專利名稱：一種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)壓縮存儲技術(shù)，具體為ー種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法。該壓縮存儲方法主要適用于對復雜的數(shù)字類信息的采集分析，尤其是在對小概率事件的排查，主要應(yīng)用于具有高可靠性要求的安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子系統(tǒng)的復雜化，系統(tǒng) 間的通信是必不可少的，尤其是數(shù)字類總線的大量使用。在調(diào)試階段可能會出現(xiàn)ー些小概率故障，而這些故障將給設(shè)計人員和使用人員帶來極大的麻煩。為使小概率故障可以很快的被定位出來，從而使問題得到有效的解決，需要有ー種方便可靠的記錄手段，用于分析故障時刻的有關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作情況。傳統(tǒng)的故障排查方法是先通過現(xiàn)象逐個排除，在整個過程中需要大量的實驗來定位，但在系統(tǒng)龐大或故障現(xiàn)象不明朗的情況下，其故障排查過程將是ー個很耗費時間和精力的工作，遠不能滿足實際工作效率的要求。傳統(tǒng)的高速采集壓縮存儲系統(tǒng)由于采樣速率高，提高了單位時間內(nèi)的采樣點數(shù)，但同時帶來的問題也很多，如需要處理的數(shù)據(jù)量巨大，傳輸數(shù)據(jù)的帶寬寬，存儲占用空間大和采用有損壓縮來提高數(shù)據(jù)壓縮比等。面對這些問題，只能要求系統(tǒng)達到一種適度的平衡，因此也限制了采樣速率的再度提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，該方法針對數(shù)字類總線信號采集過程，g在解決數(shù)字類總線系統(tǒng)的通信記錄過程中，仍能提供足夠的信息量，以恢復一段時間過程中各總線的數(shù)據(jù)信息(時序圖方式)，具有壓縮比大，存儲量高，實時壓縮速度快，解壓縮簡單等特點。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)解決方案是設(shè)計ー種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，該實時采集壓縮存儲方法采用下述電路來實現(xiàn)依次電連接的信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存邏輯、存儲器控制器和外部存儲器；其特征在于在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)緩存邏輯之間電連接有實時壓縮邏輯，所述實時壓縮邏輯分別與秒脈沖接收器和控制信號電連接，且實時壓縮邏輯與數(shù)據(jù)緩存邏輯和存儲器控制器全部通過門陣列邏輯實現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法針對數(shù)字類總線信號采集過程，針對性強，壓縮比大，便于存儲和傳輸，也節(jié)省了大量的存儲空間，克服了現(xiàn)有技術(shù)存儲容量不足和采集時間段有限的問題，并具有無損性和實時性好，解壓縮簡單，工作可靠，適用性強等特點。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法一種實施例的整體電氣原理框圖。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法一種實施例的實時壓縮部分可編程器件控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明進一歩詳細說明。本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法(簡稱方法，參見圖1、2)，該實時采集壓縮存儲方法采用下述電路來實現(xiàn)依次電連接的信號調(diào)理電路I、摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器2、數(shù)據(jù)緩存邏輯6、存儲器控制器7和外部存儲器8 ;其特征在于在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2與數(shù)據(jù)緩存邏輯6之間電連接有實時壓縮邏輯5，所述實時壓縮邏輯5分別與秒脈沖接收器3和控制信號4電連接，且實時壓縮邏輯5與數(shù)據(jù)緩存邏輯6和存儲器控制器7全部通過門陣列邏輯實現(xiàn)。本發(fā)明方法所述的信號調(diào)理電路I、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2、秒脈沖接收器3、控制信號4 和外部存儲器8本身都為現(xiàn)有成熟電路，為整個采集壓縮存儲過程提供保障；所述的數(shù)據(jù)緩存邏輯6和存儲器控制器7與其它采集系統(tǒng)原理相類似，本身也屬于現(xiàn)有設(shè)計；所述實時壓縮邏輯5為本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計。所述實時壓縮邏輯5、數(shù)據(jù)緩存邏輯6和存儲器控制器7全部通過門陣列邏輯實現(xiàn)。