专利名称：高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高过载条件下的多通道高速高精度数据采集存储领域，具体 是一种高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法及系统。
背景技术：
现有高速大容量数据采集处理装置包含主控模块、以及若干经由高速总
线与主控模块连接的采集模块和存储模块；高速大容量数据采集处理装置在 实际应用时，不但要求具备抗高过载能力、体积小、大容量、高可靠性等要 求外，能快速、完整获取数据尤为重要，但存储模块在实现数据存储时，仍 沿用传统数据存储方式，即在每一数据写入、并完成编程固化后，才再进行 下一数据的存储，数据存储速率低，无法保证完整、准确、连续地记录数据； 另外，由于采集模块实现数据编帧的中心控制器内采用固化帧结构方式，因 此，仅能按照固化在中心控制器的帧结构进行数据编帧，无法按照用户实际 所需帧结构进行数据编帧，使得高速大容量数据采集处理装置通用性差。
发明内容
本发明为了解决现有高速大容量数据采集处理装置存在的通用性差、存 储速率低、无法保证完整准确连续记录数据等问题，提供了一种高速大容量 通用化数据采集处理装置控制方法及系统。
本发明是采用如下技术方案实现的高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法，所述高速大容量通用化数据采集处理装置包括主控模块、以及 若干经由高速总线与主控模块连接的采集模块和存储模块；每一采集模块包 含模拟信号输入接口 、与模拟信号输入接口相连并由多路高速电子开关实现 选通的若干路信号调理滤波电路、与多路高速电子开关输出端相连的采样保 持电路、与采样保持电路输出端相连的模数转换器、以及与模数转换器输出 端相连并对模数转换器输出信号进行数据编帧的中心控制器，中心控制器经 高速总线接口与高速总线相连，多路高速电子开关的控制端与中心控制器相 连；每一存储模块包含与高速总线连接的控制单元、以及至少一组受控制单 元控制的存储器；每组存储器包含若干片存储器；所述控制方法包括存储器 数据写入方法；存储器数据写入方法包含
数据接收步骤，在主控模块调控下，存储模块控制单元接收由采集模块 经高速总线传输来的数据；
数据分页步骤，将数据接收步骤接收到的数据划分为若干页等数据量的 数据，且各页数据的数据量为存储器内单位存储单元数据容量的整数倍；其 中等数据量的划分要求使得各页数据写入存储器所需时间相等。
数据写入步骤，将数据分页步骤划分得到的各页数据依次顺序写入存储 器组的各片存储器中；如存储器组中的存储器片数小于数据页数，则排在写 入存储器组末位存储器的数据页后的各页数据由存储器组的首位存储器开始 依次顺序写入存储器组的各片存储器中，直至数据分页步骤划分得到的各页 数据全部写入存储器组的各片存储器中；
数据编程固化步骤，控制每片存储器在写入数据后进行编程固化；由于 每片存储器每次写入的数据量相等，使得每片存储器对其每次写入数据的编程固化时间亦相等。
其中，每组存储器中采用存储器的片数要求满足每片存储器对写入数 据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和。 即存储器组中各存储器依次顺序写入数据后，存储器组的首位存储器已完成 对写入数据的编程固化，可以开始写入下一数据页。
高速大容量通用化数据采集处理装置控制系统，所述高速大容量通用化 数据采集处理装置包括主控模块、以及若干经由高速总线与主控模块连接的 采集模块和存储模块；每一采集模块包含模拟信号输入接口、与模拟信号输
入接口相连并由多路高速电子开关实现选通的若干路信号调理滤波电路、与 多路高速电子开关输出端相连的采样保持电路、与采样保持电路输出端相连 的模数转换器、以及与模数转换器输出端相连并对模数转换器输出信号进行 数据编帧的中心控制器，中心控制器经高速总线接口与高速总线相连，多路
高速电子开关的控制端与中心控制器相连；每一存储模块包含与高速总线连 接的控制单元、以及至少一组受控制单元控制的存储器；每组存储器包含若 干片存储器；所述控制系统包括存储器数据写入系统；存储器数据写入系统 包含-
数据接收模块，在主控模块调控下，存储模块控制单元接收由采集模块 经高速总线传输来的数据；
