一种基于海量数据的波形再现技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子数字信号处理领域，特别适用于水声信号测量。
【背景技术】
[0002]在科研生产和试验过程中，某些设备需要获取一些试验过程数据，但这些数据是在特定的条件下产生的，包含了一定的环境特性，与单纯的实验室中标准仪器产生的模拟信号不同，如，某水声测量系统记录下来的水声信号中含有水面混响、多途反射以及其他设备的干扰信号，某水下航行体在航行中遇到船体使磁场发生变化后的电磁信号。这些包含了环境特性的试验数据，可以为新设备提供更逼近真实环境的输入信号，能有效的缩短新设备的研制周期，并大大降低开发成本。
[0003]当前的设备例如可编程信号源可以记录数据并将文件转化成模拟信号输出，但是数据容量十分有限；示波器虽然能够存储并以视频方式回放文件但是没有D/A输出；普通的播放器能从硬盘中读数播放，但是播放速率较低，只能转化成视频信号或是窄带音频信号，而且文件是压缩格式，无法读取标准的二进制文件。
[0004]如何将能够反映环境变化特性的逼真数据利用起来，并将此数据转化为标准输入，为新设备提供带有环境特性的高逼真模拟信号，具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明解决上述现有技术的问题，能实现为新设备提供带有环境特性的高逼真模拟信号，达到海量数据的变速以及高采样率波形再现。
[0006]本发明是这样实现的:基于海量数据的波形再现技术包括硬盘、PCI总线控制模块、DMA控制模块、CLK时钟产生器、增益控制模块、D/A转换控制模块，其特征在于:所述集成控制电路由PCI总线控制模块、DMA控制模块、CLK时钟产生器、增益控制模块、D/A转换控制模块构成。
[0007]所述PCI总线控制模块实现PCI总线通信协议控制。
[0008]所述DMA控制模块从PCI总线上将硬盘数据直接写入双口 RAM的直接存储器访问(DMA)模式。
[0009]所述硬盘为可自由扩展存储量的硬盘，
所述硬盘上的海量数据通过“乒、乓”缓冲的形式导入到电路板双口 RAM中，使再现波形数据保持连续性。
[0010]所述CLK时钟产生器产生可编程采样率时钟控制并通过芯片的控制码实现变采样率波形输出。
[0011]所述D/A控制模块为高精度D/A转换模块，其可根据输出时钟频率将双口 RAM数据以一定频率输入到D/A数据总线上并可控制D/A的启动和停止。
[0012]所述增益控制模块控制D/A输出信号的强度。
[0013]本发明特点之一是能够实现海量数据的波形再现，数据长度仅受磁盘空间大小的限制，磁盘是可以扩展的；二是可以变速再现模拟信号，即能以快于、等于或慢于数据记录速度的节奏恢复原始信号，再现信号速率的上限是磁盘的最大吞吐率；三是实现海量数据的高采样率波形再现，采样率可达上兆赫兹，波形再现的速率仅受磁盘访问速度限制。当前的设备例如可编程信号源可以记录数据并将文件转化成模拟信号输出，但是数据容量十分有限；示波器虽然能够存储并以视频方式回放文件但是没有D/A输出；普通的播放器能从硬盘中读数播放，但是播放速率较低，只能转化成视频信号或是窄带音频信号，而且文件是压缩格式，无法读取标准的二进制文件。
[0014]该项发明技术实现对那些基于不可再现的环境试验的工程研制带来极大的便利，例如某些设备的应用环境很特殊，具有不可再现性，或是需要付出高额成本才能实现。用户只需搭建一次试验平台，获得真实环境样本后，使用该设备即可实现环境的逼真再现，为工程项目的研制大大节约成本和缩短周期，提高设备质量。
[0015]应用本发明，构成简单，为设备研制提供了环境的真实再现。(1)、海量数据传输采用直接存储器访问(DMA)模式:DMA控制模块从PCI总线上将数据直接写入双口 RAM，DMA模式使得数据传送同时处理器可以执行常规处理任务，数据传输效率非常高，数据回放的速率仅受到读硬盘速度的限制；
(2)、硬盘为可以灵活扩展存储量的硬盘，数据长度仅受硬盘空间大小的限制，硬盘上的海量数据通过“乒、乓”缓冲的形式导入到电路板双口 RAM中；
(3)、CLK时钟产生器中，通过设置9850芯片的控制码来实现变采样率波形输出；
(4)、D/A转换模块根据输出时钟频率将双口RAM数据以一定速率输出到D/A数据总线上，并能够灵活控制D/A的启动和停止；
(5)、高精度32位D/A转换模块输出模拟信号，模拟信号经过滤波放大电路和差分驱动后输出+1V?-1OV电信号。
[0016]本发明采用此设备可将试验过程中获取的数据转化成设备的输入信号，提供带有环境特性的高逼真模拟信号，达到海量数据的变速以及高采样率波形再现，实现了在实验室调试设备就能达到在试验现场达到的效果。
【附图说明】
[0017]图1为一种基于海量数据的波形再现技术的电路结构图；
图2为一种基于海量数据的波形再现技术的“乒、乓”缓冲握手协议示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，集成控制电路包含多个控制模块。PCI总线控制模块实现PCI总线通信协议控制；DMA控制模块从PCI总线上将数据直接写入双口 RAM，数据传送同时处理器可以执行常规处理任务，数据传输效率非常高，数据回放的速率仅受到磁盘访问速度的限制；时钟和采样率控制模块产生系统时钟并实现可编程采样率时钟控制；D/A控制模块将双口RAM数据以一定频率输入到D/A数据总线上并可控制D/A的启动和停止；增益控制模块控制D/A输出信号的强度。
