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基于PCIE的高速数据采集卡DIY活动

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发表于 2012-3-12 20:53:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 suxiaoli3000 于 2013-2-20 22:06 编辑

一:目的:
   通过DIY DAQ采集卡,掌握PCIE的协议以及如何编写PCIE的驱动程序、FPGA程序如何与PCIE建立起通讯与数据传输控制、如何通过FPGA访问DDR存储器、高速AD的采集模拟电路以及高速DA的产生电路。

二:功能
   具有双通道的数据采集功能,通过PC机的软件可以实现对采集信号进行时域与频域分析与处理,类似示波器;具有标准波形的输出以及任意波形的输出通道;具有触发输入通道。

三:框图
  整个系统框图详见“框图.jpg”
            

框图

框图

四:进度
    每周汇报进度

五:管理
    设立QQ群,大家可以在QQ群中讨论或在本论坛中讨论。QQ群号:220470803  加入注明:EETOP DIY

相关文档资料区
一:初步设计方案
1.1方案文档 数据采集卡初步方案.rar (20.37 KB, 下载次数: 504 )
1.2器件手册
    高速ADC adc08d500.pdf (850.92 KB, 下载次数: 596 )
    PCIE协议等相关资料 PCI.Express.System.Architecture.chm (12.59 MB, 下载次数: 1209 ) PCI_Express_2.0_Rev_1.31.pdf (10.82 MB, 下载次数: 1138 ) PCIe_Starter_Guide_on_Xilinx[1].pdf (556.46 KB, 下载次数: 415 )
    FPGA(spartan6)资料 spartan6.rar (12.76 MB, 下载次数: 339 )
    USB2.0资料 CY7C68013器件中文手册.pdf (12.47 MB, 下载次数: 443 ) CY7C68013.pdf (534.96 KB, 下载次数: 150 )
    高速DAC AD9780_9781_9783.pdf (1.24 MB, 下载次数: 381 )
    锁相环 CDCE62005.pdf (2.12 MB, 下载次数: 312 )
    DDR2: mt47h128m16rt-25e.pdf (1.99 MB, 下载次数: 411 )
二:项目进展情况
   2.1:目前该项目进行芯片选型阶段,争对PCIE,FPGA,高速AD,高速DA,以及USB等等功能模块的芯片进行选型。选型完成后我们就可以正式确立本项目的方案。下一阶段则进行方案论证阶段,本阶段主要是进行方案的初步确定。希望大家积极主动参与进来。
   2.2:3月25日起进入方案最终确认阶段,确定最终本系统的方案后进入原理图设计阶段。
                               系统框图--最终方案.JPG

一:系统描述


系统集成数据采集与信号发生二种功能,采用PCIE总线来传输数据。主要的功能模块如下:

1.1ADC数据采集功能:采用集成双通道的ADC芯片来实现模拟数据的采集与转换功能。数据存储在DDR2芯片里。模拟前端应包括(AC耦合/DC耦合、50欧阻抗/1M阻抗、量程切换、自动增益控制、滤波等)。二路输入采用BNC接口,可以很方便地与示波器的探头来连接进行测试。

1.2:提供一路触发输入(支持电平触发与边沿触发),采用BNC接口。

1.3:提供外部时钟输入,采用SMA接口。

1.4DAC波形发生器:采用双通道的DAC芯片输出标准波形与任意波形。板上需配置一片DRAM来存储用户自定义任意波形的数据。同时,DAC的基准电压最好是通过一片DAC来产生,这样基准电压就可以自动调节。

1.5:数据传输采用PCIE来传输。同时板上增加USBUART接口,USB一方面可以用于调试,另一方面可以将数据不通过PCIE,直接通过USB与上位机进行传输与控制。UART只是用于调试中使用。

1.6:扩展功能:在FPGAIO口多余的情况下,增加7寸液晶屏的功能,这样可以不用通过PC来显示波形,直接在液晶屏上显示波形等。


二:器件选型


2.1FPGA芯片:采用Xilinx公司的:xc6slx45t-2ftg484c 。该器件具有如下特性:

Logic Cells43661

Slices6822

Flip-Flops54576

Max Distributed RAM(Kb):401

dsp48A1 Slices:58

Block RAM Blocks18(Kb): 116
     MAX(Kb):2088

CMTs:4

Memory Controller Blocks:2

PCI Express:1


2.2PCIE:采用FPGA提供的一路PCIEIP核来实现。


2.3ADC芯片:采用ADC08D500,是双通道8Bit 5500MSPSAD转换器,由于ADC芯片的成本问题,我们暂时先采用这个,等后期费用允许的情况下,变更为ADC08D1020,是双通道8Bit,1.0GSPSAD转换器。这二款ADC芯片引脚完全兼容。


2.4DAC芯片:DAC主要完成标准波形与任意波形发生器的功能,选择AD9780芯片,为双通道12Bit,500MSPSDA芯片。


2.5Darm芯片:MT47H128M16RT-25E2Gb容量,16位总线,1.8电压,时钟频率:400MHz


2.6:锁相环:采用CDCE62005


2.7USB:采用CY7C68013芯片。


2.8电源芯片:FPGA的供电采用输出6A电流的TPS54610芯片。内核与IO电源分别供电。ADC与DAC等高速敏感芯片的电源再通过LDO后供电,减少开关电源的干扰。



三:开发环境

3.1:对于FPGA开发工具:采用xilinxISE平台

3.2:对于硬件开发工具:采用Cadence spb 16.3orcad allegor

3.3:对于驱动开发工具:采用visuall c++  6.0   DDK         Driverstudio


四:硬件开发模块任务分配:

原理图设计阶段:按数字与模拟二块进行设计。









   2.3:3月28日起进入原理图设计阶段,有意参与原理图设计有朋友可以加入QQ群找我报名,原理图设计的原则是每个人按模块进行设计,然后再系统整合在一起。
  2.4:经过一周的资料收集,从4月2日起正式进入原理图设计阶段,原理图分为几下几个模块:FPGA模块、DDR2(2片组成32bit)模块、USB与UART模块、PCIE接口模块、AD以及前端采集模块、DA以及输出模块、锁相环模块。希望大家根据自己善长的模块进行设计。大家可以在这个DIY活动的子论坛里跟贴并说明自己设计哪个模块。   
      原理图设计的项目进度表:
               子模块设计时间:2012-04-04---------2012-04-15
               子模块评审时间:2012-04-16---------2012-04-18
               硬件系统集成时间:2012-04-19-------2012-04-22
               硬件系统评审时间:2012-04-23-------2012-04-25
     希望大家按这个时间来完成。如果中间有任何问题及时提出,以便调整进度。原理图设计时,目前规范用orcad,如果有人不会用这个工具软件的话,你们在设计子模块的时候可以用其它原理图设计工具来设计,我们在系统集成的时候会全部转换成orcad格式。
2.5:关于DIY此项目的费用问题,在此我做个详细的描述:
     1:PCB板根据大家在论坛中跟贴的数量来统计,到时候PCB板的加工费根据需要的人数进行平均分摊。跟贴地址:http://bbs.eetop.cn/thread-326153-1-1.html
     2:关于DIY项目的器件费用,目前我们通过网络途径进行免费申请样片,到最后无法申请到样片的情况下,我们根据需要的人数进行团购。这样也可以相对减轻大家的经济压力。
     3:根据目前项目的设计方案,PCB板+器件的费用每个人预计在1000元以内。
2.6:目前大家也很积极,而且有很多朋友加入QQ群,希望大家在加入QQ群的同时,联系群主,把自己的能力以及自己在这个DIY项目中想负责哪个部分的内容告之一下。
2.7:DIY项目组织结构如下所示:
            

组织结构

组织结构


2.8:目前硬件原理图的各个模块设计均初步完成,2012年5月1日将进行各个硬件模块的审核,以及整个硬件系统的整合,希望大家积极参与。



五:PCB设计阶段
   5.1:各位朋友,本DIY项目由于硬件原理图较为复杂,经过了较长时间的分析与论证,目前已经完成原理图的设计,同时感谢大家对本DIY的支持,同时也对参与原理方案讨论与设计的人员表示感谢,同时也希望大家在这个团队中得到锻炼,技术得到提升。
          目前本DIY项目已经进展至设计PCB阶段,现需要一些人员来配合完成本项目的后续开展工作,主要需求人员类型以及工作内容如下:
         职位名称                                              工作内容
   器件封装设计二名     绘制器件封装,提供给PCB layout人员。
   Layout人员四名      二名完成模拟板的设计;二名完成数字板的设计
   IBIS模型收集二名      收集系统中使用到的高速器件的IBIS模型文件
   SI分析人员二名      进行PCB设计前期的仿真工作,给Layout人员提供支持
   SI分析人员二名       进行PCB设计的后仿真工作,保证设计的Layout满足要求
   器件样品申请人员五名       根据原理图,对IC等器件进行样品申请工作
   BOM清单整理人员一名      根据原理图,整理本DIY项目的BOM清单
   商务人员二名      负责PCB加工与贴片等生产事宜

   为了良好开展后续的工作,希望大家积极主动参与。
   PCB Layout计划于12月底完成.


由于年底大家相对比较忙,PCB Layout计划延后,目前还缺少PCB封装设计人员与样品申请人员,希望大家积极参与,有意者请加QQ群,QQ群号:220470803  .加入时请注明自己想要参与的部分,谢谢支持。

经过大家的努力,目前DIY项目正在设计PCB板中,下面发布核心部分原理图。
原理图1.jpg
无标题1.jpg 无标题2.jpg 无标题3.jpg 无标题4.jpg
发表于 2012-3-13 13:22:18 | 显示全部楼层
回复 1# suxiaoli3000


    版主,开发板谁提供啊? 要自己设计吗?
发表于 2012-3-13 13:23:46 | 显示全部楼层
回复 1# suxiaoli3000


    我想报名这个的,但是我不会设计电路,可以不?
 楼主| 发表于 2012-3-13 13:30:17 | 显示全部楼层
方案,原理图,PCB板图都是我们设计。你可以做你善长的部分,如果希望参加,请加入我们的QQ群。谢谢
发表于 2012-3-13 13:36:10 | 显示全部楼层
回复 4# suxiaoli3000


    好的,谢谢了,我加入
发表于 2012-3-13 14:48:49 | 显示全部楼层
版本,有大概的设计方案吗,不知道能做哪一部分,FPGA倒是用得挺多!
发表于 2012-3-13 14:49:22 | 显示全部楼层
我做过DDR2的IP,不知道主芯片选的哪一款?
发表于 2012-3-13 18:56:01 | 显示全部楼层
希望得到大家的指点
发表于 2012-3-13 21:04:15 | 显示全部楼层
我报一个,我可以试试FPGA的代码部分:AD采集和PCIe
发表于 2012-3-13 22:07:51 | 显示全部楼层
本人可以负责驱动,一起学习FPGA的设计
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