CN103631746B - 一种模块化数据流驱动中多种通信模式的实现方法 - Google Patents
一种模块化数据流驱动中多种通信模式的实现方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种模块化数据流驱动中多种通信模式的实现方法属于雷达软件化模块化信号处理领域，其特征在于，使用可以跨平台应用的消息传递接口(MPI)的基本通信功能设计了选择性发送模式、选择性接收模式、三类反馈模式、滑窗积累模式及节拍接收模式的实现方法。通信模式的实现流程为：首先系统初始化，然后根据识别标识判断通信模式，最后执行选定通信模式的步骤。本发明能有力支撑雷达软件化集成开发工具在通信方面的实现。
Description
技术领域
本发明属于雷达软件化模块化信号处理领域。
背景技术
传统上，雷达信号处理领域的开发专业性强，通用性差，周期长。模块化的开发思想促使对信号处理流程进行模块化的划分，以得到相对独立的功能模块。在此基础上，进一步实现整个信号处理流程图形化的开发，即通过简单的拖拉模块和连线来搭建信号处理流程，这样就能实现模块的重用，即模块的功能代码只需要开发一次，从而彻底将软件开发人员从繁重的代码编写任务中解放出来。
雷达信号处理具有数据流驱动的特点，即每次处理单个脉冲或单个相参处理间隔(CPI)的数据，脉冲数据或CPI数据以一定的时间间隔输入。这要求信号处理流图中每个模块基本采用“接收上一个模块数据—处理数据—发送数据给下一个模块”的执行逻辑。但是一方面由于雷达信号处理流程的复杂性，用模块与连线搭建好的流图中如果每个模块都按照基本逻辑执行，会导致流图卡住不运行。另一方面，雷达信号处理流程经常需要几个模块共同配合完成特定的数据流动，本发明称之为通信模式。
消息传递接口(MPI)提供了很多基本的通信功能，比如模块收发数据可以使用MPI的接收与发送函数实现。本发明就是要利用MPI的基本通信功能设计实现多种复杂的通信模式。
发明内容
本发明利用MPI的基本通信功能设计实现了雷达模块化信号处理领域的四种常见通信模式，支撑了雷达通用化软件化集成开发工具的实现。本发明的特征在于，基于跨平台应用的消息传递接口，也即多路径接口MPI通信的雷达信号处理系统中依次按以下步骤实现的：
步骤(1)，系统初始化，设有：
选择性发送模块，执行配置有设定标识的选择性发送通信模式，
选择性接收模块，执行配置有设定标识的选择性接收通信模式，
反馈式模块，执行配置有设定的共同标识的下述三种反馈通信模式：
第一种反馈通信模式：第一次从非反馈端口接收数据，以后只从反馈端口接收数据，
第二种反馈通信模式：第一次从非反馈端口接收数据，第二次从反馈端口接收数据，第三次再从非反馈端口接收数据，以后交替进行，
第三种反馈通信模式：第一次从非反馈端口接收数据，以后从所述非反馈端口和反馈端口同时接收数据，
滑窗积累模块，执行配置有设定标识的滑窗积累通信模式，
节拍接收模块，设有两个输入端口，按照设定的节拍有规律地接收数据，执行配置有设定标识的节拍接收通信模式，
通信模式识别模块，按照接收的通信模式识别标识，启动相应的通信模块去执行所标识的通信模式；
步骤(2)，系统依次按以下步骤执行雷达信号处理流程，
步骤(2.1)，根据识别标识判断通信模式：
若：为选择性发送通信模式，执行步骤(2.2.1)，
若：为选择性接收通信模式，执行步骤(2.2.2)，
若：为反馈通信模式，执行步骤(2.2.3)，
若：为滑窗积累通信模式，执行步骤(2.2.4)，
若：为节拍接收通信模式，执行步骤(2.2.5)，
步骤(2.2)，按照识别标识选择性地执行下述各种通信模式中的一种通信模式：
步骤(2.2.1)，实现步骤如下：
步骤(2.2.1.1)，接收进程初始化，
步骤(2.2.1.2)，启动接收进程，并等待数据接收完成，
步骤(2.2.1.3)，处理数据，并按支路编号判断所需选择发送的支路，
步骤(2.2.1.4)，使用C语言的switch()语句，按所述支路编号启动该支路的MPI同步发送功能，
步骤(2.2.1.5)，返回步骤(2.2.1.2)；
步骤(2.2.2)，实现步骤如下：
步骤(2.2.2.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.2.2)，启动全部接收进程，通过waitany()等待任何一条支路接收完成，再关闭接收进程，
步骤(2.2.2.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.2.4)，启动被关闭的接收进程，再通过所述waitany()等待某一条支路接收完成，返回步骤(2.2.2.3)；
步骤(2.2.3)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.1)，识别反馈通信模式标识中的子标识，判别属于第n种反馈模式，n值从{1,2,3}中选取：
若：为第一种反馈模式，n=1，执行步骤步骤(2.2.3.2.1)，
若：为第二种反馈模式，n=2，执行步骤步骤(2.2.3.2.2)，
若：为第三种反馈模式，n=3，执行步骤步骤(2.2.3.2.3)，
步骤(2.2.3.2)，按照反馈通信模式标识中的子标识，选择性地执行三种反馈模式中的一种：
步骤(2.2.3.2.1)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.2.1.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.3.2.1.2)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.1.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.1.4)，启动反馈端口的接收进程，待其数据接收完成返回步骤(2.2.3.2.1.3)；
