CN102253915A - 一种数据采集回放系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种数据采集回放系统，实现了大容量高速数据的采集与回放。该系统包含USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块、数据播放模块和现场可编程阵列模块。该系统能脱离计算机正常工作，同时能够采集数字信号和模拟信号。该系统可以应用于通信，监控等需要采集高速数据的场合，也适合于数据传输、故障诊断等需要还原数据采集场景的应用，还可以用于辅助开发调试卫星导航接收机等依赖实时数据的处理系统。

Description

一种数据采集回放系统

技术领域

本发明涉及数据采集处理回放技术领域，是一种高速大容量数据采集回放系统。

背景技术

数据采集是获取信息的一种重要途径，在很多不同的场合都有应用。现有数据采集系统有的插在计算机PCI插槽中，缺乏移动性不能实现热插拔。有的基于FPGA和USB总线的采集系统，采集系统自身缺乏存储装置，离开计算机无法实现数据永久存储。现有采集系统一般只能采集单一的数字信号或模拟信号，而有的情况下需要同时采集数字信号和模拟信号。现有采集系统采样时钟固定缺乏灵活性，另外数据采集往往与数据回放联系在一起，现有的采集系统缺乏将采集到的数据回放出去的功能。

发明内容

本发明的目的是解决公开技术存在的技术问题，为此提供一种高速大容量数据采集回放系统。

为实现上述目的，本发明提供的数据采集回放系统的技术方案包括USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块、数据播放模块和现场可编程阵列模块，其中USB总线数据传输处理模块用于处理USB总线协议，并实现和计算机之间的双向数据传输；数据采集模块中包含模数转换器，实现将输入采集信号转换为数字信号的功能；数据采集模块接收外部输入的数字信号和模拟信号，转换为数字信号后，作为所述系统的输入信号提供给现场可编程阵列模块；存储模块用于存储所述系统的数据，包含存储设备有同步动态随机存储器、CF存储卡和硬盘；采集数据时存储模块存储从现场可编程阵列模块传送到存储模块中的数据，播放数据时存储模块传送存储的数据给现场可编程阵列模块；控制显示模块包含按钮开关和指示灯及数码管，用于控制所述系统工作模式，显示所述系统工作状态；数据播放模块中包含数模转换器，实现将存储的数据播放出去的功能；数据播放模块接收现场可编程阵列模块传输来的数字信号，按需要进行模数转换后输出；现场可编程逻辑阵列模块为所述系统的中心，USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块和数据播放模块都挂在现场可编程阵列模块上，现场可编程阵列模块控制USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块和数据播放模块的工作方式，实现不同宽度、不同时钟频率数据转换。

优选地：数据采集和播放时可以由现场可编程阵列模块配置产生信号的采样时钟，或由外部输入信号的采样时钟。

优选地：数据采集模块采集到信号后，现场可编程阵列模块能对信号进行解调、滤波、压缩的操作，然后再发送给存储模块存储；数据播放前，现场可编程阵列模块能对信号进行调制、滤波、解压操作，然后发送给数据播放模块输出。

优选地：存储模块中含有不同读写速度的存储设备，高速同步动态存储器在采集高速数据时用于缓存数据，大量的数据可以存储在硬盘中，实现低功耗的数据永久存储时，采用CF卡存储数据。

优选地：所述系统主要工作模式有：

1)空闲模式；

2)采集模式，所述系统采集外部输入信号；

3)播放模式，所述系统将采集到的数据播放出去；

4)与计算机传输数据模式，所述系统将采集的数据传输到计算机，或将计算机上的数据传输到所述系统。

优选地：通过系统的控制显示模块能控制所述系统工作模式；数据采集模块能启动数据采集，数据播放模块能启动数据播放；通过USB总线，计算机能控制所述系统工作模式，这几种控制方式根据不同优先级控制所述系统工作方式。

优选地：所述系统各个部分数据具有不同的时钟频率，存储模块工作频率为几百兆赫兹，采集回放的数据频率为几兆赫兹到几百兆赫兹，USB总线数据传输速率为几十兆赫兹，这些跨越不同时钟频率数据传输采用异步先进先出数据缓存器FIFO实现。

