一種基于usb專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于USB專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集在其中的驗(yàn)證過程中起著關(guān)鍵性的作 用。從某種意義上來說，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是采集其系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，通過某種接口與PC 機(jī)相連，然后將其采集的數(shù)據(jù)以某種格式傳送給PC機(jī)，根據(jù)不同的需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相 應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。然而，高速無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率高、冗余數(shù)據(jù) 量大，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要有高效率和高速的數(shù)據(jù)專用傳輸接口。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)盡可能 采用高效智能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸接口，以滿足數(shù)據(jù)采集處理的智能處理和數(shù)據(jù)過濾。
[0003] 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集采用FPGA開發(fā)軟件自帶的邏輯分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，首先需 要預(yù)先設(shè)定要捕獲的信號、開始捕獲的時(shí)間，以及要捕獲多少樣本數(shù)據(jù)。隨著無線通信系統(tǒng) 的發(fā)展，需要采集的數(shù)據(jù)信號速率高達(dá)幾百個(gè)Mbps，而且存在大量的冗余數(shù)據(jù)。如果繼續(xù)使 用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所采集到的數(shù)據(jù)將存在大量的冗余信息，不支持對所采集的數(shù)據(jù) 進(jìn)行過濾和智能化處理，嚴(yán)重浪費(fèi)了數(shù)據(jù)傳輸帶寬。因此必須采用高效智能的數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理的智能化處理和數(shù)據(jù)過濾，以提高科研人員的系統(tǒng)研發(fā)效率和靈活 性。隨著USB接口技術(shù)的快速發(fā)展，USB接口已經(jīng)成為了眾多設(shè)備終端的標(biāo)準(zhǔn)接口，并廣泛應(yīng) 用于PC機(jī)之中。目前，USB 2.0理論上的最大傳輸速度是480Mbps，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速率傳 輸，高速USB接口與專用高速通信架構(gòu)相結(jié)合在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有著很好的發(fā)展前景。
[0004] 綜合上述，USB專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)裝置可以很好地實(shí)現(xiàn)高效率和 智能化的數(shù)據(jù)信息采集，在PC機(jī)上具有成熟穩(wěn)定的兼容性，不僅能提高系統(tǒng)研發(fā)效率，而且 具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：在設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)的過程中，科研人員一般利用FPGA(Field - Programmable Gate Array)片上可編程軟件捕獲和顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號，并監(jiān)測其系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中軟硬件的工作狀態(tài)。FPGA片上可編程軟件獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的原理是在系統(tǒng)中引入邏輯單元 (LE，Logic Element)，以預(yù)先設(shè)定的時(shí)鐘采樣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于系統(tǒng)中的隨機(jī)存儲(chǔ)器 (RAM, Random-Access Memory)，然后通過JTAG(Joint Test Action Group)傳送回邏輯分 析軟件分析。由此可見，F(xiàn)PGA片上可編程軟件其實(shí)是在系統(tǒng)中添加了額外的模塊來采集信 號。因此，使用FPGA片上可編程軟件需要額外的空間代價(jià)，如果系統(tǒng)中剩余的RAM資源比較 充足，那么FPGA片上可編程軟件可以一次采集較多的數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，如果FPGA資源已被系統(tǒng) 耗盡，則無法使用FPGA片上可編程軟件進(jìn)行調(diào)試。不僅如此，采用FPGA開發(fā)軟件自帶的邏輯 分析軟件只能對預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接捕獲，不能智能切換所采集的數(shù)據(jù)類型和對所采 集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，因此該方案靈活性差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對無線通信信號的高效智能采集。 鑒于此，本發(fā)明提供一種基于USB專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了與片上 可編程軟件相結(jié)合的USB專用高速通信架構(gòu)，主要由上位機(jī)軟件和USB專用高速通信架構(gòu)兩 大部分組成，USB專用高速通信架構(gòu)和上位機(jī)軟件在結(jié)構(gòu)上高內(nèi)聚低耦合，不會(huì)消耗無線通 信系統(tǒng)的內(nèi)部資源，而且本發(fā)明所設(shè)計(jì)的USB專用高速通信架構(gòu)具有軟硬件智能切換，可通 過片上可編程軟件、上位機(jī)軟件以及物理按鍵三種方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化采集。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是： 一種基于USB專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括USB專用高速通信架構(gòu)和上位機(jī) 軟件，其中USB專用高速通信架構(gòu)與上位機(jī)軟件連接； 其中所述USB專用高速通信架構(gòu)包括軟硬件切換模塊、片上可編程軟件采集模塊、上位 機(jī)軟件采集模塊、物理按鍵觸發(fā)采集模塊、高速數(shù)據(jù)緩沖器和USB接口； 其中所述軟硬件切換模塊用于監(jiān)聽來自片上可編程軟件、上位機(jī)軟件和物理按鍵的采 集事件觸發(fā)，并選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)采集模塊為片上可編程 軟件采集模塊、上位機(jī)軟件采集模塊或物理按鍵觸發(fā)采集模塊； 高速數(shù)據(jù)緩沖器用于緩存數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)并將之通過USB接口傳輸至上位機(jī) 軟件中保存。
