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本论文的主要工作是地下暗物质实验的数据获取及实时处理研究,文中根据地下暗物质实验的电子学系统规模估算出数据获取的数据量,传统的VME(VersaModule Eurocard)总线带宽不能满足需求,这对数据获取与处理能力提出了新的要求。为此本文提出了模块化的多级数据传输及处理方案,并利用VME数据直接读出方式,这种通用型的数据读出系统具有很强的通用性和扩展性。
本方案采用两级数据处理插件,第一块数据汇总插件完成对数据的汇总,第二块数据处理插件完成对数据的压缩和实时数据处理,在计算机端采用数据接收插件完成数据的接收和保存。其中采用了光纤、PCIExpress(Peripheral ComponentInterconnect Express,简称PCIE)等多种串行传输技术提高系统吞吐量,灵活利用FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)中的DSP(DigitalSignal Processing,数字信号处理)单元进行了实时的数据处理算法,每块插件都设计了存储芯片用于板级缓存,大大减少了系统死时间。
本文中详细介绍了采用数据汇总、数据处理、数据接收三种类型插件构建数据处理系统的方法和设计,对设计中的重点难点做了详细的阐述。重点介绍了利用Xilinx的FPGA的RocketIO模块实现高速串行传输的方法和利用DSP单元做数据信号处理的步骤,对数据收发和数据处理的协议进行了分析,对DDR的设计和实现也做了较为详细的介绍。此外,对系统中使用的系统检测模块、在线加载模块等较为实用的功能做了介绍。文中分别对这几种插件做了详细的功能及性能测试,结果稳定可靠。