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高速數據采集系統中高速緩存與海量緩存的實現
摘要：探討了高速數據采集系統中高速采樣緩存的重要性和實現途徑，闡述了基于ADSP-21065L的并行多通道數據采集板上高速采樣緩存的設計與電路結構，給出了采用FPGA實現通道復用和采樣數據預處理，從而構造16MB的SDRAM海量緩存以將高速緩存中的多批次采樣數據經AD-21065L倒入SDRAM存儲的實現方法。關鍵詞：高速數據采集；高速緩存；海量緩存；DSP；FPGA
１ 引言
高速數據采集系統目前已在雷達、聲納、軟件無線電、瞬態信號測試等領域得到廣泛應用。它的關鍵技術是高速ＡＤＣ技術、數據存儲與傳輸技術和抗干擾技術。本文在分析了高速多通道數據采集系統中存儲子系統的性能要求和設計方案的基礎上，提出了高速緩存和海量緩存方案，并將該方案成功地應用于ＤＳＰ多通道超聲信號采集與處理系統中。
對高速多通道采樣數據存儲的性能要求：一是高速性，現在高速數據采集中所用的ＡＤＣ已達到幾十甚至幾百ＭＳＰＳ的水平，這就要求采樣數據存儲器的速度也要與之匹配，也就是采用高速緩存；二是大容量，其原因是多通道高速數據采集會產生巨大的數據流。一個４通道４０ＭＨｚ采樣率１６位精度數據采集板并行采樣０．１ｓ將產生３２ＭＢ的數據量，所以，通常需要海量緩存來存儲采樣數據。
２ 高速緩存的實現
通常構成高速緩存的方案有三種：
第一種是ＦＩＦＯ（先進先出）方式。ＦＩＦＯ存儲器就象數據管道一樣，數據從管道的一頭流入、從另一頭流出，先進入的數據先流出。ＦＩＦＯ具有兩套數據線而無地址線，可在其一端寫操作而在另一端讀操作，數據在其中順序移動，因而能夠達到很高的傳輸速度和效率，且由于省去了地址線而有利于ＰＣＢ板布線。缺點是只能順序讀寫數據，因而顯得比較呆板，而且大容量的高速ＦＩＦＯ非常昂貴；
第二種是雙口ＲＡＭ方式。雙口ＲＡＭ具有兩套獨立的數據、地址和控制總線，因而可從兩個端口同時讀寫而互不干擾，并可將采樣數據從一個端口寫入而由ＤＳＰ從另一個端口讀出。雙口ＲＡＭ也能達到很高的傳輸速度，并且具有隨機存取的優點，缺點是大容量的高速雙口ＲＡＭ很難得且價格昂貴；
第三種是高速ＳＲＡＭ切換方式。高速ＳＲＡＭ只有一套數據、地址和控制總線，可通過三態緩沖門分別接到Ａ／Ｄ轉換器和ＤＳＰ上。當Ａ／Ｄ采樣時，ＳＲＡＭ由三態門切換到Ａ／Ｄ轉換器一側，以使采樣數據寫入其中。當Ａ／Ｄ采樣結束后，ＳＲＡＭ再由三態門切換到ＤＳＰ一側以便ＤＳＰ進行讀寫。這種方式的優點是ＳＲＡＭ可隨機存取，同時較大容量的高速ＳＲＡＭ容易得到且價格適中，缺點是切換控制電路比較復雜，且只能由Ａ／Ｄ轉換器和ＤＳＰ分時讀寫。
綜合考慮以上三種高速緩存方案的性能、價格和實現方便性后，筆者選用第三種方案（即高速ＳＲＡＭ切換方式）來構成Ａ／Ｄ采樣高速緩存。系統的采樣與存儲部分的原理框圖如圖１所示。
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