超高速SAR数据记录仪以及数据记录方法技术

本发明专利技术提供了一种超高速SAR数据记录仪，包括：工控计算机，其控制核心为工控主板，其具有4至8路独立的高速PCIe 3.0接口；现场可编程门阵列，作为PCIe的桥接芯片，与工控计算机通过PCIe接口进行数据传输，包括：内部寄存器、DMA控制器以及PCIe硬核；2组独立的缓存单元，与现场可编程门阵列相连接，作为SAR原始数据的乒乓缓存单元；存储介质，与工控主板相连接，作为存储单元，实现数据记录；以及驱动和软件模块，包括：第一驱动程序，用于驱动数据采集卡硬件设备运行；第二驱动程序，用于驱动固态盘实现读写功能；以及数据记录控制软件，进行DMA读入过程的控制和数据记录。本发明专利技术有助于提高数据记录速度和记录容量、可靠性高，简化了生产过程、成本低。

【技术实现步骤摘要】
超高速SAR数据记录仪以及数据记录方法
本专利技术属于合成孔径雷达原始数据记录领域，涉及一种超高速SAR数据记录仪以及数据记录方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，在民用领域中的国土测量、环境及灾害监视、海洋观测、海面污染物监测、地形测绘、资源勘探、星际测量等方面都具有十分重要的作用，具有全天时、全天候、分辨率不受载体平台高度影响等优点。SAR数据记录仪是机载合成孔径雷达的一个重要组成部分，一般用于记录数据形成分机产生的原始数据，以及图像数据等，这些数据包含SAR系统在在测绘飞行中的全部状态信息，因此，无论是对于后续的精细成像，还是对于SAR系统本身进行分析都是必不可少的。SAR数据记录仪使用的环境一般为带飞载机，对温度、震动等有着较高的要求，并且SAR原始数据具有数据率高，数据容量大的特点，这就要求设计研制的SAR数据记录仪具有超高速，大容量，在合理的温度、震动范围内具有可靠的性能。而目前对SAR数据记录仪的研制一方面需要根据雷达的具体工作参数进行定制，成本很高；另一方面，基于多路并行化技术设计的SAR数据记录仪的数据速率较难达到1GBps或者以较大的复杂度为待机来获得超过1GBps的速度，提升空间有限，基于分立FLASH芯片的数据记录仪在生产过程中往往要对每个FLASH芯片进行可靠性测试以及疲劳测试，生产工艺繁琐、费时。因此，需要解决如下技术问题：提出一种SAR数据记录仪，提高其记录速度、记录容量以及可靠性，并降低其生产复杂度和生产工作量，简化生产工艺和成本。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种超高速SAR数据记录仪以及数据记录方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种超高速SAR数据记录仪，包括：工控计算机100，其控制核心为工控主板110，该工控主板110具有4至8路独立的高速PCIe3.0接口；现场可编程门阵列FPGA200，作为PCIe的桥接芯片，与工控计算机100通过PCIe接口进行数据传输，包括：内部寄存器210、DMA控制器220以及PCIe硬核230；2组独立的缓存单元，与现场可编程门阵列FPGA200相连接，作为SAR原始数据的乒乓缓存单元；存储介质400，与工控主板相连接，作为SAR原始数据流的存储单元，实现数据记录；以及驱动和软件模块500，包括：第一驱动程序510，由专用驱动程序开发工具包生成，用于驱动数据采集卡硬件设备运行；第二驱动程序520，采用固态盘自带的高速驱动，用于驱动固态盘实现读写功能；以及数据记录控制软件530，进行DMA读入过程的控制和数据记录。在本专利技术的一个实施例中，现场可编程门阵列FPGA200与工控主板110之间的数据交互速率不低于4GBps；内部寄存器210，配置为锁存器，在时钟的上升沿将数据锁存于内部寄存器中；DMA控制器220，是基于现场可编程门阵列FPGA开发软件生成的数据读取功能控制模块，用于控制数据在缓存和工控计算机的内存之间的读取过程；缓存单元为DDR缓存300。