本发明的有益效果是：为了解决当前数据采集系统离开计算机无法正常工作，缺乏数据回放功能，同时为了实现高速信号采集与回放，实现大容量数据存储，提供一种高速大容量数据采集回放系统，系统能采集回放高达85Mbps的数据流，存储容量能达到500G以上。所述系统具有能采集数字信号和模拟信号的能力，数据采样和播放的时钟可以灵活配置。

1.本系统自身功能完备，具备USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块、数据播放模块和现场可编程阵列FPGA模块。能完全脱离计算机工作，这扩展了系统的使用范围。

2.本系统能够能同时采集和播放数字信号和模拟信号，数据采集和播放的时钟能够灵活选择外部输入或是由FPGA模块配置产生。

3.本系统存储模块具备多种存储器，系统具有能够采集高速信号实现大容量数据存储的能力。具有高速的同步动态随机存储器，能支持高速数据采集和回放；能接硬盘具备大容量存储能力。

4.本系统控制方式很灵活，计算机通过USB总线能够控制系统工作模式，系统中控制显示模块能够控制系统本身工作模式，同时数据采集模块能控制系统进入采集模式，数据播放模块能控制系统进入播放模式。

5.本系统具备播放模式，能够将采集到的信号回放出去，这一功能能使系统能恢复数据采集时的场景。能用于辅助开发调试涉及实时数据流的处理系统。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图。

图2是本发明的工作状态示意图。

图3是本发明不同时钟域之间数据传输示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明的整体系统结构框图，所述系统包括USB总线数据传输处理模块1、数据采集模块2、存储模块3、控制显示模块4、数据播放模块5和现场可编程阵列(FPGA)模块6。所述系统通过USB总线与计算机相互传输数据，采用高速现场可编程阵列FPGA为核心。数据采集模块2具有高速模数转换器AD，数据播放模块具有数模转换器DA，所述系统除了能够采集和回放数字信号也能够采集和回放模拟信号。存储模块3中包含的存储器有几种：同步动态随机存储器SDRAM，硬盘和CF卡。采集高速信号时可以使用SDRAM存储数据，可以将采集的低速数据直接存入硬盘或CF卡，高速采集时存储到SDRAM中的数据能够存储到硬盘或CF卡中，实现永久存储。CF卡比硬盘更加省电，当所述系统以电池供电时，优先采用CF卡存储数据，同时在这种环境下所述系统能脱离计算机而正常采集数据。

数据采集模块2采集外部输入信号，转换为数字信号以后作为输入提供给FPGA模块6，FPGA模块6将数据调整时钟频率，数据宽度，然后输出给存储模块3存储，或输出给USB总线传输处理模块1上传给计算机。播放数据时，存储模块3将存储的数据输出给FPGA模块6，FPGA模块6将数据调整数据宽度，按照一定频率提供给数据播放模块5，数据播放模块5将其中有的数据转换为模拟信号后输出。计算机通过USB总线数据传输处理模块1将数据传输到FPGA模块6，通过FPGA模块6调整后能存储到存储模块3或提供给数据播放模块5输出。存储模块3中的数据可以经过FPGA调整，通过USB总线数据传输处理模块1上传给计算机。

图2是本发明的工作状态示意图，所述系统主要工作模式有4中，分别为：空闲模式，数据采集模式，数据回放模式和数据传输模式。上电复位之后系统自动进入空闲模式，在这种模式下，所述系统等待操作命令。在空闲模式下接收到采集命令时系统进入数据采集模式，在这种模式下，数据采集模块2将采集的信号输出到FPGA模块6，经FPGA模块6调整数据位宽后，按照存储频率输出给存储模块3保存采集到的数据，接收到采集停止的命令后系统停止采集数据进入空闲状态。在空闲模式下接收到回放命令后系统进入数据回放模式，这种模式下，所述系统将存储器中的数据回放出来，还原采集数据时的场景。存储模块3将保存的数据输出给FPGA模块6，经FPGA模块6调整数据位宽后，按照回放频率将数据输出到数据播放模块5。当接收到回放停止的命令后所述系统停止回放数据进入空闲状态。在空闲状态下接收到数据传输命令时系统进入数据传输模式，在数据传输模式下所述系统能够与计算机进行双向传输数据，系统中的数据上传到计算机的具体流程为：系统中存储模块3中存储的采集到的数据通过FPGA模块6调整位宽，按照USB总线数据传输处理模块1的数据传输频率发送到USB总线数据传输处理模块1，然后通过USB总线将数据传输到计算机；系统中从计算机下载数据的流程为：计算机通过USB总线将数据传输到USB总线数据传输处理模块1，经USB总线数据传输处理模块1的总线协议处理后，以连续数据流传输给FPGA模块6，经FPGA模块6调整数据位宽，按存储频率输出给数据存储模块3，实现从计算机下载数据到系统。

