記錄儀在信號場景仿真中的應(yīng)用

摘要： 分析歸納了信號處理系統(tǒng)信號模型和記錄儀記錄重演系統(tǒng)實現(xiàn)的信號場景仿真系統(tǒng)。給出該系統(tǒng)的通用信號編碼、信號復(fù)合分解方法和電路實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 記錄儀；記錄重演；數(shù)據(jù)復(fù)合；數(shù)據(jù)分解；信號編碼

引言

數(shù)據(jù)記錄儀是高速數(shù)據(jù)接口、大容量存儲的集合體，主要用于信號處理數(shù)據(jù)記錄和回放。記錄儀具有完整的數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)回放和數(shù)據(jù)定位功能。它能將轉(zhuǎn)瞬即逝的信號場景保存下來，進(jìn)行反復(fù)再現(xiàn)。為精細(xì)反復(fù)的信號分析、信號處理算法實驗和設(shè)備調(diào)試提供方便。用戶如果要將完整記錄和再現(xiàn)信號場景的話，需要通過自己的接口電路實現(xiàn)，這就是記錄重演電路。用記錄儀和記錄重演電路，可以方便地實現(xiàn)性能優(yōu)越的半實物仿真系統(tǒng)，具有重要的應(yīng)用價值。

記錄儀

圖1 是記錄儀原理框圖。記錄數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)接口進(jìn)入內(nèi)存，由CPU通過SCSI或高速網(wǎng)絡(luò)接口寫入磁盤或磁盤陣列。記錄儀記錄接口包括：記錄數(shù)據(jù)、使能和記錄時鐘。記錄儀重演接口包括：數(shù)據(jù)提取時鐘、輸出數(shù)據(jù)時鐘、重演數(shù)據(jù)、重演數(shù)據(jù)有效信號。

圖1 記錄儀框圖

記錄儀以一定數(shù)量記錄數(shù)據(jù)作為一個記錄單位，記錄單元有編號和附加時間信息作為數(shù)據(jù)檢索依據(jù)。用戶還可以添加事件標(biāo)志。事件標(biāo)志含記錄單元編號和時間信息。

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

記錄時的時鐘頻率是記錄儀在記錄開始時測量的記錄速率。并不反映記錄過程的記錄時鐘頻率變化。因此，三種方式其實只是兩種。以上是我們進(jìn)行記錄重演系統(tǒng)設(shè)計的出發(fā)點和主要依據(jù)。

記錄儀半實物仿真系統(tǒng)

圖2 是一般信號處理系統(tǒng)外部接口。同步連續(xù)數(shù)據(jù)包括指各種形式的A/D數(shù)據(jù)和對應(yīng)數(shù)據(jù)時鐘，例如LVDS或RS422 電平的多路A/D數(shù)據(jù)；時序信號是外部控制信號；有些信號處理數(shù)據(jù)是通過FIFO輸入的，也有信號處理是通過FIFO輸出處理結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)也很常見。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸時延具有不確定性，因此網(wǎng)絡(luò)接口更多用來傳輸處理結(jié)果數(shù)據(jù)，它們共同特點是數(shù)據(jù)存在有限時間，并且隨機出現(xiàn)。

圖2 信號處理系統(tǒng)外部接口模型

通過記錄儀實現(xiàn)的半實物仿真系統(tǒng)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(tǒng)外部信號輸入和處理結(jié)果輸出到記錄儀；將記錄儀重演數(shù)據(jù)還原為原來的信號形式。記錄重演最主要的要求是要保證信號處理系統(tǒng)狀態(tài)再現(xiàn)。

記錄重演系統(tǒng)設(shè)計

記錄中各種信號表示和數(shù)據(jù)復(fù)合方法

各種信號必須經(jīng)過編碼和數(shù)據(jù)復(fù)合，才能滿足記錄儀記錄數(shù)據(jù)流要求。在圖3中存在兩種類型數(shù)據(jù)，連續(xù)數(shù)據(jù)序列和間斷型數(shù)據(jù)序列。其中同步數(shù)據(jù)是連續(xù)的，異步數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是間斷型數(shù)據(jù)。連續(xù)數(shù)據(jù)序列是數(shù)據(jù)在時間上有規(guī)律，間斷數(shù)據(jù)則是數(shù)據(jù)在時間上無規(guī)律。多個連續(xù)數(shù)據(jù)序列可能具有不同的時間規(guī)律，但它們可以被統(tǒng)一表示。

圖3 記錄重演系統(tǒng)

連續(xù)數(shù)據(jù)序列可以表示為某種時間規(guī)律的數(shù)據(jù)。間斷數(shù)據(jù)序列則必須把數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)存在與否都表示出來。時序信號既可以看成是0和1的連續(xù)數(shù)據(jù)流，也可以看成是對應(yīng)某些事件的有效控制數(shù)據(jù)集合。后者可以作為間斷數(shù)據(jù)處理。

記錄中各種信號表示是記錄重演的數(shù)據(jù)復(fù)合、分解工作的出發(fā)點，也常被作為工作的一部分內(nèi)容。把圖3的各種信號數(shù)據(jù)表示成相同速率的連續(xù)和間斷數(shù)據(jù)序列對于后續(xù)的數(shù)據(jù)復(fù)合來說最為方便和自然。如果所有數(shù)據(jù)序列速率是相同的，那么復(fù)合數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)比較簡單。以多個記錄字表示所有待記錄數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)塊定界數(shù)據(jù)。表1 給出一個同速率數(shù)據(jù)序列復(fù)合例子。它由是4個通道A/D值、時序編碼和數(shù)據(jù)塊定界數(shù)據(jù)組成。

其中第16位100起作用，S1、S2、S3是若干個時序的編碼。實際上，數(shù)據(jù)塊定界數(shù)據(jù)可以是用1位0、1交替變化的數(shù)或其它規(guī)律變化的數(shù)。這樣編碼效率更高。

對于速率相差整倍數(shù)的若干數(shù)據(jù)序列可以以表2 方式復(fù)合，同樣需要數(shù)據(jù)塊定界數(shù)據(jù)。

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(dāng)去掉序列1以后，就是有多個具有不同的速率的數(shù)據(jù)流復(fù)合的一般情況。復(fù)合數(shù)據(jù)塊速率為序列2、序列3速率的最大公約數(shù)。

數(shù)據(jù)記錄重演電路設(shè)計

數(shù)據(jù)復(fù)合和分解是記錄重演電路的核心，它可以用狀態(tài)機實現(xiàn),詳見[1]。數(shù)據(jù)記錄電路復(fù)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(shù)據(jù)塊各個數(shù)據(jù)字。

圖4 復(fù)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（無序列1）
　　
結(jié)語

本文對信號處理系統(tǒng)外部信號環(huán)境進(jìn)行了分析，給出記錄重演信號場景仿真的電路組成。詳細(xì)研究了記錄重演系統(tǒng)設(shè)計核心的信號編碼和復(fù)合問題，給出了通用的高效率編碼和復(fù)合解決方案。本文給出了完整的記錄儀記錄重演系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)場景仿真的解決方案和具體設(shè)計方法。
本文寫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(xiàn)：
1.  吳關(guān)，記錄儀數(shù)據(jù)記錄重演系統(tǒng)實現(xiàn)研究，電子工程學(xué)院學(xué)報，2006年no3
2.  沈保鎖、侯春萍，現(xiàn)代通信原理，國防工業(yè)出版社，2002 .3