在本专利技术的一个实施例中，工控计算机100包括：工控计算机CPU112以及板载内存111；工控主板110为以下主板中的一种：X86工控主板、PowerPC主板以及ARM主板；现场可编程门阵列FPGA200为Xilinx赛灵思公司生产的型号为XC7K325T-2FFG900I的现场可编程门阵列FPGA；缓存单元为DDR3，容量为2GB；存储介质400为以下存储介质中的一种或几种：M.2接口的固态盘，SATA盘或者SATA盘阵列。在本专利技术的一个实施例中，板载内存111为DDR42400，其容量为4GB；存储介质400为至少4组M.2接口的固态盘，每个具有M.2接口的固态盘的数据记录速度不低于600MBps；第一驱动程序510是利用Windriver公司提供的专用驱动程序开发工具包生成的；第二驱动程序520是采用固态盘厂家自带的驱动生成的；数据记录控制软件530是利用Microsoft公司的VC6.0以上的开发工具进行程序的编写与开发的。在本专利技术的一个实施例中，超高速SAR数据记录仪还包括：操作系统600，用于管理和控制工控计算机中的硬件设备以及支持驱动和软件模块500的运行。在本专利技术的一个实施例中，操作系统600为如下操作系统中的一种：windows7操作系统，LINUX和Vxworks。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种超高速SAR数据记录仪的数据记录方法，包括：启动数据记录控制软件，初始化电路系统，将数据采集卡采集到的SAR原始数据经过低电压差分信号接口芯片转换成LVTTL电平，送入现场可编程门阵列FPGA管脚；进入现场可编程门阵列FPGA的SAR原始数据在时钟的上升沿被现场可编程门阵列FPGA锁存到内部寄存器，然后将锁存的数据写入一组缓存单元中；在两组缓存单元之间交替进行锁存数据的乒乓写入过程和DMA读取过程，使SAR原始数据从缓存写入到工控计算机的板载内存中；将写入板载内存中的SAR原始数据通过数据记录控制软件实时写入存储介质中，实现超高速SAR数据的实时采集和记录。在本专利技术的一个实施例中，在两组缓存单元之间交替进行锁存数据的乒乓写入过程和DMA读取过程，使SAR原始数据从缓存写入到工控计算机的板载内存中包括：当其中一组缓存单元被写满后，建立数据准备好信号灯，由DMA控制器将其读入到工控计算机的板载内存中；当该组缓存单元内的数据被读空后，信号灯复位，等待另一组缓存单元被写满，数据准备好信号灯再次建立；在其中一组缓存单元做DMA读取操作时，锁存在内部寄存器中的SAR原始数据被写入到另一组缓存单元中，直至被写满，然后在写满的缓存上执行DMA读取操作。在本专利技术的一个实施例中，通过数据记录控制软件实时写入存储介质中的写入方式为文件写入的方式，为了提高实时写入速度，在操作系统中将固态盘的读写缓存设置为关闭，在数据记录过程中将工控计算机内存中的数据直接同步到固态盘内。在本专利技术的一个实施例中，DMA控制器的生成过程如下：利用Xilinx赛灵思公司提供的EDA工具ISE14.4进行现场可编程门阵列FPGA软件的开发，先生成一个PCIe4X的接口控制核，并在此基础上按照Xilinx赛灵思公司1152.pdf文档的步骤生成DMA控制器。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的超高速SAR数据记录仪以及数据记录方法，至少具有以下有益效果之一：1、通过利用“工控计算机+现场可编程门阵列FPGA+PCIe固态存储器”的体系架构，以工控主板为控制核心，采用现场可编程门阵列FPGA作为PCIe的桥接芯片，并采用2组独立的缓存单元与现场可编程门阵列FPGA相连，实现原始SAR数据的乒乓缓存功能，以及存储介质与工控主板相连，实现SAR原始数据流的记录功能，整体结构简单，降低了SAR数据记录仪设计的复杂度和生产的工作量，简化了生产工艺和成本；2、通过将转换成LVTTL电平的SAR原始数据在现场可编程门阵列FPGA中锁存至内部寄存器，然后存入一组缓存单元中，并在该组缓存单元被写满后利用DMA控制器将其直接读入工控计算机的内存中，然后利用文件写入的方式写入存储介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速SAR数据记录仪，包括：工控计算机(100)，其控制核心为工控主板(110)，该工控主板(110)具有4至8路独立的高速PCIe 