記錄儀在信號場(chǎng)景仿真中的應用

摘要： 分析歸納了信號處理系統信號模型和記錄儀記錄重演系統實(shí)現的信號場(chǎng)景仿真系統。給出該系統的通用信號編碼、信號復合分解方法和電路實(shí)現。

關(guān)鍵詞： 記錄儀；記錄重演；數據復合；數據分解；信號編碼

引言

數據記錄儀是高速數據接口、大容量存儲的集合體，主要用于信號處理數據記錄和回放。記錄儀具有完整的數據記錄、數據回放和數據定位功能。它能將轉瞬即逝的信號場(chǎng)景保存下來(lái)，進(jìn)行反復再現。為精細反復的信號分析、信號處理算法實(shí)驗和設備調試提供方便。用戶(hù)如果要將完整記錄和再現信號場(chǎng)景的話(huà)，需要通過(guò)自己的接口電路實(shí)現，這就是記錄重演電路。用記錄儀和記錄重演電路，可以方便地實(shí)現性能優(yōu)越的半實(shí)物仿真系統，具有重要的應用價(jià)值。

記錄儀

圖1 是記錄儀原理框圖。記錄數據通過(guò)并行數據接口進(jìn)入內存，由CPU通過(guò)SCSI或高速網(wǎng)絡(luò )接口寫(xiě)入磁盤(pán)或磁盤(pán)陣列。記錄儀記錄接口包括：記錄數據、使能和記錄時(shí)鐘。記錄儀重演接口包括：數據提取時(shí)鐘、輸出數據時(shí)鐘、重演數據、重演數據有效信號。

圖1 記錄儀框圖

記錄儀以一定數量記錄數據作為一個(gè)記錄單位，記錄單元有編號和附加時(shí)間信息作為數據檢索依據。用戶(hù)還可以添加事件標志。事件標志含記錄單元編號和時(shí)間信息。

記錄數據回放是以順序數據流方式進(jìn)行的。不能對控制記錄儀對記錄數據進(jìn)行隨機選擇回放?？梢杂腥N方式對記錄數據回放速率進(jìn)行控制，以記錄時(shí)的時(shí)鐘頻率回放、以用戶(hù)指定的頻率進(jìn)行回放和以用戶(hù)提供的數據提取時(shí)鐘進(jìn)行數據回放。

記錄時(shí)的時(shí)鐘頻率是記錄儀在記錄開(kāi)始時(shí)測量的記錄速率。并不反映記錄過(guò)程的記錄時(shí)鐘頻率變化。因此，三種方式其實(shí)只是兩種。以上是我們進(jìn)行記錄重演系統設計的出發(fā)點(diǎn)和主要依據。

記錄儀半實(shí)物仿真系統

圖2 是一般信號處理系統外部接口。同步連續數據包括指各種形式的A/D數據和對應數據時(shí)鐘，例如LVDS或RS422 電平的多路A/D數據；時(shí)序信號是外部控制信號；有些信號處理數據是通過(guò)FIFO輸入的，也有信號處理是通過(guò)FIFO輸出處理結果。網(wǎng)絡(luò )接收和發(fā)送數據也很常見(jiàn)。由于網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)延具有不確定性，因此網(wǎng)絡(luò )接口更多用來(lái)傳輸處理結果數據，它們共同特點(diǎn)是數據存在有限時(shí)間，并且隨機出現。

圖2 信號處理系統外部接口模型

通過(guò)記錄儀實(shí)現的半實(shí)物仿真系統如圖3所示，以記錄重演方式完成圖2虛框部分功能。

即將信號處理系統外部信號輸入和處理結果輸出到記錄儀；將記錄儀重演數據還原為原來(lái)的信號形式。記錄重演最主要的要求是要保證信號處理系統狀態(tài)再現。

記錄重演系統設計

記錄中各種信號表示和數據復合方法

各種信號必須經(jīng)過(guò)編碼和數據復合，才能滿(mǎn)足記錄儀記錄數據流要求。在圖3中存在兩種類(lèi)型數據，連續數據序列和間斷型數據序列。其中同步數據是連續的，異步數據和網(wǎng)絡(luò )數據是間斷型數據。連續數據序列是數據在時(shí)間上有規律，間斷數據則是數據在時(shí)間上無(wú)規律。多個(gè)連續數據序列可能具有不同的時(shí)間規律，但它們可以被統一表示。

圖3 記錄重演系統

連續數據序列可以表示為某種時(shí)間規律的數據。間斷數據序列則必須把數據和數據存在與否都表示出來(lái)。時(shí)序信號既可以看成是0和1的連續數據流，也可以看成是對應某些事件的有效控制數據集合。后者可以作為間斷數據處理。

記錄中各種信號表示是記錄重演的數據復合、分解工作的出發(fā)點(diǎn)，也常被作為工作的一部分內容。把圖3的各種信號數據表示成相同速率的連續和間斷數據序列對于后續的數據復合來(lái)說(shuō)最為方便和自然。如果所有數據序列速率是相同的，那么復合數據塊結構比較簡(jiǎn)單。以多個(gè)記錄字表示所有待記錄數據和該數據塊定界數據。表1 給出一個(gè)同速率數據序列復合例子。它由是4個(gè)通道A/D值、時(shí)序編碼和數據塊定界數據組成。

其中第16位100起作用，S1、S2、S3是若干個(gè)時(shí)序的編碼。實(shí)際上，數據塊定界數據可以是用1位0、1交替變化的數或其它規律變化的數。這樣編碼效率更高。

對于速率相差整倍數的若干數據序列可以以表2 方式復合，同樣需要數據塊定界數據。

在表2中序列2速率是序列1速率的m倍，序列3速率是序列1速率的n倍。序列2速率和序列3速率關(guān)系就是任意兩種速率關(guān)系。比較令人驚訝的是，當去掉序列1以后，就是有多個(gè)具有不同的速率的數據流復合的一般情況。復合數據塊速率為序列2、序列3速率的最大公約數。

數據記錄重演電路設計

數據復合和分解是記錄重演電路的核心，它可以用狀態(tài)機實(shí)現,詳見(jiàn)[1]。數據記錄電路復合電路是記錄電路核心，它的狀態(tài)圖如圖4所示，其中w1-wn為數據塊各個(gè)數據字。

圖4 復合電路狀態(tài)圖

重演電路如圖5所示。

圖5 表2格式重演電路（無(wú)序列1）
　　
結語(yǔ)

本文對信號處理系統外部信號環(huán)境進(jìn)行了分析，給出記錄重演信號場(chǎng)景仿真的電路組成。詳細研究了記錄重演系統設計核心的信號編碼和復合問(wèn)題，給出了通用的高效率編碼和復合解決方案。本文給出了完整的記錄儀記錄重演系統信號處理系統場(chǎng)景仿真的解決方案和具體設計方法。
本文寫(xiě)作得到孫繼云研究員的幫助和鼓勵，在此表示感謝。
　　
參考文獻：
1.  吳關(guān)，記錄儀數據記錄重演系統實(shí)現研究，電子工程學(xué)院學(xué)報，2006年no3
2.  沈保鎖、侯春萍，現代通信原理，國防工業(yè)出版社，2002 .3