水聲信號采集存儲系統是海洋環境調查儀器的重要組成部分。開展水聲環境調查所使用的海洋儀器要求設備通道多、同步性好、采樣率高、數據存儲容量大。市場上常見的數據采集器多是采集某些固定種類的信號，動態范圍比較小，通道數一般也比較少，有些還要求與主機進行接口等，這些都限制了其在水聲信號采集中的應用。為滿足需要，本文設計了適合于水聲數據采集存儲的較為通用的系統，系統單板具有8個采集通道，多個單板級聯可實現多通道同步采集、USB高速存儲。

　　1 總體設計

　　該系統總體結構如圖1所示，上級電路通過級聯接口發送采集指令，單片機初始化控制FPGA，控制FPGA首先判斷單板是否為級聯單板，再初始化相應的FPGA。采集模塊的FPGA向需要同步采集的通道對應的A/D芯片提供統一的時鐘，使得A/D同步的選擇相應的通道進行數據的同步采樣和轉換，其結果傳給負責緩存的FPGA，緩存在DDR對應的存儲空間，然后由ARM控制存儲模塊的FPGA從DDR空間讀取數據進行本地存儲。

　　2 系統硬件設計

　　系統硬件主要由控制模塊、數據采集模塊、緩存模塊、存儲模塊幾部分組成，系統硬件結構圖如圖2所示。單片機功耗低、接口豐富、可靠性高，被系統用做上電引導芯片;FPGA器件具有集成度高、內部資源豐富、特別適合處理多路并行數據等明顯優于普通微處理器的特點，所以系統采用XILINX公司不同型號的FPGA作為不同模塊的主控芯片。針對系統設計中對采集存儲實時性和同步性的要求，存儲模塊采用FPGA與ARM相結合的設計，采集主控制邏輯用ARM實現，FPGA負責數據的高速傳輸和存儲。

　　控制模塊相當于系統的值班電路，當系統作為從板工作時，只有控制模塊和數據采集模塊帶電，其他模塊關閉。由于FPGA內核電壓只有1.2 V，在這種情況下系統工作電流不大于1 A，低功耗的設計保證系統可在無人值守的情況下長時間連續進行采集存儲工作。系統需要多通道數據同時采集存儲時，用戶通過配置主板的控制模塊參數設定8、16或32通道采集，主控FPGA通過級聯接口發送統一的采集時鐘到系統從板，從而實現系統多通道水聲信號的同步采集及存儲。另外，通過單片機接口也可以隨時監控系統工作狀態，系統具有修復功能，采集存儲過程中出現錯誤時，可根據用戶配置自動進行相應的錯誤處理。