引言在高速数据采集领域FPGA 凭借其并行处理能力和灵活的可重构特性成为构建高性能采集系统的核心器件。而基于网口的 FPGA 数据采集卡则通过以太网接口实现远距离、高带宽的数据传输兼顾了采集性能与部署便利性。本文将深入剖析 mstar-collect-fpga 这一优秀的开源库从整体架构、核心模块到实际应用帮助开发者快速理解其设计思路并掌握基于该库进行二次开发的关键方法为构建自己的高速采集系统提供有力参考。一、项目简介mstar-collect-fpga 是一个基于网口通信的 FPGA 数据采集开源项目托管于 Gitee 平台仓库地址为 https://gitee.com/mstar_ypc/mstar-collect-fpga。该项目以 FPGA 为核心通过以太网接口与上位机进行高速数据交互适用于需要长时间、高吞吐量采集的工业与科研场景。项目代码结构清晰、接口简洁既适合直接部署使用也适合作为学习 FPGA 数据采集与网络传输设计的参考范例。二、核心特性2.1、mstar-collect-fpga 在硬件设计上达到了以下性能指标AD 精度16 bit保证高分辨率的数据采集质量。通道数8 通道同步采集满足多路信号并行采样的需求。采样率1 Msps 实时采集兼顾高速率与数据完整性。通迅1Gbps以太网基于UDP协议。数据缓存512Mbit DDR。2.2、在软件与系统层面项目还具备以下特性网口高速传输基于以太网接口实现数据上行传输突破传统串口、USB 的带宽瓶颈支持远距离稳定通信。FPGA 并行采集充分利用 FPGA 并行处理能力实现多通道、高采样率的数据采集与预处理。开源可定制完整开放源码开发者可根据实际需求灵活修改采集逻辑、协议格式与上位机交互方式。软硬件协同提供配套的上位机软件与 FPGA 工程便于快速搭建完整的采集验证环境。三、项目结构项目整体分为 FPGA 工程与上位机软件两大部分二者通过自定义的网口协议进行通信。FPGA 侧负责数据采集、缓存与组包发送上位机侧负责接收、解析、存储与显示形成完整的数据链路。本文重点介绍数据采集的硬件部分与 FPGA 逻辑工程上位机软件部分暂不展开。3.1、硬件方案架构采用单FPGA无CPU的架构。主控芯片采用安路科技的 FPGA型号为 PH1P35MDG324-3内部集成了 512 Mbit 的 DDR 存储用于缓存采集数据缓解高速采样与网口传输之间的速率差异。AD 芯片选用北京士模微电子的 CM2268负责将模拟信号转换为数字信号。PCB 板采用底板与核心板分离的设计核心板承载 FPGA 与 Gige PHY 等关键器件便于独立调试与升级底板则负责电源管理、接口扩展以及 AD 前端信号调理两块板通过高速板对板连接器互连既保证了信号完整性也提升了系统的可维护性与可扩展性。采用双板分离设计的主要目的在于将发热量较大的 FPGA 与 Gige PHY 芯片集中到核心板上使其远离 AD 芯片从而最大程度地保证 AD 芯片的温度稳定避免因温度波动过大而影响采集精度。下图即为硬件结构图。3.2、 FPGA 逻辑工程方案架构纯FPGA逻辑架构主要包含以下五个模块EthernetBridge IP核基于UDP协议实现网络通信将以太网接口的数据透明桥接到AXI总线实现高效数据传输其中AXI Lite低速总线用于模块的初始化配置AXI Full高速总线负责从DDR缓存中读取数据I2C总线连接外部串行EEPROM芯片用于存储网络参数及AD校准数据AD驱动逻辑负责AD芯片的初始化生成特定频率的触发信号并发送至AD芯片同时读取各通道的转换结果Collect RTL数据采集逻辑支持瞬时采集、触发采集和实时采集三种模式其中触发采集可灵活设置触发位置AXI Full Write DMA逻辑在数据采集逻辑的控制下将采集到的数据实时写入DDR缓存确保数据流的连续与可靠。四、快速上手开发者可按照仓库 README 中的说明先完成 FPGA 工程的综合与下载再运行配套的上位机程序即可在几分钟内跑通从采集到显示的全流程。建议先使用默认配置验证链路连通性再逐步调整采样率与通道数观察数据变化。五、数据采集视频下面视频采集参数8通道16bit精度1Msps采样率实时采集上位机采集缓存10秒的数据。1G网口1Msps实时采集视频视频拍的不好体现不出1Mspses 采样率请大家不要见怪。六、总结mstar-collect-fpga 为基于网口的 FPGA 数据采集提供了一套完整、可复用的开源方案。无论是用于实际项目部署还是作为学习 FPGA 网络采集设计的入门素材该项目都具有很高的参考价值。希望本文能帮助你快速上手并在此基础上开展自己的开发工作。