Gb量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種示波器為代表的電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置。本發(fā)明的GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置，包括采樣與成像模塊、串化/解串器、數(shù)據(jù)交換模塊、波形成像后處理器、視頻控制器、主控制器、PCI控制器、指令解析器、顯示器，采樣與成像模塊通過串化/解串器與數(shù)據(jù)交換模塊通信，數(shù)據(jù)交換模塊與波形成像后處理器通信，波形成像后處理器通過視頻控制器與主控制器通信，主控制器依次通過PCI控制器、指令解析器與串化/解串器通信，視頻控制器與顯示器電連接。本發(fā)明的GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置可有效存儲(chǔ)GB數(shù)量級(jí)波形，并能夠?qū)⒋鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)直接發(fā)送，可廣泛應(yīng)用在高速示波器上。
【專利說明】GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種示波器，尤其涉及一種示波器為代表的電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以示波器為代表的基礎(chǔ)儀器是用于現(xiàn)場(chǎng)或常規(guī)維護(hù)的、相對(duì)較為傳統(tǒng)的、也是最基本的通用測(cè)試儀器，信息復(fù)雜程度越來越高，系統(tǒng)運(yùn)行速度越來越快，數(shù)據(jù)產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換速率達(dá)ns量級(jí)，甚至PS量級(jí)。數(shù)據(jù)量龐大，一段完整的數(shù)據(jù)少則幾百M(fèi)B，多則幾百GB，支持現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)故障診斷的傳統(tǒng)示波器已不能完全滿足測(cè)試需求。
[0003]一測(cè)偵信息系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)化速率達(dá)lOGB/s，連續(xù)不間斷吞吐速率都應(yīng)同時(shí)達(dá)到500MB/S，且一輪偵測(cè)周期(20?30分鐘)產(chǎn)生的數(shù)百GB數(shù)據(jù)，要完整保存下來，及時(shí)分析處理并上傳。支持這一偵測(cè)系統(tǒng)測(cè)試和維護(hù)的現(xiàn)有國產(chǎn)示波器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了測(cè)試需求，而且國外市場(chǎng)上高性能示波器，無論是TEK、Agilent還是Lecroy,連續(xù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)容量都不超過200MB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了上GB?數(shù)百GB實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置，其滿足高性能示波器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換的要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:其包括采樣與成像模塊、串化/解串器、數(shù)據(jù)交換模塊、波形成像后處理器、視頻控制器、主控制器、PCI控制器、指令解析器、顯示器，采樣與成像模塊通過串化/解串器與數(shù)據(jù)交換模塊通信，數(shù)據(jù)交換模塊與波形成像后處理器通信，波形成像后處理器通過視頻控制器與主控制器通信，主控制器依次通過PCI控制器、指令解析器與串化/解串器通信，視頻控制器與顯示器電連接。
[0006]主控制器與PCI控制器之間通過PCI總線通信。串化/解串器包括8個(gè)。
[0007]高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理及交換的高速存儲(chǔ)器，時(shí)鐘頻率可達(dá)400MHz，可實(shí)現(xiàn)800Mbps/pin的峰值數(shù)據(jù)吞吐率，存儲(chǔ)容量較大，但其效率受到訪問方式的限制。當(dāng)訪問方式為隨機(jī)訪問時(shí)，其效率大大下降。這正適合波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀出。
[0008]按照5GSa/s/通道的采樣率計(jì)算，示波器存儲(chǔ)管理器的輸入數(shù)據(jù)率為:
[0009]5GX4CHX8bit=160Gbps
[0010]按照50萬幀/秒的波形成像速率計(jì)算，示波器存儲(chǔ)管理器的輸出速率為:
[0011]500, 000X512X4CHX8bit=8.192Gbps
[0012]因此，所需存儲(chǔ)器吞吐帶寬為88Gbps。為滿足存儲(chǔ)要求，這里使用了 4個(gè)存儲(chǔ)器模組，每個(gè)模組具有2GB的容量，其總吞吐帶寬為:
[0013]400MHz X 2 X 64 X 4=204.8Gbps
[0014]滿足了系統(tǒng)要求。[0015]本發(fā)明的GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置可有效存儲(chǔ)GB數(shù)量級(jí)波形，并能夠?qū)⒋鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)直接發(fā)送，可廣泛應(yīng)用在高速示波器上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置包括采樣與成像模塊、串化/解串器、數(shù)據(jù)交換模塊、波形成像后處理器、視頻控制器、主控制器、PCI控制器、指令解析器、顯示器，采樣與成像模塊通過串化/解串器與數(shù)據(jù)交換模塊通信，數(shù)據(jù)交換模塊與波形成像后處理器通信，波形成像后處理器通過視頻控制器與主控制器通信，主控制器依次通過PCI控制器、指令解析器與串化/解串器通信，視頻控制器與顯示器電連接。
