Cómo almacenar datos en una tarjeta SD o almacenarlos en una computadora con un cable USB usando un FPGA

Me gustaría enumerar su comentario sobre la respuesta de Sharad Sinha primero, ya que ofrece una mejor idea de lo que está tratando de lograr:

“ Básicamente, tengo una entrada analógica que quiero estudiar en una computadora. Voy a pasar la entrada analógica a través de un ADC de 16 bits muestreado a 10 megamuestras por segundo. No puedo usar el ADC en chip proporcionado por Altrix -7 ya que tiene capacidades limitadas. Mi objetivo es almacenar esta entrada continua de 16 bits del ADC en una computadora. Por lo tanto, estoy usando la placa Digilent Nexys 4 para cumplir mi tarea “.

Hay varios aspectos de esta pregunta ahora, que incluyen:

1. Escribir datos en la tarjeta SD
2. Transferencia de datos desde FPGA a PC usando un cable USB
3. Cómo almacenar / manejar velocidades de datos rápidas de 20 MBps (160 Mbps)
4. Una combinación de 1,2,3

Miremos cada uno de ellos uno por uno e intentemos llegar a cuál sería la mejor opción para continuar.

Interfaz con tarjeta SD

El manual de referencia de Nexys4 indica la presencia de una ranura micro SD en la placa. La forma más fácil de interactuar con esto es usar el modo SPI para leer y escribir datos, como mencionó Sharad Sinha.

Suponiendo que pueda usar un procesador integrado como microblaze, recomendaría el controlador FatFs para administrar el sistema de archivos. Esto simplificaría no solo el diseño HW (los maestros SPI son IP muy simples y deberían estar disponibles en la suite de Vivado) sino también los controladores SW ya que implementar un sistema de archivos es un proyecto en sí mismo. Portar FatFs no es demasiado difícil y está claramente documentado. He usado esta combinación en uno de mis proyectos de pasatiempo con el fin de capturar datos de audio. Puede echar un vistazo a este archivo para ver cómo se vería la transferencia.

Ahora, aquí está el truco. El modo SPI es una interfaz muy, muy lenta. FatFs puede alcanzar velocidades en el rango de Mbps, pero nunca pude superar los 128 Kbps en mi configuración. En pocas palabras, el modo SPI nunca podrá manejar las velocidades de 160Mbps de datos que necesita capturar. Esto trae la siguiente sección.

Manejo de tasas de datos rápidas

El objetivo aquí es asegurar que todos los datos provenientes de una fuente de alta velocidad sean muestreados y almacenados sin perder ninguna muestra en el medio. Mi sugerencia en su caso sería utilizar un modelo ‘almacenar y reenviar’ para los datos de ADC. La placa Nexys4 tiene una SRAM externa de 16 MB que parece ser perfecta (o los bloques de memoria FPGA internos también serán suficientes, pero son limitados y pueden interferir con STA y PnR). La muestra ADC será recibida continuamente a 160Mbps por el FPGA y usted puede escribir directamente estas muestras en la SRAM externa en un modo FIFO. Una vez que la memoria esté llena, puede comenzar a transferir estos datos a su conveniencia a cualquier lugar. La limitación aquí es que no puede almacenar más de 16 MB de datos a la vez, lo que significa que su ventana de muestreo es de 800 ms como máximo.

Transferencia de datos desde FPGA a PC a través de USB

El manual de Nexys4 indica la presencia de un host USB que es un controlador PIC. Sin embargo, esto solo se puede usar para la interfaz del mouse / teclado PS2, lo que no será útil en este caso. Incluso si hay disponible un puerto USB completo, será bastante complejo cuando intente integrar un controlador USB IP y su FW. Como mencionó Sharad Sinha, el método más simple sería usar el USB-UART para la comunicación con la PC. Las IP RS232 son muy simples de implementar y los controladores FTDI (el chip que convierte entre RS232 y USB en el Nexys4) hacen que la interfaz sea simple. Nuevamente, esta es una interfaz muy lenta que generalmente funciona a 115200bps y no se puede conectar directamente a la secuencia ADC de 160Mbps. De ahí la necesidad de un enfoque de ‘almacenar y reenviar’.

Espero que esto haya sido útil para seguir adelante. Avíseme si enfrenta dificultades o necesita más aclaraciones; haré todo lo posible para ayudar.