基于PCIE的高速数据采集卡DIY活动

利利 · 发表于 2012-3-12 20:53:08

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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

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：

1.1：ADC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。

1.4：DAC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USB与UART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FPGA的IO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

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

Logic Cells：43661

Slices：6822

Flip-Flops：54576

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

2.2：PCIE：采用FPGA提供的一路PCIE硬IP核来实现。

2.3：ADC芯片：采用ADC08D500，是双通道8Bit 5，500MSPS的AD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,1.0GSPS的AD转换器。这二款ADC芯片引脚完全兼容。

2.4：DAC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,500MSPS的DA芯片。

2.5：DARM芯片：MT47H128M16RT-25E：2Gb容量，16位总线，1.8电压，时钟频率：400MHz

2.6：锁相环：采用CDCE62005

2.7：USB：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xilinx的ISE平台

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

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