一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备及其工作方法，本发明专利技术设计的高速数据存取设备以常用串行总线接口(如雷电接口、USB接口或其他类似便携式设备的串行接口)来作为主控计算机对高速数据存取设备的管理控制接口，以及以一套以FPGA为核心的多端口的高速数据传输接口组成高速数据存取设备与外部设备之间、多个级联或并联的高速数据存取设备之间的高速数据传输通道，如此，则可构建出同时满足便携式、低成本、多接口、可重构、多设备协同的高速数据实时传输、存储和读取的数据存取系统，从而兼顾设备的便携式和低成本特性，进而满足一路或多路高速数据流的实时存取需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备及其工作方法


[0001]本专利技术属于数据通信以及数据存储
，具体涉及一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着模拟电路、数字电路和信号处理技术的快速发展，宽带射频信号采集、分析、处理和产生的需求正越来越多，很多行业和应用，都会涉及到宽带射频信号的采集、分析、处理和生成；如无线通信、卫星通信、导航、电子对抗、智能驾驶、气象预测等领域，且这些领域的应用都需要经常在室外进行大量的试验和验证，这就对设备的便携性提出了要求；同时，这些应用需要采集和分析的信号数据量也都非常大，以瞬时带宽1GHz的宽带射频信号为例，其产生的数据率为5GB/s，特别是在MIMO或相控阵射频系统的试验中，其往往需要多个通道同时采集、存储和产生信号，其数据率还会在5GB/s的基础上，再乘以对应通道的数量；如此，应用中的高数据量则对数据存取设备提出了极高的要求，而市面上却少有设备可以完成这样的工作，且用户还同时需要设备具有高便携性，所以，常见的以USB、网口或雷电接口为主的便携存储设备，由于受到数据存取速率受限于接口性能的原因，无法满足用户要求，这就致使用户不得不选用笨重的定制系统来满足使用需求。
[0003]另外，宽带射频信号长时间采集存储会积累海量数据，一个存储设备的存储容量无法满足要求时，需要能够组合多个存储设备获得更多存储空间，不仅如此，由于常见的高性能存储设备最多仅能达到5～10GB/s的数据存取能力，其对应瞬时带宽1GHz的宽带射频信号而言，仅能满足1～2个信号通道的存取要求，所以，较复杂的宽带射频信号采集任务需要每个信号通道对应一个独立的数据存取设备，并进行一对一的数据存取。
[0004]综上所述，在实际应用中，用户既需要便携式的高速数据存取设备，也需要存储容量、存取性能和接口数量等扩展能力强的设备，且因为使用量大，降低设备成本的需求也很强烈。
[0005]目前，市场上具有数据高速传输接口、高速数据存取性能、接口容量可扩展、模块数量可扩展等特性的数据存取设备主要是总线式的定制设备，采用的主流总线协议主要是PCIe、PXIe和VPX等，而后两者也是基于PCIe总线的扩展，其主要架构仍是以PCIe为核心；在现有技术中，基于PCIe总线的仪器系统需要专门的系统机箱和系统控制器，其中，系统机箱提供总线背板、系统电源、系统散热、结构固定等作用；系统控制器提供系统总控、人机交互、信号处理、数据存储、外设连接等功能，这些系统机箱和控制器均基于PCIe总线和先进计算机技术，虽然为系统提供了优秀的性能，但也由于均为专门定制设计，所以成本高昂，在系统功能模块数量不多的情况下，其成本常常会占到整个系统成本的一半以上；此外，由于PCIe、PXIe、VPX这几类总线系统因为组成和结构较为复杂，所以体积和重量一般与传统商用服务器接近，一般重量在10kg以上，难以实现便携性。
[0006]另外，市场上的便携式设备主要是基于USB或者雷电接口的轻巧设备，其具有热插拔、即插即用等特性，但由于最新的USB3.2和雷电4接口分别只能达到最高20Gbps和40Gbps
的速率，扣除编码和帧结构等损耗之后，大约是2GB/s和4GB/s的峰值传输速率，这个传输速率相对于现代宽带射频信号动辄1GHz带宽(对应约5GB/s数据率)的信号传输量而言，是无法满足数据传输能力要求的。