本發(fā)明實時采集壓縮存儲方法是ー種針對性強，壓縮比高的數(shù)據(jù)處理方法。所述的外部信號必須為數(shù)字信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路I輸出的信號為比較穩(wěn)定的數(shù)字信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換的數(shù)值也比較穩(wěn)定的(當沒有數(shù)據(jù)變化的時候，采樣數(shù)值跳變不會大于I個7位精度的位值)。由于是對數(shù)字信號進行采集，只關(guān)心電平邏輯的高低，對信號電平值的精度并沒有很高要求，7位的采樣精度128個電平值完全可以滿足對數(shù)字信號的分析要求。本發(fā)明方法所述的信號調(diào)理電路I適應(yīng)外部輸入信號的電壓范圍比較寬，為-15V-+15V，可以通過的信號頻率范圍為O-lOMHz。經(jīng)過信號調(diào)理電路I后的輸出信號為下ー級模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2可識別的信號，保證了系統(tǒng)的輸入范圍。本發(fā)明方法所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2為40MHz采樣速率，滿足8位有效精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換要求，提供了便于壓縮的有效數(shù)據(jù)，以供給后級的實時壓縮邏輯5處理。本發(fā)明方法所述的秒脈沖接收器3用于解出同步秒脈沖。實施例的秒脈沖接收器3為通用電路設(shè)計，將接收到的實時時鐘以秒脈沖的方式送到實時壓縮邏輯5，作為壓縮處理的同步保證。本發(fā)明方法所述的控制信號4來于外部設(shè)備，可以分別控制整個采集系統(tǒng)每個采集通道的開始與結(jié)束，使整個系統(tǒng)變的靈活方便。本發(fā)明方法所述的實時壓縮邏輯5是整個系統(tǒng)中核心設(shè)計，也是保證整個實時采集壓縮存儲過程得以實現(xiàn)的根本。由于采集的信號為數(shù)字類信號，具有比較穩(wěn)定的數(shù)值，因此采用以下的壓縮邏輯方法較為理想，主要分為3種字節(jié)格式數(shù)據(jù)字節(jié)、數(shù)量字節(jié)和秒時標字節(jié)。數(shù)據(jù)字節(jié)格式最高位為1，低7位為數(shù)據(jù)，該字節(jié)取值為128 256，共128個數(shù)字，保留模/數(shù)采集的7位精度；數(shù)量字節(jié)格式最高位為0，次高位為I，后6位為數(shù)量，可以用多個字節(jié)組合表示其數(shù)量；秒時標字節(jié)格式用三個字節(jié)表示，第一字節(jié)為0x00標識，第二字節(jié)為秒計數(shù)低8位，第三字節(jié)為秒計數(shù)高8位。所述實時壓縮邏輯5的整個工作過程詳細說明如下(參見圖2):首先，判斷控制信號4是否發(fā)出開始采集命令，如果沒有收到命令，則繼續(xù)等待控制信號4的命令，如果收到命令，就開始采集壓縮存儲過程啟動轉(zhuǎn)換并記錄數(shù)據(jù)，然后判斷控制信號4是否命令結(jié)束采集壓縮過程，如果有效，則結(jié)束當前記錄，如果沒有結(jié)束命令，再判斷秒脈沖接收器3是否有效，若有效，就插入3個字節(jié)秒數(shù)(從O開始計數(shù))，否則將前值與后面采集的數(shù)據(jù)比較，如果兩個數(shù)值相差不大于I個碼字，就認為是同一數(shù)據(jù)，作加I計數(shù)，直到出現(xiàn)大于I個碼字的數(shù)據(jù)后，記錄下計數(shù)個數(shù)和這個新數(shù)據(jù)，并繼續(xù)跟后面的數(shù)據(jù)對比；然后反復執(zhí)行以上操作，進行壓縮處理。這種壓縮算法可以得到極大的壓縮比。試驗表明，本發(fā)明方法的壓縮比最大可以達到I :5000000。本發(fā)明方法所述的數(shù)據(jù)緩存邏輯6為壓縮后的數(shù)據(jù)可以順利存儲到外部存儲器8內(nèi)建立了ー個橋梁，避免數(shù)據(jù)的丟失。由于多路數(shù)據(jù)壓縮后的大小各不相同，需要一定的優(yōu)先級判斷和讀取等待，將數(shù)據(jù)緩存起來是必不可少的，因此數(shù)據(jù)緩存邏輯6也有著重要的
意義。 本發(fā)明方法所述的存儲器控制器7主要實現(xiàn)將數(shù)據(jù)緩存邏輯6中的數(shù)據(jù)取出并統(tǒng)ー調(diào)度存儲到外部存儲器8中。由于采集的不止一路信號，且采集的內(nèi)容也各不相同，經(jīng)過實時壓縮邏輯5處理后的數(shù)據(jù)量大小也會各有不同，因此需要連接存儲器控制器7，由其統(tǒng)一調(diào)度存儲這個環(huán)節(jié)，以保證數(shù)據(jù)緩存區(qū)不會溢出而丟失數(shù)據(jù)。本發(fā)明方法過程的外部存儲器8是整個系統(tǒng)的最后節(jié)點，它將多通道大量數(shù)據(jù)信號的信息存入其中，即記錄下來。