数据分页模块，将数据接收模块接收到的数据划分为若干页等数据量的 数据，且各页数据的数据量为存储器内单位存储单元数据容量的整数倍；
数据写入模块，将数据分页模块划分得到的各页数据依次顺序 入存储 器组的各片存储器中；如存储器组中的存储器片数小于数据页数，则排在写入存储器组末位存储器的数据页后的各页数据由存储器组的首位存储器开始 依次顺序写入存储器组的各片存储器中，直至数据分页模块划分得到的各页 数据全部写入存储器组的各片存储器中；
数据编程固化模块，控制每片存储器在写入数据后进行编程固化；
其中，每组存储器中采用存储器的片数要求满足每片存储器对写入数 据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和。
另外，所述高速大容量通用化数据采集处理装置中的采集模块配置有用 于存储帧结构的E2PROM存储器、以及用于实现帧结构数据下载的接口电路， E2PROM存储器及接口电路与中心控制器相连；这样，用户可以根据自身需 求通过上位机配套软件自动生成所需的帧结构，通过接口电路将生成的帧结 构经中心控制器下载至E2PROM存储器中，采集模块由模拟信号输入接口采 集模拟信号，并将模拟信号经信号调理滤波电路调整至模数转换器的范围内， 并传输至多路高速电子开关，由中心控制器控制多路高速电子开关的选通， 由多路高速电子开关输出的信号经采样保持电路后，传输至模数转换器，经 模数转换器模数，中心控制器由E2PROM存储器调用帧结构对模数转换器输 出的数字信号进行数据编帧，在主控模块的控制下，编帧后的数据经由高速 总线接口送至高速总线，传输至相应的存储模块。由于E2PROM存储器中的 帧结构可以多次进行修改，适于用户灵活使用，因此，极大地提高了所述数 据采集处理装置的通用性。
与现有技术相比，本发明应用存储器阵列，对待存储数据进行划分处理， 通过存储模块控制单元对存储器阵列中的各存储器进行并行控制，实现划分 后数据顺序写入存储器阵列中的各存储器，并按照"每片存储器对写入数据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和"的 设置要求来确定每组存储器中存储器的数量，在每片存储器对写入数据开始 进行编程固化的同时，排在该存储器后的下一存储器即开始进行数据写入， 实现了将待存储数据快速、不间断写入存储器组中各存储器的目的，使所述 数据采集处理装置以高数据存储速率、完整、准确、连续地记录数据；另外， 本发明在采集模块中增设用于存储帧结构的E2PROM存储器、以及用于实现 帧结构数据下载的接口电路，使用户可以将需要的帧结构通过软件在线下载 至采样模块，实现了采样模块中帧结构的任意可编程，突破了传统的采编思 想，使本发明所述数据采集处理装置通用化，使用更加方便、灵活。
本发明方法简单明了，系统结构合理，实现了高速大容量数据采集处理 装置的使用通用化，能以高数据存储速率、完整、准确、连续地记录数据。
图1为高速大容量通用化数据采集处理装置的原理方框图； 图2为采样模块的原理方框图； 图3为存储模块的原理方框图4为存储器数据写入方法中数据写入步骤与数据编程固化步骤的时空 关系图5为存储器数据写入系统的原理方框图；
具体实施例方式
高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法，所述高速大容量通用化 数据采集处理装置包括主控模块、以及若干经由高速总线与主控模块连接的采集模块和存储模块(如图l所示)；每一采集模块包含模拟信号输入接口、 与模拟信号输入接口相连并由多路高速电子开关实现选通的若干路信号调理 滤波电路、与多路高速电子开关输出端相连的采样保持电路、与采样保持电 路输出端相连的模数转换器、以及与模数转换器输出端相连并对模数转换器 输出信号进行数据编帧的中心控制器，中心控制器经高速总线接口与高速总 线相连，多路高速电子开关的控制端与中心控制器相连(如图2所示)；每一 存储模块包含与高速总线连接的控制单元、以及至少一组受控制单元控制的 存储器；每组存储器包含若干片存储器(如图3所示)；所述控制方法包括存 储器数据写入方法；存储器数据写入方法包含
数据接收步骤，在主控模块调控下，存储模块控制单元接收由采集模块 经高速总线传输来的数据；
数据分页步骤，将数据接收步骤接收到的数据划分为若干页等数据量的 数据，且各页数据的数据量为存储器内单位存储单元数据容量的整数倍；