[0007]由此基于前述阐述，目前基于总线式系统构建的高速数据存取设备，虽然具有存取性能强、扩展空间大和接口功能多的特性，但普遍成本高昂、便携性不足，因此，市场上缺少一种能够同时满足轻巧便携、接口容量灵活、实时高速数传和实时数据存取等特性的高速数据存取设备。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备及其工作方法，用以解决现有技术中所存在的普遍成本高昂以及便携性不足的问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，提供了可灵活连接的便携式高速数据存取设备，包括：
[0011]总线控制器电路和高速存储器电路，其中，所述总线控制器电路内设置有串行总线接口，且所述高速存储器电路包括FPGA处理单元以及多个基于FPGA处理单元的高速数据传输接口；
[0012]所述总线控制器电路，用于通过所述串行总线接口通信连接主控计算机，且所述FPGA处理单元电连接所述总线控制器电路，用于利用总线控制器电路与主控计算机进行数据通信；
[0013]所述FPGA处理单元，还电连接有至少一个存储模块，且所述FPGA处理单元通过目标高速数据传输接口电连接外部设备，用于通过该目标高速数据传输接口将各存储模块中的数据传输至外部设备，或通过该目标高速数据传输接口接收外部设备发送的数据，并将接收的数据写入各存储模块，其中，所述目标高速数据传输接口为多个高速数据传输接口中的至少一个高速数据传输接口；
[0014]所述总线控制器电路，还用于通过所述串行总线接口，电连接下一级便携式高速数据存取设备上的串行总线接口，以使所述主控计算机与多个便携式高速数据存取设备之间以菊花链拓扑结构实现通信连接，或用于使各个便携式高速数据存取设备通过各自的串行总线接口电连接所述主控计算机，以实现所述主控计算机与各个便携式高速数据存取设备间的星形拓扑连接；
[0015]所述高速存储器电路，还用于通过另一高速数据传输接口电连接下一级便携式高速数据存取设备中的高速数据传输接口，以实现各便携式高速数据存取设备间的数据扩展连接，以及通过各便携式高速数据存取设备中的高速数据传输接口，实现多个便携式高速数据存取设备之间的数据传输。
[0016]基于上述公开的内容，本专利技术所提供的高速数据存取设备，设置有总线控制器电路和高速存储器电路，其中，总线控制器电路负责为高速数据存取设备提供一个标准的连向主控计算机的常用串行总线接口(如雷电接口和/或USB接口等便携式设备接口)，以便实现总线接口控制器与主控计算机之间的数据通信，同时，高速存储器电路内设置有FPGA处理单元和基于FPGA处理单元的多个高速数据传输接口，如此，相当于提供了一套以FPGA为核心，且具有FPGA高速数据传输特性的多个数据传输端口。
[0017]在具体应用时，高速数据存取设备不仅可通过串行总线接口连接主控计算机，其还可利用串行总线接口实现与其余各个高速数据存取设备之间的菊花链拓扑结构的级联连接，或利用串行总线接口来实现与其余各个高速数据存取设备之间的星形拓扑连接，同时，高速数据存取设备中的高速数据传输接口不仅可实现与外部设备之间的高速数据传输，其还可通过与上级和下级高速数据存取设备中的高速数据传输接口连接，来实现高速数据存取设备之间的扩展连接，从完成多个高速数据存取设备间的数据传输；由此，即可实现高速数据存取设备的容量扩展。
[0018]通过上述设计，本专利技术采用能够连接主控计算机的常用便携式设备接口和多端口高速数据传输接口来实现高速数据传输及存储扩展等功能，使得高速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备，其特征在于，包括：总线控制器电路和高速存储器电路，其中，所述总线控制器电路内设置有串行总线接口，且所述高速存储器电路包括FPGA处理单元以及多个基于FPGA处理单元的高速数据传输接口；所述总线控制器电路，用于通过所述串行总线接口通信连接主控计算机，且所述FPGA处理单元电连接所述总线控制器电路，用于利用总线控制器电路与主控计算机进行数据通信；所述FPGA处理单元，还电连接有至少一个存储模块，且所述