基于FPGA的高速数据并行采集的设计与实现
集成电路应用
于淼
长治凌燕机械厂
摘要： 针对航空航天飞行试验领域高帧频、高分辨率成像对海量数据实时采集和多类型信号并行采集的需求，该文设计并实现了一种基于FPGA的高速数据采集记录装置，系统采用采集传输的模块化架构，以Xilinx Kintex7系列FPGA为控制核心，集成两路PCM同步串行接口、两路Aurora光纤接口及千兆以太网接口，实现五路采集链路同步采样。针对多链路并行数据缓存阶段存在的资源抢占、时序错乱难题，该文基于DDR3缓存阵列，设计专属混合数据编帧格式来规范五路数据交互接口，优化FIFO写入时序逻辑，增设自适应仲裁逻辑动态分配读写权限，根据缓存占用状态动态管控读写任务，实现高速数据流平稳缓存。实测平台验证结果显示：系统可同步实现五路数据的同步接收工作，在-40~80 ℃及随机振动等极端条件下无误码、无丢帧，满足飞行试验数据记录的各项技术要求。
中图分类号：TN79文献标识码：ADOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2026.09.005
中文引用格式：于淼. 基于FPGA的高速数据并行采集的设计与实现［J］.集成电路应用，2026，43（9）：28-35.
英文引用格式：Yu Miao.Design and implementation of high-speed parallel data acquisition based on FPGA［J］.Application of IC，2026，43（9）：28-35.
中文引用格式：于淼. 基于FPGA的高速数据并行采集的设计与实现［J］.集成电路应用，2026，43（9）：28-35.
英文引用格式：Yu Miao.Design and implementation of high-speed parallel data acquisition based on FPGA［J］.Application of IC，2026，43（9）：28-35.
Design and implementation of high-speed parallel data acquisition based on FPGA
Yu Miao
Changzhi Lingyan Machinery Factory
Abstract： To address the demands of high-frame-rate and highresolution imaging as well as real-time massive data acquisition and parallel multi-type signal sampling in the aerospace flight test field, this paper designs and implements an FPGA-based high-speed data acquisition and recording device. Adopting a modular architecture for data acquisition and transmission, the system takes the Xilinx Kintex-7 series FPGA as its main control core. It integrates two channels of PCM synchronous serial interfaces, two channels of Aurora optical fiber interfaces and a Gigabit Ethernet interface to realize synchronous sampling across five independent acquisition links. Aiming at the challenges of resource contention and timing misalignment arising during the parallel data buffering process of multi-channel links, a dedicated mixed-data framing format was formulated for the fivechannel data interaction interfaces based on a DDR3 buffer array.
Key words : FPGA;Aurora;DDR3;high-speed parallel data acquisition
引言
在飞行试验中，可回收式数据采集记录装置可完整记录关键部件的工作参数，是获取试验数据的重要手段。环境恶劣对数据采集速率、采集带宽和数据实时性提出了更高要求。因此，作为多通道高速数据互联的核心技术，高速串行总线需要合理设计组织形式和仲裁规则，以满足实时传输速率的要求。在该领域，曾舒婷团队研发了一套基于Aurora接口的高速数据采集设备，采集速率可达1.25 Gbit/s，支持光口/以太网接口的高效数据回读［1］。
针对高速数据采集的高可靠性需求，本文基于FPGA平台，设计并实现了一款高可靠性、高速数据采集记录的专用采集记录装置，该装置可集成至目标平台，实现五路信号的同步采集，包含两路Aurora光纤数据(单路10 Gbit/s)、两路PCM同步串行数据(10 Mbit/s)及一路千兆以太网图像数据的同步采集、混合编帧、DDR3缓存，并具备通过LVDS链路在100米距离上以不低于500 MB/s速率回读数据的能力。
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作者信息：
于淼
(长治凌燕机械厂，山西长治046011)
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