[0019]本发明电路包含多个控制模块，包含PCI总线控制模块、DMA控制模块、CLK时钟产生器、增益控制模块、D/A转换控制模块、D/A控制模块。以下为本发明采取的技术方式: (1)、海量数据传输采用直接存储器访问(DMA)模式:DMA控制模块从PCI总线上将数据直接写入双口 RAM，DMA模式使得数据传送同时处理器可以执行常规处理任务，数据传输效率非常高，数据回放的速率仅受到读硬盘速度的限制；
(2)、硬盘为可以灵活扩展存储量的硬盘，数据长度仅受硬盘空间大小的限制，硬盘上的海量数据通过“乒、乓”缓冲的形式导入到电路板双口 RAM中；
(3)、在CLK时钟产生器中，通过设置9850芯片的控制码来实现变采样率波形输出；
(4)、D/A转换模块根据输出时钟频率将双口RAM数据以一定速率输出到D/A数据总线上，并能够灵活控制D/A的启动和停止；
(5)、高精度32位D/A转换模块输出模拟信号，模拟信号经过滤波放大电路和差分驱动后输出+1V?-1OV电信号。
[0020]根据实施例对本发明作进一步的说明:
a.为了使再现波形数据保持连续性，DMA数据传输应用“乒、乓”模式进行握手，时序如图2 ；
b.硬盘采用顺序读数，双口RAM缓冲区等分成两个buf，如bufl和buf2 ；
c.握手标志位有:fl:控制器准备写Bufl/2;f2:双口 RAM等待写Bufl/2 ;f3:控制器可写Bufl/2 ；
d.若fl与f2同时为1，则f3等于I。若fl与f2同时为2，则f3等于2。即同一缓冲区同时满足控制器准备写入和双口 RAM等待写入，说明控制器可以实施写入操作；
e.若f3为1，写双口RAM缓冲bufl，fl赋值为2，f3归O。若f3为2，写双口 RAM缓冲buf2，fl赋值为1，f3归O。写入操作完成后，控制器准备写标志翻转，可写标志清空；
f.f2由从双口 RAM缓冲区取数指针位置来驱动，初始化为1，指针小于buf2的起始地址，该标志为2，否则为I。即双口 RAM缓冲区正在取bufl时，等待写入buf2，正在取buf2时，等待写入bufl ；
g.双口RAM取数指针移动速率由D/A输出时钟控制；
h.波形再现采样频率与记录采样频率的比值就是波形再现的速率，给9850数字频率合成器设置控制码来调整再现采样率，控制码与再现速率的关系是:控制码=一秒钟波形点数*速率*2~32/75M。
[0021]采用此发明设备可将试验过程中获取的数据转化成设备的输入信号，提供带有环境特性的高逼真模拟信号，达到海量数据的变速以及高采样率波形再现，实现了在实验室调试设备就能达到在试验现场达到的效果。
【主权项】
1.一种基于海量数据的波形再现技术，包括硬盘、PCI总线控制模块、DMA控制模块、CLK时钟产生器、增益控制模块、D/A转换控制模块，其特征在于:所述集成控制电路由PCI总线控制模块、DMA控制模块、CLK时钟产生器、增益控制模块、D/A转换控制模块构成。
2.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述PCI总线控制模块实现PCI总线通信协议控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述DMA控制模块从PCI总线上将硬盘数据直接写入双口 RAM的直接存储器访问(DMA)模式。
4.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述硬盘为可自由扩展存储量的硬盘。
5.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述硬盘上的海量数据通过“乒、乓”缓冲的形式导入到电路板双口 RAM中，使再现波形数据保持连续性。
6.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述CLK时钟产生器产生可编程采样率时钟控制并通过芯片的控制码实现变采样率波形输出。
7.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述D/A控制模块为高精度D/A转换模块，其可根据输出时钟频率将双口 RAM数据以一定频率输入到D/A数据总线上并可控制D/A的启动和停止。
8.根据权利要求1所述的一种基于海量数据的波形再现技术，其特征在于:所述增益控制模块控制D/A输出信号的强度。
【专利摘要】本发明涉及一种基于海量数据的波形再现技术，DMA控制模块从PCI总线上将可自由扩展存储量硬盘上的海量数据通过“乒、乓”缓冲的形式导入到电路板双口RAM，数据传送同时处理器可以执行常规处理任务，CLK时钟产生器产生可编程采样率时钟控制实现变采样率波形输出，D/A控制模块根据输出时钟频率将双口RAM数据以一定频率输入到D/A数据总线上并可控制D/A的启动和停止，增益控制模块控制D/A输出信号的强度，实现提供带有环境特性的高逼真模拟信号，达到海量数据的变速以及高采样率波形再现。
【IPC分类】G06F13-28
【公开号】CN104572527
【申请号】CN201410828702
【发明人】张玲, 刘曲, 姜立志, 朱强, 陈建青
【申请人】中国船舶重工集团公司七五○试验场
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月29日