FPGA处理单元通过目标高速数据传输接口电连接外部设备，用于通过该目标高速数据传输接口将各存储模块中的数据传输至外部设备，或通过该目标高速数据传输接口接收外部设备发送的数据，并将接收的数据写入各存储模块，其中，所述目标高速数据传输接口为多个高速数据传输接口中的至少一个高速数据传输接口；所述总线控制器电路，还用于通过所述串行总线接口，电连接下一级便携式高速数据存取设备上的串行总线接口，以使所述主控计算机与多个便携式高速数据存取设备之间以菊花链拓扑结构实现通信连接，或用于使各个便携式高速数据存取设备通过各自的串行总线接口电连接所述主控计算机，以实现所述主控计算机与各个便携式高速数据存取设备间的星形拓扑连接；所述高速存储器电路，还用于通过另一高速数据传输接口电连接下一级便携式高速数据存取设备中的高速数据传输接口，以实现各便携式高速数据存取设备间的数据扩展连接，以及通过各便携式高速数据存取设备中的高速数据传输接口，实现多个便携式高速数据存取设备之间的数据传输。2.根据权利要求1所述的一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备，其特征在于，所述串行总线接口包括：雷电接口和/或USB接口；其中，所述总线控制器电路，用于通过所述串行总线接口中的雷电接口，电连接下一级便携式高速数据存取设备中总线控制器电路上的雷电接口，以使所述主控计算机与多个便携式高速数据存取设备之间以菊花链拓扑结构实现通信连接；或用于使各个便携式高速数据存取设备通过各自的串行总线接口中的USB接口或雷电接口电连接所述主控计算机，以实现所述主控计算机与各个便携式高速数据存取设备间的星形拓扑连接。3.根据权利要求2所述的一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备，其特征在于，所述总线控制器电路包括：雷电控制器、上行USB Type C连接器、第一USB端口控制器、下行USB Type C连接器以及第二USB端口控制器；所述上行USB Type C连接器通过所述第一USB端口控制器电连接所述雷电控制器，且所述上行USB Type C连接器还电连接所述雷电控制器的上行雷电通道，以组成所述雷电接口来实现所述总线控制器电路与所述主控计算机之间的雷电连接；所述下行USB Type C连接器通过所述第二USB端口控制器电连接所述雷电控制器，且所述下行USB Type C连接器还电连接所述雷电控制器的下行雷电通道，以通过第二USB端口控制器和下行USB Type C连接器实现与下一级便携式高速数据存取设备间的级联雷电连接；
所述雷电控制器的输出端通过PCIe总线和/或USB总线电连接所述高速存储器电路，用于实现所述主控计算机与所述高速存储器电路间的雷电接口转换连接，或实现所述主控计算机与所述高速存储器电路间的USB接口转换连接。4.根据权利要求3所述的一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备，其特征在于，所述总线控制器电路还包括：接口连接器，其中，所述雷电控制器电连接有双路PCIe时钟发生器，所述双路PCIe时钟发生器电连接所述接口连接器，且所述雷电控制器通过所述接口连接器电连接所述高速存储器电路；所述高速存储器电路上设置有连接器插槽，其中，所述接口连接器插接于所述连接器插槽内，以将所述总线控制器电路安装于所述高速存储器电路上。5.根据权利要求1所述的一种可灵活连接的便携式高速数据存取设备，其特征在于，基于所述便携式高速数据存取设备的多个高速数据传输接口，实现所述便携式高速数据存取设备与多个外部设备的设备数据传输接口之间的星形连接；基于所述便携式高速数据存取设备的多个高速数据传输接口，实现所述便携式高速数据存取设备与所述外部设备的多个设备数据传输接口之间的并联连接；或多个高速数据传输接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岑炜，黄俊翔，杨健熙，
申请(专利权)人：成都立思方信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：