广东工业大学硕士学位论文 (工学硕士) 基于FPGA的PCIE数据采集卡设计
数据采集处理技术与传感器技术、信号处理技术和PC机技术共同构成检测 技术的基础，其中数据采集处理技术作为实现自动化检测的前提，在整个数字化 系统中处于尤为重要的地位。对于核磁共振这样复杂的系统设备，实现自动化测 试显得尤为必要，又因为核磁共振成像系统的特殊性，对数据的采集有特殊要求， 需要根据各种脉冲序列的不同要求设置采样点数和采样间隔，根据待采信号的不 同带宽来设置采样率，将系统成像的数据采集下来进行处理，最后重建图像和显 示。因此本文基于现有的采集技术开发专门应用于核磁共振成像的数据采集卡。 该采集卡从软件与硬件两个方面对基于FPGA的PCIE数据采集卡进行了研 究，并完成了实物设计。软件方面以FPGA为核心芯片完成数据采集卡的接口控 制以及数据处理。通过Altera的GXB IP核对数据进行捕捉，同时根据实际需要 设计了传输协议，由数据处理模块将捕捉到的数据通过CIC滤波器进行抽取滤 波，然后将信号存入DDR2 SDRAM存储芯片中。在传输接口设计上采用PCIE 总线接口的数据传输模式，并利用FPGA的IP核资源完成接口的逻辑控制。 硬件部分分为FPGA外围配置电路、DDR2接口电路、PCIE接口电路等模 块。该采集卡硬件系统由Flash对FPGA进行初始化，通过FPGA配置PCIE总 线，根据FPGA中PCIE通道引脚的要求进行布局布线。DDR2接口电路模块依 据DDR2芯片驱动和接收端的电平标准、端接方式确定DDR2与FPGA之间通 信的各信号走线。针对各个模块接口电路的特点分别进行眼图测试，分析了板卡 的通信质量，对整个原理图布局进行了设计优化。 通过测试，该数据采集卡实现了通过CPLD对FPGA进行加载，并在FPGA 内部实现了抽取滤波等高速数字信号处理，各种接IsI和控制逻辑以及通过大容量 的DDR2 SDRAM缓存各种数据处理结果正确。经系统成像，该采集卡采集下来 的数字信息可通过图像重建准确成像，为核磁共振成像系统的工程实现打下了良 好的成像基础。