图3是本发明不同时钟域之间数据传输示意图。本系统中数据的存储和传输涉及多个存储设备，所述存储模块3的不同的所述设备工作频率、数据采集回放频率、USB传输数据频率各不相同，数据宽度也不同。在这些设备之间需要进行高速数据传输，另外需要进行数据宽度转换，并需要能够灵活方便的控制数据传输，本系统采用异步先进先出数据缓存器FIFO实现不同数据宽度不同时钟域之间数据传输。在数据时钟域1中，时钟信号1和控制信号1及宽度为a的数据输入到FIFO，FIFO输出状态信息，在时钟域2中，转换完的数据以宽度b在输入FIFO的时钟2和控制信号2的控制下输出。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种数据采集回放系统，其特征在于：包括USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块、数据播放模块和现场可编程阵列模块，其中：

USB总线数据传输处理模块用于处理USB总线协议，并实现和计算机之间的双向数据传输；

数据采集模块中包含模数转换器，实现将输入采集信号转换为数字信号的功能；数据采集模块接收外部输入的数字信号和模拟信号，转换为数字信号后，作为所述系统的输入信号提供给现场可编程阵列模块；

存储模块用于存储所述系统的数据，包含存储设备有同步动态随机存储器、CF存储卡和硬盘；采集数据时存储模块存储从现场可编程阵列模块传送到存储模块中的数据，播放数据时存储模块传送存储的数据给现场可编程阵列模块；

控制显示模块包含按钮开关和指示灯及数码管，用于控制所述系统工作模式，显示所述系统工作状态；

数据播放模块中包含数模转换器，实现将存储的数据播放出去的功能；数据播放模块接收现场可编程阵列模块传输来的数字信号，按需要进行模数转换后输出；

现场可编程逻辑阵列模块为所述系统的中心，USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块和数据播放模块都挂在现场可编程阵列模块上，现场可编程阵列模块控制USB总线数据传输处理模块、数据采集模块、存储模块、控制显示模块和数据播放模块的工作方式，实现不同宽度、不同时钟频率数据转换。

2.如权利要求1所述的数据采集回放系统，其特征在于：数据采集和播放时由现场可编程阵列模块配置产生信号的采样时钟，或由外部输入信号的采样时钟。

3.如权利要求1所述的数据采集回放系统，其特征在于：数据采集模块采集到信号后，现场可编程阵列模块能对信号进行解调、滤波、压缩的操作，然后再发送给存储模块存储；数据播放前，现场可编程阵列模块能对信号进行调制、滤波、解压操作，然后发送给数据播放模块输出。

4.如权利要求1所述的数据采集回放系统，其特征在于：存储模块中含有不同读写速度的存储设备，高速同步动态存储器在采集高速数据时用于缓存数据，大量的数据存储在硬盘中，实现低功耗的数据永久存储时，采用CF卡存储数据。

5.如权利要求1所述的数据采集回放系统，其特征在于：所述系统主要工作模式有：

1)空闲模式；

2)采集模式，所述系统采集外部输入信号；

3)播放模式，所述系统将采集到的数据播放出去；

4)与计算机传输数据模式，所述系统将采集的数据传输到计算机，或将计算机上的数据传输到所述系统。

6.如权利要求1所述的数据采集回放系统，其特征在于：通过控制显示模块能控制所述系统工作模式；数据采集模块能启动数据采集，数据播放模块能启动数据播放；通过USB总线，计算机能控制所述系统工作模式，这几种控制方式根据不同优先级控制所述系统工作方式。

7.如权利要求1所述的数据采集回放系统，其特征在于：所述系统各个部分数据具有不同的时钟频率，存储模块工作频率为几百兆赫兹，采集回放的数据频率为几兆赫兹到几百兆赫兹，USB总线数据传输速率为几十兆赫兹，这些跨越不同时钟频率数据传输采用异步先进先出数据缓存器FIFO实现。

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