数据写入步骤，将数据分页步骤划分得到的各页数据依次顺序写入存储 器组的各片存储器中；如存储器组中的存储器片数小于数据页数，则排在写 入存储器组末位存储器的数据页后的各页数据由存储器组的首位存储器开始 依次顺序写入存储器组的各片存储器中，直至数据分页步骤划分得到的各页 数据全部写入存储器组的各片存储器中；
数据编程固化步骤，控制每片存储器在写入数据后进行编程固化；
其中，每组存储器中采用存储器的片数要求满足每片存储器对写入数 据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和。 即存储器组中各存储器依次顺序写入数据后，存储器组的首位存储器已完成对写入数据的编程固化，可以开始写入下一数据页。如图4所示，存储器组 中各存储器依次顺序完成数据写入的时刻为t2，存储器组的首位存储器完成 对写入数据的编程固化时刻为tl，由图中可以看出，时刻t2在时刻tl之后， 因此在t2时刻，存储器组的首位存储器可以开始下一数据页的写入了。
高速大容量通用化数据采集处理装置控制系统，所述高速大容量通用化 数据采集处理装置包括主控模块、以及若干经由高速总线与主控模块连接的 采集模块和存储模块；每一采集模块包含模拟信号输入接口、与模拟信号输 入接口相连并由多路高速电子开关实现选通的若干路信号调理滤波电路、与 多路高速电子开关输出端相连的采样保持电路、与采样保持电路输出端相连 的模数转换器、以及与模数转换器输出端相连并对模数转换器输出信号进行 数据编帧的中心控制器，中心控制器经高速总线接口与高速总线相连，多路 高速电子开关的控制端与中心控制器相连；每一存储模块包含与高速总线连 接的控制单元、以及至少一组受控制单元控制的存储器；每组存储器包含若 干片存储器；所述控制系统包括存储器数据写入系统；存储器数据写入系统 包含(如图5所示)
数据接收模块，在主控模块调控下，存储模块控制单元接收由采集模块 经高速总线传输来的数据；
数据分页模块，将数据接收模块接收到的数据划分为若干页等数据量的 数据，且各页数据的数据量为存储器内单位存储单元数据容量的整数倍；
数据写入模块，将数据分页模块划分得到的各页数据依次顺序写入存储 器组的各片存储器中；如存储器组中的存储器片数小于数据页数，则排在写 入存储器组末位存储器的数据页后的各页数据由存储器组的首位存储器开始依次顺序写入存储器组的各片存储器中，直至数据分页模块划分得到的各页 数据全部写入存储器组的各片存储器中；
数据编程固化模块，控制每片存储器在写入数据后进行编程固化；
其中，每组存储器中采用存储器的片数要求满足每片存储器对写入数 据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和。
另外，所述高速大容量通用化数据采集处理装置中的采集模块配置有用 于存储帧结构的E2PROM存储器、以及用于实现帧结构数据下载的接口电路， E2PROM存储器及接口电路与中心控制器相连。
具体实施时，采集模块中的中心控制器采用可编程门阵列FPGA实现， 控制多路高速电子开关的选通、模数转换器的转换时序、数据的缓存、并与 总线通讯、调整采集模块的通道采样率及通道个数。具体如何实现为本领域 的普通技术人员所熟知。且采集模块中的信号调理滤波电路、多路高速电子 开关、采样保持电路采用厚膜集成，可以有效縮短了模拟电路的信号传输距 离，提高了采集精度，加快了信号切换速度；所述存储模块选用Samsung公 司生产的K9K8G08U0M存储器构建存储器组，各存储器的数据容量达1GB， 16片存储器为一组，如图3所示。
权利要求
1、一种高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法，所述高速大容量通用化数据采集处理装置包括主控模块、以及若干经由高速总线与主控模块连接的采集模块和存储模块；每一采集模块包含模拟信号输入接口、与模拟信号输入接口相连并由多路高速电子开关实现选通的若干路信号调理滤波电路、与多路高速电子开关输出端相连的采样保持电路、与采样保持电路输出端相连的模数转换器、以及与模数转换器输出端相连并对模数转换器输出信号进行数据编帧的中心控制器，中心控制器经高速总线接口与高速总线相连，多路高速电子开关的控制端与中心控制器相连；每一存储模块包含与高速总线连接的控制单元、以及至少一组受控制单元控制的存储器；每组存储器包