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        基于PCIe 40G光纤的采集存储服务器

        1 设备概述

        基于PCIe 40G光纤的采集存储服务器包括PCIe光纤卡、存储硬盘卡和计算机。存储单元用于外场实验存储现场雷达数据,数据用于实验室分析,并放置在移动测试车上进行实验数据的采集。

        主要指标:

        1. 2路 QSFP+光纤输入接口,每路串行速率6.25Gbps*4;
        2. 存储速度:实时持续存储速度不低于2GB/s;
        3. 高速盘存储容量:不低于3.2TB;
        4. 低速转存盘存储容量:250GB固态硬盘+2TB机械硬盘;
        5. 单文件大小:<2GB,具体待定;
        6. 主板计算能力:Xeon处理器,主频不低于3.5GHz;内存不低于32GB;
        7. 操作系统:windows 7;
        8. 工作温度范围:0到40摄氏度;

        主要硬件如下:

        2 PCIE光纤采集模块

        采集存储服务器,PCIe光纤卡,存储硬盘卡,外场实验存储,现场雷达数据,实验室分析,移动测试车数据采集,实验数据采集

         

         
                                                                                                                     图2-1 PCIE光纤采集模块

        2.1产品概述

        本卡为企业级别板卡,可用于数据中心,安全领域数据采集处理。标准PCI Express全高板,适用于普通服务器、工作站。 

        2.2硬件规格

        序号

        类型

        描述

        1

        结构尺寸

        标准PCI Express 全高板,适合于普通服务器、工作站,单板配合标准的全高档条,方便客户固定在PC∕服务器上

        2

        FPGA型号

        XC7K325T-2FFG900I(等级2,工业级)

        3

        内存

        8个DDR3颗粒,分两组,每组容量2GB; 工作时钟500Mhz

        4

        Boot Flash

        总容量 512Mbit

        5

        QSF P+接口

        2个,专门提供给高速传输用户,每个QSFP+总带宽40Gbps

        6

        可编程时钟

        QSFP接口对应的时钟采用可编程时钟

        7

        PCIE 接口

        X8,支持Gen1.0∕Gen1.1∕Gen2.0,每根lane高速率5.0 Gbps,符合 PCI Express Gen2.0规范,X8模式,理论带宽高达40 Gbps。 

        8

        EEPROM

        容量 4Kbit 

        9

        用户按键

        1个

        10

        LED指示灯

        4个

        11

        串口

        USB串口形式,数量1个,高支持115200波特率

        12

        单板供电

        12V(±10%),可使用外置电源;也可以选择PCIe槽位供电,典型功耗15W 

        13

        详细说明

        提供本单板详细说明文档,包含个电路和FPGA对接管脚说明,方便客户进行二次开发(不包含本单板整版的原理图)。如果客户需要原理图,可参考Xilinx官方资料,光盘中已经统一整理。

        3 PCIE存储硬盘板卡

        图3-1 PCIE存储模块

        1. PCIe 3.0 x8/x4 
        2. 遵循 NVMe 1.2.1 标准 
        3. 企业级数据可靠性保障
        4. 1.6TB-6.4TB容量
        5. 3.28/3.1 GB/s顺序读/写带宽, 760K/244K随机读/ 写IOPS (PCIe3.0 x4)
        6. 4.5/3.14 GB/s顺序读/写带宽, 1000K/244K随机读/ 写IOPS (PCIe3.0 x8)
        7. 主流操作系统原生驱动支持 
        8. 支持UEFI启动
        9. 支持热插拔

        4 PCIE多插槽主板

         

        图4-1 PCIE多插槽主板

         

        表4-1主板规格要求

        主板芯片

        集成芯片

        网卡

        主芯片组

        Intel C612

        芯片组描述

        采用Intel C612芯片组

        显示芯片

        CPU内置显示芯片(需要CPU支持)

        网卡芯片

        板载Intel I210千兆网卡

         

        处理器规格

        CPU类型

        Intel®Xeon E5-2600 v4†/ v3, E5-1600 v4†/ v3 family

        CPU插槽

        LGA 2011

         

        内存规格

        内存类型

        4×DDR4 RDIMM

        大内存容量

        256GB

        内存描述

        支持双通道DDR4 2400†/ 2133/1866/1600 MHz内存

         

        存储扩展

        PCI-E标准

        PCI-E 3.0

        PCI-E插槽

        2×PCI-E X16插槽,2×PCI-E X8插槽,2×PCI-E X4插槽

        存储接口

        10×SATA III接口

         

        I/O接口

        USB接口

        4×USB3.0接口,8×USB2.0接口

        视频接口

        1×VGA接口

        电源插口

        一个8针,一个24针电源接口

        其它接口

        1×RJ45网络接口,

         

        板型

        主板板型

        Micro ATX板型

        外形尺寸

        30.5×24.4cm

        7 机箱及其他配件

         

        4-2 机箱照片

        机箱结构照片如上图所示。另外应该配备不低于22英寸的显示,键盘和鼠标等。

        8 软件设计

        8.1 软件工具及开发环境

         

        表6-1软件工具和版本说明

        软件工具

        版本

        服务器操作系统

        Windows 7 64bit

        应用软件

        VC/QT

        FPGA开发软件

        Vivado 2018.1

         

        8.2 PCIE存储卡FPGA软件

        PCIE存储卡FPGA软件的功能主要包括:1)通过QSFP+接口接收雷达回波数据,在板卡大容量存储器中进行缓存;2)将缓存的大容量数据通过PCIE 3.0接口写入CPU外挂的内存,并通过中断或者消息的方式通知CPU读取数据。

        此部分软件为底层软件,对具体的实现方式不作要求,只要满足接口和速率的要求即可。

        8.3 采集存储显控应用软件

         

        图6-1 系统组成示意图

        系统有3种工作模式,分别是采集存储模式、实时处理模式和事后回放模式。

        在采集存储模式下,用户在显控软件界面配置雷达工作参数,通过千兆网口发送给FPGA中ARM,ARM完成射频芯片的配置;在开始工作之后,FPGA实时接收射频芯片输出的数据并通过QSFP+光纤接口转发给存储服务器,存储服务器将基带数据和摄像头采集的视频数据同步显示并存储到硬盘中。用户设置的雷达工作参数信息也需要保存到相同文件下,供事后数据分析使用。

        在实时处理模式下,用户在显控软件界面配置雷达工作参数,通过千兆网口发送给FPGA中ARM,ARM完成射频芯片的配置;在开始工作之后,FPGA实时将处理结果通过千兆网口输出给存储服务器,存储服务器将处理结果和摄像头采集的视频数据同步存储到硬盘中。用户设置的雷达工作参数信息也需要保存到相同文件下,供事后数据分析使用。

        在事后回放模式,显控软件可以读取相应圈次的雷达工作参数,然后按照设定的速率同步回放实时处理结果和视频图像,要求回放速率可控。

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