基于FPGA的高速多通道实时同步采集传输系统的设计及实现.PDF

第３０卷 第３期 广东工业大学学报 　 Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．３ 　 　 　 　 　 　 　 　 　２０１３年９月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 　　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７７１６２．２０１３．０３．００７ 基于ＦＰＧＡ的高速多通道实时同步采集 传输系统的设计与实现 杜玉晓，张浩腾，陈汶育，黄学彬，蔡振典，卓　杰 （广东工业大学 自动化学院，广东 广州５１０００６） 摘要：鉴于传统的多导联脑电图机双核控制采集系统中主控器ＡＲＭ与ＳＤＲＡＭ及ＦＰＧＡ的通讯流程繁琐重复，传 输效率低，数据吞吐量小等缺陷，提出了一种基于ＦＰＧＡ的高速多通道实时同步采集系统方案，将缓存 ＳＤＲＡＭ交 由ＦＰＧＡ控制并通过程序将其“内部ＦＩＦＯ化”，通过 ＳＤＲＡＭ前后两对ＦＩＦＯ的乒乓操作实现ＳＤＲＡＭ的异步时钟 同时读写，保证ＦＰＧＡ与ＡＲＭ接口处数据的不间断，并通过简洁严谨的并行接口协议实现ＦＰＧＡ和ＡＲＭ的高效率 通信，最终将ＦＰＧＡ和ＳＤＲＡＭ从物理上等效成一块“可自动采集数据的ＳＤＲＡＭ”．测试表明，该方案避免了数据转 移过程中的重复拷贝以及数据转移复杂的操作缺陷，提高数据吞吐量以及转移速率，满足了２５６导联脑电图的各 项设计指标，采样频率可达２０ｋＨｚ，甚至更高． 关键词：２５６导联脑电图机；高速多通道采集；实时同步技术；ＦＰＧＡ 中图分类号：ＴＰ２７４　　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　　文章编号：１００７７１６２（２０１３）０３００３７０８ ＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈｓｐｅｅｄＭｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌａｎｄＲｅａｌｔｉｍｅ ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ ＤｕＹｕｘｉａｏ，ＺｈａｎｇＨａｏｔｅｎｇ，ＣｈｅｎＷｅｎｙｕ，ＨｕａｎｇＸｕｅｂｉｎ，ＣａｉＺｈｅｎｄｉａｎ，ＺｈｕｏＪｉｅ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｆｌａｗｓｏｆｒｅｐｅａｔｅｄａｎｄｃｕｍｂｅｒｓｏｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄ ｓｍａｌｌｄａｔａｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｕａｌｃｏｒｅｃｏｎｔｒｏｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｍｕｌｔｉｌｅａｄＥＥＧｍａｃｈｉｎｅ， ｉｔａｄｖａｎｃｅｓａｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ． ＴｈｅＳＤＲＡＭｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＦＰＧＡｗｈｉｃｈＦＩＦＯｉｎｔｅｒｎａｌｉｚｅｓｔｈｅＳＤＲＡＭｖｉａｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｔｏａ ｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｌｏｃｋｒｅａｄｉｎｇｗｈｉｌｅｗｒｉｔｉｎｇｏｆｔｈｅＳＤＲＡＭｂｙｔｈｅｐｉｎｇｐｏｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｗｏ ｐａｉｒｓｏｆＦＩＦＯｏｆＳＤＲＡＭ，ｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｓｔｈｅｏｎｇｏｉｎｇｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＦＰＧＡａｎｄ ＡＲＭａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｙｃｏｎｃｉｓｅａｎｄｒｉｇｏｒｏｕｓｐａｒａｌｌｅｌｉｎｔｅｒｆａｃｅａｇｒｅｅｍｅｎｔｓ．ＴｈｅＦＰＧＡａｎｄ ＳＤＲＡＭｃａｎｂｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏａＳＤＲＡＭｗｈｉｃｈｃａｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｃｏｌｌｅｃｔｄａｔａ．Ｔｅｓｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ ａｖｏｉｄｓｔｈｅｒｅｐｅａｔｅｄｃｏｐｙ