含若干片存储器；所述控制方法包括存储器数据写入方法；其特征在于存储器数据写入方法包含数据接收步骤，在主控模块调控下，存储模块控制单元接收由采集模块经高速总线传输来的数据；数据分页步骤，将数据接收步骤接收到的数据划分为若干页等数据量的数据，且各页数据的数据量为存储器内单位存储单元数据容量的整数倍；数据写入步骤，将数据分页步骤划分得到的各页数据依次顺序写入存储器组的各片存储器中；如存储器组中的存储器片数小于数据页数，则排在写入存储器组末位存储器的数据页后的各页数据由存储器组的首位存储器开始依次顺序写入存储器组的各片存储器中，直至数据分页步骤划分得到的各页数据全部写入存储器组的各片存储器中；其中，每组存储器中采用存储器的片数要求满足每片存储器对写入数据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和。
2、 一种高速大容量通用化数据采集处理装置控制系统，所述高速大容量 通用化数据采集处理装置包括主控模块、以及若干经由高速总线与主控模块 连接的采集模块和存储模块；每一采集模块包含模拟信号输入接口、与模拟 信号输入接口相连并由多路高速电子开关实现选通的若干路信号调理滤波电 路、与多路高速电子开关输出端相连的采样保持电路、与采样保持电路输出 端相连的模数转换器、以及与模数转换器输出端相连并对模数转换器输出信 号进行数据编帧的中心控制器，中心控制器经高速总线接口与高速总线相连， 多路高速电子开关的控制端与中心控制器相连；每一存储模块包含与高速总 线连接的控制单元、以及至少一组受控制单元控制的存储器；每组存储器包 含若干片存储器；所述控制系统包括存储器数据写入系统；其特征在于存 储器数据写入系统包含-数据接收模块，在主控模块调控下，存储模块控制单元接收由采集模块 经高速总线传输来的数据；数据分页模块，将数据接收模块接收到的数据划分为若干页等数据量的 数据，且各页数据的数据量为存储器内单位存储单元数据容量的整数倍；数据写入模块，将数据分页模块划分得到的各页数据依次顺序写入存储 器组的各片存储器中；如存储器组中的存储器片数小于数据页数，则排在写 入存储器组末位存储器的数据页后的各页数据由存储器组的首位存储器开始 依次顺序写入存储器组的各片存储器中，直至数据分页模块划分得到的各页 数据全部写入存储器组的各片存储器中；数据编程固化模块，控制每片存储器在写入数据后进行编程固化；其中，每组存储器中采用存储器的片数要求满足每片存储器对写入数 据的编程固化时间小于等于存储器组中其余各片存储器数据写入时间总和。
3、 根据权利要求1所述的高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法， 其特征在于所述高速大容量通用化数据采集处理装置中的采集模块配置有 用于存储帧结构的E2PROM存储器、以及用于实现帧结构数据下载的接口电 路，E^ROM存储器及接口电路与中心控制器相连。
4、 根据权利要求2所述的高速大容量通用化数据采集处理装置控制系统， 其特征在于所述高速大容量通用化数据采集处理装置中的采集模块配置有 用于存储帧结构的E2PROM存储器、以及用于实现帧结构数据下载的接口电 路，ESpROM存储器及接口电路与中心控制器相连。
全文摘要
本发明涉及高过载条件下的多通道高速高精度数据采集存储领域，具体是一种高速大容量通用化数据采集处理装置控制方法及系统。解决了现有高速大容量数据采集处理装置存在的通用性差、存储速率低、无法保证完整准确连续记录数据等问题，所述控制方法包括存储器数据写入方法；存储器数据写入方法包含数据接收步骤；数据分页步骤；数据写入步骤；数据编程固化步骤。所述控制系统包括存储器数据写入系统；存储器数据写入系统包含数据接收模块；数据分页模块；数据写入模块；数据编程固化模块。本发明方法简单明了，系统结构合理，实现了高速大容量数据采集处理装置通用化使用的目的，并能以高数据存储速率、完整、准确、连续地记录数据。
文档编号G05B19/048GK101667024SQ20091007551
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月19日 优先权日2009年9月19日
发明者君 于, 仝小刚, 任勇峰, 燕 张, 张文栋, 丰 文, 李辉景, 杨杏敏, 焦新泉, 熊继军, 王永水, 马喜宏 申请人:中北大学