在正常無故障的情況下，經過觸發，系統啟動數據采集后，模擬信號經過數據采集部分進行處理后轉換為FPGA可以處理的數字信號，將轉換完的串行數據送回FPGA內部FIFO進行緩存,并由FPGA控制將FIFO內的數據按照一定的時序寫入eMMC芯片，完成數據的存儲。

eMMC在傳輸模式之前首先進行初始化操作，初始化操作主要完成器件識別、模式配置以及擦除操作等[8-9]。具體操作流程為：(1)發送CMD0命令，復位設備；(2)發送CMD1命令，獲取OCR，進入準備完畢狀態；(3)發送CMD2命令，獲取器件信息，進入器件識別狀態；(4)發送CMD3命令，進行eMMC地址分配，進入設備待命狀態；(5)發送CMD9命令，獲取設備寄存器的值；(6)發送CMD7命令，進行狀態轉換，進入數據傳輸狀態；(7)發送CMD19命令，發送總線測試數據；(8)發送CMD14命令，回讀總線測試數據，并檢驗測試是否通過，系統返回傳輸狀態。

3.1 數據寫入

eMMC的數據傳輸模式是其主要工作模式，其讀寫操作都是在該模式下進行的。eMMC有單塊寫和多塊寫兩種寫模式，這里采用單塊寫模式，其對應狀態轉化圖如圖4所示。首先，在eMMC進入傳輸模式之后發送CMD16命令，設置寫數據塊長度；接著發送CMD24命令，開始單塊寫操作，將寫FIFO數據寫入eMMC，依次寫入起始位、數據位、CRC16校驗碼與結束位。數據發送完畢后，eMMC器件會根據接收到的數據進行CRC16校驗比對，校驗成功后將數據存儲到eMMC的Flash存儲區，完成一次數據存儲。

3.2 數據讀取

要分析eMMC中存儲的數據，就要通過上位機將讀數盒數據回讀到計算機，因此eMMC的讀數過程需要上位機的配合完成。FPGA在接收到上位機發來的讀數命令后，主動給eMMC控制器發送讀數命令。首先判斷eMMC后端FIFO是否寫滿，若寫滿則禁止往后端FIFO里寫數；若未滿，則發送CMD17命令，開始數據讀操作。當檢測起始位有效時，開始數據讀，并對數據進行實時CRC校驗，并對讀取數據進行計數。當計數個數等于數據塊長度時，接收端進行數據接收，并將接收到的數據的CRC校驗與eMMC的CRC檢驗對比，判斷數據接收是否正確，完成一次數據的讀取操作。具體數據發送流程圖如圖5所示。

4 測試與驗證

為了驗證系統的功能實現及可靠性，分別對eMMC的寫數據和讀數據操作進行了在線調試。在信號輸入端提供電壓峰值為5 V的正弦波電壓進行系統的可靠性測試。通過Chipscope進行抓圖。經分析，CRC檢驗正確，證明數據讀寫正確。其數據讀與數據寫的測試結果如圖6、圖7所示。

同時，利用讀數盒將存儲在eMMC中的數據讀取到上位機中，對數據進行直接的觀察。圖8為128路信號中存儲在eMMC中前4路信號通過上位機讀取到的信號波形。從圖中可以看出，128路數據采集存儲系統可以如實地反映出系統采集到的電壓范圍為±5 V的正弦波。經過標定后，128路數據采集存儲系統的誤差范圍可控制在0.1%范圍內。

5 結論

本文設計了一種128路數據采集存儲系統，以eMMC為存儲單元，解決了傳統的以Flash為存儲模塊的復雜的壞塊檢測與系統管理等問題。通過在線邏輯分析和上位機驗證，該128路數據采集存儲系統讀寫時序正確，誤差范圍可控制在0.1%范圍內，能夠確保已存儲的數據可靠、有效，達到設計指標。