[发明专利]一种基于FPGA和GPU的高速采集存储分析系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA和GPU的高速采集存储分析系统，包括机箱、高速AD采集卡、高速存储卡、CPU、GPU卡以及上位机采集系统，所述的机箱用于提供物理载体，存储容量可扩展；所述的高速AD采集卡为基于FPGA+A/D架构，用于接收CPU发来的指令，实现AD采集启停、数据分发存储、实时采样；采集到的数据通过DDR来缓存，本发明通过异构处理，提供了集信号采集、处理、存储和分析一体化解决方案，能够实现高速采集存储的同时进行实时频谱分析，提高了工作效率；可以用两种不同的采样率对信号进行采集，有效的节省了内存消耗；并且显著提升了存储速度，解决了传统采集存储系统被存储速度限制的问题。

技术领域

本发明涉及数据采集领域，具体为一种基于FPGA和GPU的高速采集存储分析系统。

背景技术

随着信息技术高速的发展，数据处理的吞吐量越来越大，对高速实时性的要求也越来越高，因此数据的高速采集和实时存储技术在数字信号处理中显得越来越重要。特别是在卫星导航、电子、雷达等技术领域，数据采集存储系统越来越发挥着举足轻重的作用，而且对数据采集存储系统的技术要求也日益提高。高速采集行业已经由原来单一的采集、处理、分析，发展到采集、处理、存储、分析、回放等多种需求于一体的系统要求。同时对于采集信号的高频率、采集系统的高精度、存储系统的高带宽、大容量的需求已经日益明显。要在高速采集存储的同时对信号进行实时频谱分析，传统的数据采集存储系统已经难以满足这样的要求。

评估一个数据采集与存储系统的质量，主要考虑处理数据的速度和存储容量。在保证稳定性的条件下，尽可能提高数据读写速率和存储容量，满足现代工业和科学研究对系统速度与容量的要求。目前国内外市场上多家公司能够提供10GB/s带宽的ADC解决方案，但几乎没有能够提供如此高速的小型化采集存储设备。除了存储速度的制约外，存储容量的问题也不容小觑。由于采集存储系统采集的信号中不仅包含了目标信息，还有在目标信号出现前后进行的采集与存储，以及很多的电磁干扰，以及天气、地形等干扰信息，因此系统在采集时会存储许多不必要的无用信息。这对存储容量造成了一定的浪费。

如图1所示，传统的采集存储系统解决方案大多采用FPGA+CPU的架构。由于无法突破存储速度的瓶颈，大多是采用低采样率进行采集，并使用CPU进行数据存储和实时频谱分析；由于CPU既要进行存储又要对信号进行频谱分析，占用了大量的CPU资源，影响了系统工作的速度。低采样率的采集设备则无法分析多种类的高频信号，并且干扰信息以及目标信号出现前后的信息并没有被忽略，仍然全部进行存储，这对存储设备造成了一定的浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于FPGA和GPU的高速采集存储分析系统，可以实现既不浪费存储容量，又能很好的还原采集信号现场的情况，同时对信号进行实时分析，解决了传统采集存储系统中被存储速度制约的问题；能满足以高采样率采集重要时间内的信号，而用低采样率采集不重要时间内的信号的需求；可以将信号波形的时间戳以及原波形一一对应，有助于数据后期应用和分析；同时提供信号采集、处理、存储和分析一体化解决方案。此高集成度的便携式解决方案可以适应复杂的外场环境，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于FPGA和GPU的高速采集存储分析系统，包括机箱、高速AD采集卡、高速存储卡、CPU、GPU卡以及上位机采集系统，所述的机箱用于提供物理载体，存储容量可扩展；所述的高速AD采集卡为基于FPGA+A/D架构，用于接收CPU发来的指令，实现AD采集启停、数据分发存储、实时采样；采集到的数据通过DDR来缓存。

优选的，所述高速AD采集卡包括采集传输控制、高速A/D转换、数据缓存DDR、高速数据处理单元，采集传输控制单元通过PCIe与CPU卡建立通讯，所述高速A/D转换电路，其中A/D配置由CPU卡通过上位机进行配置，将模拟信号转化为数字信号，所述高速数据处理单元由FPGA实现，对采集的数据进行处理、存储。