[发明专利]基于FPGA的光纤光栅传感器实时波长数据存储的方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于现场可编程门阵列(即Field－Programmable Gate Array,以下简称FPGA)的光纤光栅传感器实时波长数据存储的方法，它是一种基于FPGA的光纤光栅传感器数据实时存储的实现方法。它将经过模拟数字采集模块转化的光纤光栅传感器的实际波长数字信号通过FPGA的逻辑控制存储到安全数码卡(即Secure Digital Memory Card，以下简称SD)接口上的SD卡里，能够对数据进行实时存储，属于数据存储技术领域。

背景技术

光纤光栅具有重量轻、耐腐蚀等优点，目前已在石油产业、电力行业、航空航天等多个领域进行应用。在光纤光栅的应用过程中存储波长的实时数据是其他操作的基础，需要存储一定量的数据后才能进行光纤光栅传感器的数据处理、数据解调。存储波长的实时数据还能在外部设备通信时进行差错检测。

在以往的数据存储系统中，往往采用微处理器ARM(即Acorn RISC Machine，以下简称ARM)操作数据存储，受限于中央处理器(即Central Processing Unit，以下简称CPU)“取指-译码-执行”的流水线特点的指令执行机制，需要CPU一条一条地读取指令，顺序执行指令来实现功能，这种串行式的工作方式很大程度上限制了SD卡读写驱动的性能提升。基于以上现状和问题，本发明提出一种基于FPGA的光纤光栅传感器波长数据存储的方法。

发明内容

(一)本发明的目的是：

针对以往的基于ARM实现的光纤光栅传感器数据存储系统并发性低、吞吐量小的问题，本发明的目的是实现将经过模拟数字采集模块转化的光纤光栅传感器的实际波长数字信号实时存储到存储介质中，提高系统的并发性处理，进而提高系统的吞吐量。同时利用模块化的封装，简化系统设计、调试等操作，为之后的光纤光栅数据处理、数据解调做好准备。

(二)其具体技术方案如下：

本发明一种基于FPGA的光纤光栅传感器实时波长数据存储的方法，其步骤如下：

步骤一，搭建光纤光栅波长数据存储的硬件平台，确定硬件系统所使用的开发板、存储媒介和软件开发使用的编程语言；

步骤二，设计存储介质的初始化、读取、写入的时序图，根据时序图设计初始化程序、读取程序、写入程序，最终封装成初始化模块、读取模块、写入模块；

步骤三，设计顶层模块，将初始化模块、读取模块、写入模块应用到顶层模块中，实现顶层模块对初始化模块、读取模块、写入模块的调用；

步骤四，将存储介质第一扇区作为记录地址Index所用扇区，用初始化模块对存储介质进行初始化操作；

步骤五，读取存储介质的第一扇区获取Index，如果Index大于最大扇区则清除第一扇区，并向第一扇区写入1，否则将地址偏移到Index；

步骤六，将波长数据进行高速模数转换(即Analog to Digital，以下简称AD)转换得到数字信号，FPGA中用写入模块将数字信号写入到Index指向的扇区，如果写入成功，清除第一扇区内容，将Index+1写入到第一扇区；如果Index大于最大扇区，结束操作。

其中，在步骤一中所述的“光纤光栅波长数据存储的硬件平台”，是指使用型号为XC7Z020-1CLG484I的集成开发板Miz702(南京米联电子)，该集成开发板采用FPGA和ARM处理器相结合的平台，并采用版本为“Vivado 2015.4”的开发软件用verilog语言进行硬件系统的开发，存储介质选用遵循SD卡2.0协议的SD卡。