专利名称：无损数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别涉及一种无损数据采集系统。
背景技术：
当前，随着技术的发展与进步，对信息的需求量和处理速度要求呈爆炸式增长。在很多领域中，大批量信息数据的采集、传输及处理都具有重要的作用。基于PC对采集数据进行处理和存储是通用易行的模式。传统数据采集系统与PC的接口包括串口、并口、PCI接口都由于速度或者便携性逐渐遭到弃用，而基于USB、以太网、蓝牙等传输协议的接口由于其高带宽、扩展性强和广泛通用的特点得到越来越广阔的应用。目前，数据采集系统的设计主要是针对特定领域，根据不同的数据源其带宽相对比较固定，经过对源数据处理以后，可以提取信息进一步减小带宽，然后再传输到PC端或其他处理平台上。传统的设计方案通常带宽较低、使用不灵活，往往难以通用。未来数据采集领域要求简化前端的数据处理，将数据集中进行统一处理。这也就要求数据采集系统拥有更高的带宽，更强的可靠性，更好的通用性。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种支持多种传输协议、高速、高带宽、实时/非实时可控、无损的数据采集系统。根据本发明的一个方面，提供一种无损数据采集系统数据缓存模块、数据处理模块及支持多传输协议的传输控制器；数据处理模块，将来自数模转换模块的高速信号进行数据格式处理，提取所述数据缓存模块缓存的数据并进行传输协议匹配，并在匹配后将所述数据发送至所述传输控制器；数据缓存模块，将经所述数据处理模块进行数据格式处理的数据进行数据缓存；所述传输控制器，接收所述数据并传输所述数据。根据本发明提供的无损数据采集系统可实现支持多种传输协议、高速、高带宽、实时/非实时可控、无损的数据采集。
图1是本发明实施例提供的无损数据采集系统的结构框图；图2是图1所示数据处理模块的结构框图；图3是本发明实施例用于GNSS卫星数据采集原理示意图；图4是图3中FPGA设计及相关接口结构图。本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例提供的一种无损数据采集系统包括数据缓存模块、数据处理模块、支持多传输协议的传输控制器及非易失存储模块。其中，数据处理模块将来自数模转换模块(可设置在射频前端中)的高速信号进行数据格式处理，提取缓存模块缓存的数据并进行传输协议匹配，并在匹配后将所述数据发送至所述传输控制器。数据处理模块可通过FPGA、ARM或DSP来实现。数据缓存模块将经所述数据处理模块进行数据格式处理的数据进行高速大容量的数据缓存。数据缓存模块个数至少是2个。数据缓存模块可包括SRAM、FIFO、DDR或SDRAM等。传输控制器接收所述数据，进行所述数据的传输。非易失存储模块，在数据传输拥塞时，通过所述数据处理模块将所述数据缓存模块缓存的要传输的数据进行存储。如图2所示，数据处理模块包括检测单元及控制单元。检测单元用于检测数据传输是否出现拥塞。控制单元用于当数据传输拥塞时，将所述缓存模块缓存的数据暂时存储到非易失存储模块中；当数据传输拥塞消除后，将所述非易失存储模块的数据传输到所述传输控制器，完成无损的数据传输。传输协议包括USB、IEEE802.3U、IEEE802. 11 和/或蓝牙等多协议。下面结合图1对采集系统的工作过程进行说明首先使用数据处理模块对数据源进行处理，使其能够统一数据格式，满足下一步数据缓存模块接口要求。接下来，采用高速大容量的缓存模块对采集数据进行缓存，这样可以应对不同数据源的特点，确保数据的无损采集。无论是需要高带宽的视频图像采集，还是突发性很高的网络数据采集都能得到保障。接下来采用数据处理模块将数据缓存模块中的数据提取并进行与USB、 IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙多协议传输接口的匹配，然后转发至支持USB、IEEE802. 3u, IEEE802. 11、蓝牙多协议的传输控制器。与此同时，PC端软件开启相应的接口对USB、 IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙多协议传输控制器上传数据进行快速处理和存储，确保整个传输过程的高速、实时。为了避免数据缓存模块溢出，本发明实施例还引入非易失存储模块，通过数据处理模块对接口进行匹配，可将数据缓存模块中的数据存储到非易失存储模块中。当实时传输系统某个节点出现拥塞，无法及时将数据从数据缓存模块中读出并传输到PC端时，可能会导致数据缓存模块溢出，无法实现无损传输。数据处理模块检测到此种状态以后，可将数据暂时存储到非易失存储模块中。当实时传输系统拥塞消除以后，再自动将数据读出并切换到正常模式，完成无损的数据传输。此外，针对特殊场景(无法使用PC进行实时的传输处理和存储的情况)，非易失存储模块可将数据缓存模块中的数据直接存储到非易失存储模块中，便于日后连接PC端软件进行非实时性的数据处理。下面结合图3和图4，对本发明中采用GNSS卫星数据采集系统作为实施例进行说明。图3描述了导航卫星数据采集原理示意图。GNSS信号首先经天线接收至射频前端，在射频芯片中经ADC将模拟中频信号转化为数字中频信号送入FPGA中，FPGA对数字信号进行实时处理并缓存到SRAM中，在采集系统与PC机连接的情况下将数据批量地发送到基于 8051的具备USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙多协议传输的控制器中，通过控制器将数据送至PC机，PC机对数据进行实时流盘，完成对GNSS信号的采集。当实时传输的过程中出现拥塞时，FPGA根据情况进入保护模式，将数据暂时存储到FLASH中，当拥塞消除以后再从 FLASH中读出数据，并恢复实时传输模式。此外，在一些实验模拟环境下，采集系统与PC机无法连接，可将SRAM中的数据暂时存储到FLASH中，然后在方便的时候连接PC机从FLASH 中读出数据，这样可以实现非实时传输。