[0007] 優(yōu)選地，當(dāng)軟硬件切換模塊監(jiān)聽到采集事件觸發(fā)時(shí)，首先判斷選擇的數(shù)據(jù)采集模 塊是否處于工作狀態(tài)，若是則等待數(shù)據(jù)采集模塊完成正在進(jìn)行的事件后才輸出使能信號使 其開始相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集。軟硬件切換模塊在數(shù)據(jù)采集模塊處于工作狀態(tài)時(shí)，須等待正在進(jìn) 行的事件結(jié)束后方能輸出使能信號并激活所對應(yīng)的處理方式，以防止不同的采集事件同時(shí) 處理產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸沖突。
[0008] 優(yōu)選地，所述軟硬件切換模塊包括2-4譯碼器、第一撥碼開關(guān)Sl、第二撥碼開關(guān)S2、 或非門邏輯電路、第一與門邏輯電路、第二與門邏輯電路、第三與門邏輯電路； 其中第一撥碼開關(guān)S1、第二撥碼開關(guān)S2分別與2-4譯碼器的兩個(gè)輸入端連接； 物理按鍵采集事件的觸發(fā)端N1、片上可編程軟件采集事件的觸發(fā)端N2、上位機(jī)軟件采 集事件的觸發(fā)端N3均與或非門邏輯電路的輸入端連接，或非門邏輯電路的輸出端與2-4譯 碼器的EN端連接； 2-4譯碼器的三個(gè)輸出端分別與第一與門邏輯電路、第二與門邏輯電路、第三與門邏輯 電路的第一輸入端連接； 第一與門邏輯電路、第二與門邏輯電路、第三與門邏輯電路的第二輸入端分別與物理 按鍵采集事件的觸發(fā)端N1、片上可編程軟件采集事件的觸發(fā)端N2、上位機(jī)軟件采集事件的 觸發(fā)端N3連接； 第一與門邏輯電路、第二與門邏輯電路、第三與門邏輯電路的輸出端分別與片上可編 程軟件采集模塊、上位機(jī)軟件采集模塊、物理按鍵觸發(fā)采集模塊的使能端Y1、Y2、Y3連接。
[0009] 優(yōu)選地，所述片上可編程軟件采集模塊采集得到數(shù)據(jù)后，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去冗 余處理和可編程處理。
[0010] 優(yōu)選地，所述高速數(shù)據(jù)緩沖器包括數(shù)據(jù)接口和4個(gè)FIFO,所述4個(gè)FIFO組成環(huán)狀的 循環(huán)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)接口與其中一個(gè)FIFO連接，USB接口與另一個(gè)FIFO連接，數(shù)據(jù)接口連接的 FIFO與USB連接的FIFO首尾不相鄰。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明采用的基于USB專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取代FPGA片上可編程軟件， 利用上位機(jī)軟件對無線通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以通過物理按鍵采集、片上可編程 軟件采集、上位機(jī)軟件采集等多種方式靈活地切換對不同數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)還可以自由選 擇所采集的數(shù)據(jù)類型為原始數(shù)據(jù)或有效數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)軟件、片上可編程軟件將大量的 冗余數(shù)據(jù)智能過濾后，大幅提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率。不僅如此，由于USB專用 高速通信架構(gòu)和上位機(jī)軟件相互獨(dú)立，在結(jié)構(gòu)上高內(nèi)聚低耦合，在資源上獨(dú)立分配，片上可 編程軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均能發(fā)揮最高性能。
【附圖說明】
[0012] 圖1為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0013] 圖2為軟硬件切換模塊的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0014]圖3為上位機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0015]圖4為高速數(shù)據(jù)緩沖器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制； 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。 實(shí)施例1 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合附圖1~4及實(shí)施例，對本發(fā) 明的基于USB專用高速通信架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從原理和結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步詳細(xì)說明。值得注 意的是，以下所描述的具體實(shí)例僅用于解釋
【發(fā)明內(nèi)容】
，并不用于限定本發(fā)明。
[0017] 參圖1所示，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由USB專用高速通信架構(gòu)和上位機(jī)軟件 組成，所述USB專用高速通信架構(gòu)及上位機(jī)軟件通過USB接口相連。所述USB專用高速通信架 構(gòu)包含軟硬件切換模塊、片上可編程軟件采集模塊、上位機(jī)軟件采集模塊、物理按鍵觸發(fā)采 集模塊、高速數(shù)據(jù)緩沖器。其中，所述軟硬件切換模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽來自片上可編程軟件、上位 機(jī)軟件和物理按鍵的采集事件觸發(fā)，當(dāng)軟硬件切換模塊監(jiān)聽到可編程軟件采集模塊、上位 機(jī)軟件采集模塊或物理按鍵觸發(fā)采集模塊處于空閑狀態(tài)時(shí)，輸出使能信號并激活所對應(yīng)的 處理方式，當(dāng)軟硬件切換模塊監(jiān)聽到可編程軟件采集模塊、上位機(jī)軟件采集模塊或物理按 鍵觸發(fā)采集模塊處于工作狀態(tài)時(shí)，須等待正在進(jìn)行的事件結(jié)束后方能輸出使能信號并激活 所對應(yīng)的處理方式，以防止不同的采集事件處理產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸沖突。數(shù)據(jù)流通過同步Slave FIFO方式將數(shù)據(jù)保存在高速數(shù)據(jù)緩沖器中，最后通過USB接口把數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)軟件