基于PCI Express總線的高速光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計.pdf

1、在光通信設備的研發(fā)和光傳輸系統(tǒng)特性測試等領域，經(jīng)常需要采集高速光纖數(shù)據(jù)進行分析。但由于開發(fā)成本或開發(fā)難度等原因，目前能夠對2.5Gb/s甚至更高速率的光纖數(shù)據(jù)進行長時間、實時采集的設備尤為少見。
　　本文結合課題需求，基于現(xiàn)有的高性能PCI Express總線和磁盤陣列技術，研制了一套2.5Gb/s速率級的高速光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對接入的2路2.5Gb/s光信號進行實時、長時間的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)穩(wěn)定的存盤速率可達617.26M

2、B/s，能連續(xù)采集4TB的數(shù)據(jù)不丟幀，滿足系統(tǒng)的各項設計指標，具有很好的應用價值。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，主要做了如下的研究工作。
　　1、設計了PCI Express采集卡的硬件平臺。主要包括方案的確定、器件的選型與印制電路板的制作。采集卡的硬件平臺較好地克服了電磁干擾、信號反射以及布線延時等問題，能夠長時間穩(wěn)定可靠地工作。
　　2、研究了光信號的處理方法。探討了幀同步中一致次數(shù)和不一致次數(shù)的確定方法，通過研究ITU-T G.7

3、07中串行加擾／解擾模型的特性，提出了一種16bit的并行解擾方法。通過在FPGA進行邏輯實現(xiàn)，論證了幀同步和并行擾碼方式的正確性。
　　3、研究了高速數(shù)據(jù)與計算機內(nèi)存通信的解決方案。通過研究PCI Express總線和其它總線的結構和傳輸性能，確定選用PCI Express總線的解決方案。用FPGA內(nèi)的IP核來實現(xiàn)PCI Express總線具有設計靈活、升級擴展簡易的優(yōu)點。
　　4、研究了高速數(shù)據(jù)海量存儲的方法。通過對比磁

4、盤陣列以及其它存儲介質(zhì)的I/O性能及存儲成本，確定采用RAID0級別的磁盤陣列作為高速數(shù)據(jù)海量存儲的介質(zhì)。RAID0磁盤陣列是將多個廉價磁盤合并成一個大的磁盤，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的并行I/O存取。在磁盤陣列所有的級別中，RAID0的磁盤利用率最高，速度最快。
　　5、研究了提升磁盤陣列性能的軟件優(yōu)化方法。磁盤陣列雖然在硬件上已經(jīng)確定，但是可以通過不同的軟件存儲方案來提高陣列的I/O性能。經(jīng)測試表明，數(shù)據(jù)在驅動層存儲相對于在應用層存儲，可達