图4描述了导航卫星数据采集中FPGA设计及相关接口结构。本实施例中FPGA 作为系统控制核心。FPGA分别完成与射频前端、基于8051的具备USB、IEEE802. 3u、 IEEE802. 11、蓝牙多协议传输的控制器、SRAM及NANDFLASH的接口，产生USB、IEEE802. 3u、 IEEE802. 11、蓝牙多协议传输接口和NAND FLASH所需的控制信号，完成对信号的采集、数据缓存/传输、读/写控制、NAND FLASH块状态信息管理及FLASH读写等功能。最终实现对射频前端数据的采集，将数据实时传出USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙多协议传输接口， 或者传输给FLASH芯片，再非实时的传出USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙等多协议传输接口。
在整个系统的实时传输方案中，FPGA首先需要将GNSS射频模块中接收到的数据流存储到外部的2块16X IMbit的SRAM里，经过SRAM进行缓冲以后，由FPGA通过接口适配以后，将数据实时传给基于8051的具备USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙多协议传输的控制器。之所以采用大块的SRAM作为缓冲，主要是因为USB及PC机软件在实时传输中， 难免由于处理不及时而产生丢数现象。为此，本实施例还采用了 IGByte的FLASH进行数据传输保护。当实时传输出现的拥塞时间过长，超过了 SRAM的保护范围时，FPGA切换到保护模式将SRAM中的数据存储到FLASH中，以避免SRAM数据溢出。当拥塞消失以后，FPGA将 FLASH中数据导出，并恢复正常的实时传输模式，从而保证实时数据无损传输。
而对于特殊场合下的非实时传输方案，FPGA同样需要将实时数据先进行缓冲。不过该方案需要的RAM不多，采用FPGA内部少量的RAM即可满足系统不丢数的要求。缓冲后的数据经过FPGA内部的FLASH控制模块发送到FLASH中进行存储。当条件允许时，再将采集系统连接到PC机，通过FPGA中的FLASH控制模块将数据从FLASH中读取出来，然后写入 FPGA内部FIFO中，再通过USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙等多协议传输接口模块将数据发送出去。
本发明实施例提出的无损数据采集系统的优点高速高带宽，可满足实时和非实时的无损数据传输，引入了自动保护机制，采用USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11、蓝牙等多协议传输接口，具有很强的通用性。本发明可灵活应用于各种场合，可用于一般场合下的实时数据采集，也可用于特殊场合下(特别是高温高压，无人作业的情况下可暂时将数据采集到非易失存储芯片中)。此外，本发明还具有体积小、操作方便、高速高带宽、传输无损等优点ο
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。权利要求
1.一种无损数据采集系统，其特征在于，包括数据缓存模块、数据处理模块及支持多传输协议的传输控制器； 数据处理模块，将来自数模转换模块的高速信号进行数据格式处理，提取所述数据缓存模块缓存的数据并进行传输协议匹配，并在匹配后将所述数据发送至所述传输控制器； 数据缓存模块，将经所述数据处理模块进行数据格式处理的数据进行数据缓存； 所述传输控制器，接收所述数据并传输所述数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括非易失存储模块，在数据传输拥塞时，通过所述数据处理模块将所述数据缓存模块缓存的要传输的数据进行存储。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块包括 检测单元，检测数据传输是否出现拥塞；控制单元，当数据传输拥塞时，将所述缓存模块缓存的数据暂时存储到非易失存储模块中；当数据传输拥塞消除后，将所述非易失存储模块的数据传输到所述传输控制器，完成无损的数据传输。
4.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于所述传输协议包括USB、IEEE802. 3u、IEEE802. 11和/或蓝牙协议。
5.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于 所述数据处理模块可通过FPGA、CPLD, ARM或DSP来实现。
6.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于 所述数据缓存模块个数至少是2个。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述数据缓存模块包括SRAM、FIFO、DDR或SDRAM。
全文摘要
公开了一种无损数据采集系统包括数据缓存模块、数据处理模块及支持多传输协议的传输控制器；数据处理模块，将来自数模转换模块的高速信号进行数据格式处理，提取缓存模块缓存的数据并进行传输协议匹配，并在匹配后将所述数据发送至所述传输控制器；数据缓存模块，将经所述数据处理模块进行数据格式处理的数据进行高速大容量的数据缓存模块；所述传输控制器，接收所述数据，进行所述数据的传输。通过该无损数据采集系统可实现支持多种传输协议、高速、高带宽、实时/非实时可控、无损的数据采集。
文档编号H04L29/06GK102546560SQ20101061204
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者张慧敏, 李继秀, 李金海, 汪峰, 阎跃鹏 申请人:中国科学院微电子研究所