[0018]主控制器與PCI控制器之間通過PCI總線通信。
[0019]數(shù)據(jù)交換模塊包括8個(gè)串化/解串器(SERDES)，由數(shù)據(jù)交換單元進(jìn)行各路數(shù)據(jù)的交換。工作時(shí)，指令由主控制器通過PCI總線傳輸至該模塊，經(jīng)指令解析器解析、經(jīng)SERDES編碼后送入8個(gè)采樣與成像模塊，采樣與成像模塊形成的波形圖像數(shù)據(jù)再通過SERDES解碼后通過數(shù)據(jù)交換單元送入波形成像后處理器進(jìn)行波形成像的后處理，而后送入視頻控制器形成顯示圖像直接送往顯示器，同時(shí)經(jīng)PCI總線送往主控制器。
[0020]存儲(chǔ)的波形經(jīng)過先進(jìn)數(shù)字熒光波形成像弓丨擎成像后，形成了 256 X 512 X 9位的圖像(9位中，8位為灰度信息，另外I位為附加位)。為實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互性，波形的幀傳輸速率定為60fps，由此可算出傳輸每個(gè)通道的波形所需的數(shù)據(jù)率為:
[0021]256X512X9X60 ^ 71Mbps
[0022]但是，若使用該速率將原始波形數(shù)據(jù)導(dǎo)出，該速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。設(shè)波形存儲(chǔ)深度為2GB/CH，則將4個(gè)通道的數(shù)據(jù)全部導(dǎo)出至主控計(jì)算機(jī)，所需時(shí)間為:
[0023]2GX4X8/71M ^ 923 ^ 15min
[0024]時(shí)間較長(zhǎng)。若減小該時(shí)間，必須提高數(shù)據(jù)交換模塊和主控計(jì)算機(jī)模塊的數(shù)據(jù)交換速率。其中后者使用成熟的PCI規(guī)范，時(shí)鐘速率為33MHz，32位，因此峰值數(shù)據(jù)傳輸率為
1.056Gbps。而受到FPGA管腳數(shù)目的限制，采樣與成像模塊和數(shù)據(jù)交換模塊之間無法采用并行總線傳輸數(shù)據(jù)。這里采用了廣泛應(yīng)用于通信行業(yè)的高速串行接口。為提高傳輸速率，系統(tǒng)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)采樣與成像模塊采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路連接至數(shù)據(jù)交換模塊。每個(gè)鏈路采用兩對(duì)差分傳輸線實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。實(shí)際測(cè)試表明，該結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定的運(yùn)行在
2.5GHz上。考慮到8b/10b的編碼效率，實(shí)際的單向數(shù)據(jù)傳輸率為2Gbps，高于PCI總線的數(shù)據(jù)速率?？朔嗽撈款i。此時(shí)，在理想情況下，設(shè)波形存儲(chǔ)深度為2GB/CH，則將4個(gè)通道的數(shù)據(jù)全部導(dǎo)出至主控計(jì)算機(jī)，所需時(shí)間為:
[0025]2GX4X8/1.056G ^ 61s
[0026]在數(shù)據(jù)通過PCI總線傳輸至主控制器的同時(shí)，主控制器可將數(shù)據(jù)寫入硬盤。硬盤的寫入速度受到轉(zhuǎn)速和組織形式的限制，通常在40-80MB/S之間。受到該速度和PCI總線占用影響，實(shí)際速率會(huì)低于理論速率。
[0027]示波器使用的硬盤為普通PC用硬盤驅(qū)動(dòng)器。為減小體積和重量，這里使用500GB的2.5英寸硬盤驅(qū)動(dòng)器。安裝完操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序后，硬盤將剩余約450GB的空間，可以存儲(chǔ)大量波形數(shù)據(jù)。由于主控計(jì)算機(jī)具有硬盤接口，因此只需將硬盤直接連接在主控計(jì)算機(jī)上即可。Windows XP操作系統(tǒng)將妥善的管理硬盤。硬盤數(shù)據(jù)可通過USB接口或LAN傳輸至外部設(shè)備。存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)將采用自定義的二進(jìn)制文件格式或業(yè)內(nèi)通用的CSV格式，其數(shù)據(jù)可使用多種第三方軟件讀出或進(jìn)行處理，如Microsoft Excel和Matlab等。
[0028]在對(duì)于震動(dòng)和可靠性要求較高的應(yīng)用中，我們提供單層單元結(jié)構(gòu)固態(tài)存儲(chǔ)器(SLC-SSD )選件作為硬盤的替代品。SLC-SSD為固態(tài)產(chǎn)品，對(duì)震動(dòng)和沖擊的忍受度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬盤。
【權(quán)利要求】
1.一種GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置，其特征在于，包括采樣與成像模塊、串化/解串器、數(shù)據(jù)交換模塊、波形成像后處理器、視頻控制器、主控制器、PCI控制器、指令解析器、顯示器，采樣與成像模塊通過串化/解串器與數(shù)據(jù)交換模塊通信，數(shù)據(jù)交換模塊與波形成像后處理器通信，波形成像后處理器通過視頻控制器與主控制器通信，主控制器依次通過PCI控制器、指令解析器與串化/解串器通信，視頻控制器與顯示器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置，其特征在于，主控制器與PCI控制器之間通過PCI總線通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GB量級(jí)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與數(shù)據(jù)交換裝置，其特征在于，串化/解串器包括8個(gè)。
【文檔編號(hào)】G01R13/00GK103837722SQ201210490431
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】印德榮, 宋云衢 申請(qǐng)人:江蘇綠揚(yáng)電子儀器集團(tuán)有限公司