻率較高。(2)具有良好保密性，不會受到電磁干擾。(3)信號不輕易衰減，具有較長的中繼距離。(4)低廉、豐富的光纖材料來源，能夠節省眾多有色金屬，且光纖材料重量輕、直徑小，并具有良好地可撓性。隨著現代通信網絡的擴充、建設及提速，對光纖材料的需求也隨之不斷增長［3］。

2在高速數據采集系統中的應用

2.1高速采集模塊

將Atmega168芯片應用于系統主控制器中，時鐘時序由CPLD產生，實現對高速數據的控制及采集，數據采集模塊具體方案如圖1所示。高速數據采集系統運行原理為:通過傳感器將模擬量信號中攜帶的物理量信息進行電壓量的轉化，再通過ADC轉換模塊以數字電壓量代替模擬電壓量，進而實施數據的采集、存儲、傳輸及處理。由CPLD和AVR共同控制完成高速數據采集系統，并對所采集到的模擬信號實施模數轉換后，在FIFO中緩存結果，再在Flash陳列中進行轉存與保存。整個系統工作過程中，FIFO既具有緩存作用，還可使A/D對相關數據位數進行轉換的匹配問題得到全面解決，有效調整了與Flash存儲器中所包含的數據線位數。

2.2控制程序設計

在高速數據采集系統中，編程采集功能的實現選用兩條通道實施時鐘分析，若控制信號屬于低電平狀態，觸發采集，8路數據通道存儲采集到的數據，EOC電平逐漸下降［5］。在數據采集過程中，所有通道均具有相同的工作原理，且最終都在存儲區中存入所采集到的數據。以此為基礎，在CPLD中載入相關程序，系統性調試電路，同時實施8通道的數據轉換及控制，所產生出的波形如圖2所示。由此可見，1、3、4、5四路將8個連續脈沖分別產生出來，且具有準確的時序位置，即控制器可同時對8路信號進行采集與控制，不會發生時序或邏輯方面的錯誤［6］。因此，光纖通信網絡應用于高速數據采集系統中的采集程序符合設計要求，依照所采集的脈沖寬度，能夠將系統采集速度最高值為10Mbit·s－1計算出來。采用電光調制將采集到的數字信號進行成光信號的轉換，并于光纖通信網絡中實施加載，再采用光纖通信網絡將所采集的數據傳輸至高速數據主控制系統中。

2.3外接存儲器設計

光纖通信網絡在通過光的形式與模塊接入后，其數據速率比FPGA數據處理能力高，為了能夠實現準確、實時地傳輸信號，故設計外接存儲體是必要的。多累存儲器在市場中有多種，其中主要包括DDRSDRAM、SDRAM、VCM、DRDRAM等。根據光纖通信具有高速率、大數據量等特征，再與總體硬件設計相結合，該系統選用DDRSDRAM。DDRSDRAM通過雙倍速率結構增加對所采集數據進行高速讀取的能力，此雙倍速率結構中的所有時鐘周期均會實施讀寫操作，從而達到雙倍數據讀寫速度的效果。此外，控制命令、數據及地址被寄存在不同的時鐘跳沿，所以DDRSDRAM必須精準的對時鐘進行判斷。為與該要求相滿足，時鐘信號于DDRSDRAM中通過雙端差動實施數據傳輸，即CK#與CK.在CK變高、CK#變低的情況下，會認定CK為上跳沿;而若CK變低、CK#變高的情況下，會有時鐘CK下跳沿的認識。時鐘CK上跳沿對控制命令與地址予以寄存，可將所采集的數據進行高、低劃分，并分別存儲在時鐘上下跳沿。DDRSDRAM在高速數據采集系統中的工作原理，如圖3所示。與系統中數據存儲容量要求與處理速度相結合，選用現階段技術較成熟的HY5DU(L)T芯片。該芯片擁有32MB的容量，16位的數據總線寬度，芯片在最佳狀態下的數據吞吐率最大值為2×16×166×106=5.312Gbit·s－1。由此可見，DDRSDRAM芯片并不能解決光纖信號網絡速率在10Gbit·s－1時所存在的數據存儲問題［9］。此外，因系統設計難以滿足DDRSDRAM芯片速率最高值，故為了確保外部存儲器余量充足，可通過4片芯片并聯模式有效提升數據吞吐力，使其達到21.248Gbit·s－1。

3系統測試

在對基于光纖通信網絡的高速數據采集系統進行性能測試時，需通過對已知信號進行采集，并將信號存儲后，對比已知信號，最終完成測試。具體測試步驟為:通過光通信協議儀將特殊信號發送出去，達到9.953Gbit·s－1的信號速率，15520Byte的幀長，為便于分析信號，需對信號幀同步碼設置成“F6F6F6282828”的序列，將0設置在幀頭剩余部位，并將5設置在幀內剩余部位，由此避免對信號實施直接擾碼與傳輸。在對光信號接收后，系統應該實施光電降速與轉換處理，由系統中的FPGA對數據及時鐘實施接收，對其相應處理后轉入外部存儲器實施緩存［10］。數據存滿外部存儲器后，可暫停采集數據，根據順序對外部存儲器數據實施重新讀取，在計算機系統中送入千兆以太網接口實施統計對比分析。試驗結果得出數據幀同步碼，即“F6F6F6282828”，這些同步碼后有若干個0，所有凈荷均為常數5。試驗結果顯示，發送特定數據和接收數據相同。此外，為對系統誤碼率進行測試，將固定數據轉換為偽隨機碼以做信號凈荷，結果顯示誤碼率在10～12以下。

4結束語

本文基于光纖通信網絡對一種高速數據采集系統進行了設計。通過多路數據采集方式，并與光纖通信網絡相結合，使得高速數據采集能力得到大幅提高。同時，通過試驗對8路通道在高速采集下數據采集結果進行了分析。結果顯示，高速數據采集系統可完成多通道高速的數據采集，通過光纖通信網絡還可對系統上機位完成數據的采集與傳輸工作。

作者：江楠周鵬單位：中國人民解放軍92124部隊