基于FPGA的CT高速数据传输系统的设计实现

• 作 者: 董笑然
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: CT FPGA 数据传输 前向数据检错纠错 可靠性设计

医疗计算机断层扫描机(CT)是基于X光射线的重要医疗影像诊断工具。CT机主要由X射线采样系统,数据传输系统,计算机重建系统等组成。近年来,CT医学诊断技术快速发展,扫描精度和速度都有了大幅度提高,因而在扫描中产生高速率实时数据,需要由高性能的数据传输系统将其存贮至计算机以进行图像的重建。本文设计和实现一种用于高性能CT的高吞吐率,低误码率的单向数据传输系统。CT系统的X光探测器数量是区分性能的最主要参数,20年来从单双排CT飞速提升到现在的64排高性能CT。由于CT物理结构的限制,高速率数据信道成本昂贵,因此,CT系统多采用单向数据传输的方案,以降低系统成本；同时,因为CT信道的误码率较高,难以满足医疗对数据完整性的高要求,需要额外的数据检错纠错机制以降低误码率。本课题选自,用于某64排高端CT的数据传输系统的开发,此系统需要达到大于350MB/S的实时数据传输能力。本作者完成的主要工作如下1)完成基于FPGA的高速数据接收电路板的设计和仿真。此电路板以Altera公司Arria GX系列中端FPGA为核心来设计本方案。以FPGA的高速收发器接收双通道光纤数据,并完成数据完整性校验和纠错；控制QDRII-RAM构造的数据缓冲器；并以DMA的方式通过PCI-Express总线传输到主机内存,完成数据的传输。2)完成FPGA的设计,仿真和调试。实现了交织与Reed Solomon等多种前向数据完整性检错纠错机制,QDRII内存的控制,PCI-Express的接口。3)完成了系统的功能验证和系统集成测试,并通过了可靠性测试。本设计实现基于FPGA的高速数据传输系统,实验证明系统性能稳定,满足下一代高性能CT对数据传输系统高吞吐率和低误码率及高可靠性的要求；并对其他高速率单向数据传输系统的开发有借鉴意义。