3.0接口；现场可编程门阵列FPGA(200)，作为PCIe的桥接芯片，与工控计算机(100)通过PCIe接口进行数据传输，包括：内部寄存器(210)、DMA控制器(220)以及PCIe硬核(230)；2组独立的缓存单元，与现场可编程门阵列FPGA(200)相连接，作为SAR原始数据的乒乓缓存单元；存储介质(400)，与工控主板相连接，作为SAR原始数据流的存储单元，实现数据记录；以及驱动和软件模块(500)，包括：第一驱动程序(510)，由专用驱动程序开发工具包生成，用于驱动数据采集卡硬件设备运行；第二驱动程序(520)，采用固态盘自带的高速驱动，用于驱动同态盘实现读写功能；以及数据记录控制软件(530)，进行DMA读入过程的控制和数据记录。

【技术特征摘要】
1.一种超高速SAR数据记录仪，包括：工控计算机(100)，其控制核心为工控主板(110)，该工控主板(110)具有4至8路独立的高速PCIe3.0接口；现场可编程门阵列FPGA(200)，作为PCIe的桥接芯片，与工控计算机(100)通过PCIe接口进行数据传输，包括：内部寄存器(210)、DMA控制器(220)以及PCIe硬核(230)；2组独立的缓存单元，与现场可编程门阵列FPGA(200)相连接，作为SAR原始数据的乒乓缓存单元；存储介质(400)，与工控主板相连接，作为SAR原始数据流的存储单元，实现数据记录；以及驱动和软件模块(500)，包括：第一驱动程序(510)，由专用驱动程序开发工具包生成，用于驱动数据采集卡硬件设备运行；第二驱动程序(520)，采用固态盘自带的高速驱动，用于驱动同态盘实现读写功能；以及数据记录控制软件(530)，进行DMA读入过程的控制和数据记录。2.根据权利要求1所述的超高速SAR数据记录仪，其中，所述现场可编程门阵列FPGA(200)与工控主板(110)之间的数据交互速率不低于4GBps；所述内部寄存器(210)，配置为锁存器，在时钟的上升沿将数据锁存于内部寄存器中；所述DMA控制器(220)，是基于现场可编程门阵列FPGA开发软件生成的数据读取功能控制模块，用于控制数据在缓存和工控计算机的内存之间的读取过程；所述缓存单元为双倍数据率同步动态随机存取存储器DDR缓存(300)。3.根据权利要求1所述的超高速SAR数据记录仪，其中，所述工控计算机(100)包括：工控计算机CPU(112)以及板载内存(111)；所述工控主板(110)为以下主板中的一种：X86工控主板、PowerPC主板以及ARM主板；所述现场可编程门阵列FPGA(200)为Xilinx赛灵思公司生产的型号为XC7K325T-2FFG900I的现场可编程门阵列FPGA；所述缓存单元为DDR3，容量为2GB；所述存储介质(400)为以下存储介质中的一种或几种：M.2接口的固态盘，SATA盘或者SATA盘阵列。4.根据权利要求1所述的超高速SAR数据记录仪，其中，所述板载内存(111)为DDR42400，其容量为4GB；所述存储介质(400)为至少4组M.2接口的固态盘，每个具有M.2接口的固态盘的数据记录速度不低于600MBps；所述第一驱动程序(510)是利用Windriver公司提供的专用驱动程序开发工具包生成的；所述第二驱动程序(520)是...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪瀑，胡刘洋，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11