一般的采集系統(tǒng)都會需要ー個較大的存儲空間，用以保證采集得到的大量數(shù)據(jù)得到存儲，但由于系統(tǒng)采集的信號為數(shù)字類信號，并且采用了壓縮比極高的壓縮算法，因此本發(fā)明對存儲器的容量要求并不是很高，很容易實現(xiàn)，有利于實際應(yīng)用推廣。本發(fā)明方法的整個流程與所述8個功能模塊的協(xié)調(diào)工作密不可分，具體流程為首先必須收到控制信號4的使能命令后，信號調(diào)理電路I才能將電平傳換后的信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2進行模/數(shù)傳換，同時插入來自秒脈沖接收器3接收到的秒脈沖進行實時壓縮邏輯5處理，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存邏輯6和存儲器控制器7控制數(shù)據(jù)存儲到外部存儲器8中，各功能模塊始終保持各自工作，直到收到控制信號4的結(jié)束命令后，整個系統(tǒng)才能結(jié)束整個壓縮存儲工作。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。考慮到傳統(tǒng)高速采集數(shù)據(jù)壓縮存儲系統(tǒng)的設(shè)計瓶頸，本發(fā)明只針對數(shù)字類信號的采集壓縮存儲進行了創(chuàng)新，提高了系統(tǒng)的壓縮比，使壓縮后的數(shù)據(jù)量減小，降低了對系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，節(jié)省了存儲空間。本發(fā)明系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速實時采集壓縮存儲方法只對復雜而龐大的數(shù)字類總線通信系統(tǒng)進行信息記錄和分析有著重要意義，但對數(shù)字類信號以外其它信號(如模擬量)的采集、壓縮和存儲沒有優(yōu)勢。以上實施例僅是對本發(fā)明方法實時采集壓縮存儲過程的具體應(yīng)用例子，并不限制本申請權(quán)利要求的保護范圍。凡是在本申請權(quán)利要求技術(shù)方案上進行的修改和非本質(zhì)改進的，均在本申請權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，該實時采集壓縮存儲方法采用下述電路來實現(xiàn)依次電連接的信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存邏輯、存儲器控制器和外部存儲器；其特征在于在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)緩存邏輯之間電連接有實時壓縮邏輯，所述實時壓縮邏輯分別與秒脈沖接收器和控制信號電連接，且實時壓縮邏輯與數(shù)據(jù)緩存邏輯和存儲器控制器全部通過門陣列邏輯實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，其特征在于所述實時壓縮邏輯分為3種字節(jié)格式數(shù)據(jù)字節(jié)、數(shù)量字節(jié)和秒時標字節(jié)；數(shù)據(jù)字節(jié)格式最高位為1，低7位為數(shù)據(jù)，該字節(jié)取值為128 256，共128個數(shù)字，保留摸/數(shù)采集的7位精度；數(shù)量字節(jié)格式最高位為O，次高位為1，后6位為數(shù)量，可以用多個字節(jié)組合表示其數(shù)量；秒時標字節(jié)格式用三個字節(jié)表示，第一字節(jié)為OxOO標識，第二字節(jié)為秒計數(shù)低8位，第三字節(jié)為秒計數(shù)高8位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，其特征在于所述的信號調(diào)理電路適應(yīng)外部輸入信號的電壓范圍為-15V-+15V，可通過的信號頻率范圍為O-lOMHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，其特征在于所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為40MHz的采樣速率，滿足8位有效精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換要求。
全文摘要
本發(fā)明公開一種系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實時采集壓縮存儲方法，該實時采集壓縮存儲方法采用下述電路來實現(xiàn)依次電連接的信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存邏輯、存儲器控制器和外部存儲器；其特征在于在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)緩存邏輯之間電連接有實時壓縮邏輯，所述實時壓縮邏輯分別與秒脈沖接收器和控制信號電連接，且實時壓縮邏輯與數(shù)據(jù)緩存邏輯和存儲器控制器全部通過門陣列邏輯實現(xiàn)。
文檔編號H03M7/30GK102664633SQ20121010941
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者劉炳坤, 寧立革, 張凱, 蔡勇, 高臣 申請人:天津市英貝特航天科技有限公司