在现代航天及军工领域,飞行器在测试和运行过程中需要对大量数据进行实时记录,这对数据记录装置的存储速率和可靠性提出了很高的要求。为了提高遥测系统数据记录装置的性能,文献《基于FPGA的高速数据存储系统优化设计》中提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速数据存储系统优化方案。
文章首先指出了遥测系统数据记录装置中存在的问题:传统的数据传输速率与存储速率不匹配,即在数据高速采集时,存储器难以跟上数据传输的速率,导致数据丢失或异常。对此,文章提出了一种Flash的并行存储方案,并采用了交替双平面的编程方式,从而使存储速率提高到单片Flash存储器的最高速率的两倍,即60MB/s。
关键性的创新点在于,为了适应高速数据存储的需求,文章对控制单元FPGA内部的双端口RAM(随机存取存储器)逻辑设计进行了改进,解决了数据存储异常的问题。此外,在数据回收方面,提出了多备份的设计思想和备用读数接口的设计方案。这意味着,为了保证数据的可靠性,在存储数据时会同时进行多个备份,万一主存储发生故障,还有备用的接口和数据可供读取,这在工程实践中已经得到了验证。
FPGA是高速数据存储系统优化设计的核心。其优势在于能够通过硬件描述语言(HDL)进行编程,实现复杂的算法和数据处理功能,这对于处理高速信号尤为关键。FPGA的并行处理能力和灵活的可编程性使其成为设计高速数据接口和控制逻辑的理想选择。
文章中还提到了LVDS(低压差分信号)的有效数据传输速率不高于59MB/s,为了实现可靠存储及数据回读功能,存储容量不小于3GB。LVDS接口用于高速数据的传输,能够有效地减少信号衰减和电磁干扰,适合于长距离传输及高速通信的场合。
存储模块设计是通过多种组件构成,包括接口电路、中心逻辑控制芯片FPGA、配置芯片PROM、LVDS均衡器、LVDS解码器、存储芯片Flash、电源模块以及60MHz晶振等。这些组件协同工作,实现数据的采集、缓存、编码、存储等功能。其中,接口电路负责与外部设备的数据交换,FPGA进行数据处理,LVDS均衡器和解码器负责信号转换,而Flash则用于长期存储数据。
文章中还提到,存储系统在地面测试和飞行测试阶段,功能需求不同。在地面测试时,主要是通过测试电缆和采编器完成数据上传操作,并通过上位机软件进行数据分析处理。而在飞行测试阶段,存储器在飞行状态下记录数据,并在落地后进行数据回收。
总结来说,本文针对遥测系统数据记录装置中的数据传输与存储速率不匹配问题,通过提出并行存储方案、优化双端口RAM逻辑设计、实现多备份策略和备用读数接口,成功提升了存储系统的性能。这些改进不仅提高了数据存储速率,还增强了数据的可靠性。通过FPGA的使用,系统具备了强大的数据处理能力,适用于高速数据传输的场合,并在实际工程中得到了验证。