步骤(2.2.3.2.2)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.2.2.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.3.2.2.2)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.2.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.2.4)，启动反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.2.5)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.2.6)，返回步骤(2.2.3.2.2.2)；
步骤(2.2.3.2.3)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.2.3.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.3.2.3.2)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.3.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.3.4)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.3.5)，启动反馈端口的接收进程并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.3.6)，同时从步骤(2.2.3.2.3.4)中的非反馈端口和步骤(2.2.3.2.3.5)中的反馈端口接收数据并经处理后发送，
步骤(2.2.3.2.3.7)，返回步骤(2.2.3.2.3.4)；
步骤(2.2.4)，实现步骤如下：
步骤(2.2.4.1)，设定窗长为C，步长为S，数据缓冲区的长度等于C，
步骤(2.2.4.2)，接收进程初始化，积累次数初始化为0，
步骤(2.2.4.3)，启动接收进程，并等待数据接收完成，积累次数加1，不同接收次数的数据以先进先出的方式放入数据缓冲区，
步骤(2.2.4.4)，判断积累次数是否等于C，
若：不等于C，返回步骤(2.2.4.3)，
若：等于C，执行步骤(2.2.4.5)，
步骤(2.2.4.5)，处理数据缓冲区的数据，
步骤(2.2.4.6)，发送处理后的数据，积累次数归0，
步骤(2.2.4.7)，启动接收进程，等待其数据接收完成，积累次数加1，不同接收次数的数据以先进先出的方式放入数据缓冲区，
步骤(2.2.4.8)，判断积累次数是否等于S，
若：不等于S，则返回步骤(2.2.4.7)，
若：等于S，则执行步骤(2.2.4.9)，
步骤(2.2.4.9)，处理数据缓冲区的数据，
步骤(2.2.4.10)，发送处理后的数据，积累次数归0，
步骤(2.2.4.11)，返回步骤(2.2.4.7)；
步骤(2.2.5)，实现步骤如下：
步骤(2.2.5.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.5.2)，设定：左端口输入多次数据后，右端口才输入一次数据，构成一个节拍，左、右端口按设定的节拍接收数据，又设定：用intervalNum表示节拍数，用leftReceNum记录左端口接收数据的次数，初始时leftReceNum=0，
步骤(2.2.5.3)，启动全部接收进程，在数据接收完成后，leftReceNum加1，
步骤(2.2.5.4)，处理并发送数据，
步骤(2.2.5.5)，判断左端口接收数据的次数是否等于节拍数intervalNum，
若：相等，返回步骤(2.2.5.3)，
若：不相等，执行步骤(2.2.5.6)，
步骤(2.2.5.6)，启动左端口的接收进程，等待其数据接收完成，leftReceNum加1，
步骤(2.2.5.7)，返回步骤(2.2.5.4)。
本发明具有以下有益效果及优点：
雷达模块化信号处理流程中多种复杂通信模式的实现能够有力支撑雷达软件化集成开发工具的开发；使用可以跨平台应用的MPI基本通信功能保证了雷达软件化集成开发工具的通用性。
附图说明
图1为选择性发送通信模式示意图；
图2为选择性接收通信模式示意图;
图3为反馈通信模式示意图;
图4为选择性发送通信模式实现流程图；
图5为选择性接收通信模式实现流程图；
图6为第一种反馈通信模式实现流程图；
图7为第二种反馈通信模式实现流程图；
图8为第三种反馈通信模式实现流程图；
图9为滑窗积累通信模式实现流程图；
图10为节拍接收通信模式实现流程图；
图11为雷达信号处理流程中多种通信模式的实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明装置的使用方法做进一步说明，主要包括以下三部分内容：
一、多种通信模式介绍；
二、本发明使用的MPI基本通信功能；
三、多种通信模式实现方法。
如图11示，多种通信模式的实现流程为：首先系统初始化，然后通信模式识别模块根据识别标识启动相应的通信模式，最后执行选定通信模式的步骤。对于多种通信模式，分别命名为选择性发送模式、选择性接收模式、反馈模式、滑窗积累模式、节拍接收模式，下面分别介绍。
如图1示，信号处理流程要求选择性发送模块根据数据特征将数据发送给六路输出中的某一路，若选择性发送模块启动六路输出，则当前数据会被六个支路全部收到，但由于数据只适用于某条支路，其余支路处理该数据会出现错误，从而导致程序结果混乱。因此，必须保证选择性发送模块每次只给一条支路发送数据。
如图2示，N条输入支路每次可能只有一条支路运行，这会导致选择性接收模块每次只能接收一条支路的数据，而且不知道数据来自哪条支路。若每个接收进程都等待数据完成后模块才进入执行部分，则选择性接收模块会卡在接收数据处。因此，选择性接收模块能够只接收一路数据后，不等待其余支路的数据，继续向下运行。
如图3示，反馈模块的第二个输入端口的数据不是来自它的前级模块，而是来自后级模块的输出，这样就形成了反馈模式，接收后级模块数据的端口称为反馈端口。显然，反馈端口第一次不能接收数据，因为只有当后级模块运行一次后才会产生反馈端口的数据。另外反馈模块存在如下三种模式：（1）第一次从非反馈端口接收数据，以后只从反馈端口接收数据。（2）第一次从非反馈端口接收数据，第二次从反馈端口接收数据，第三次再从非反馈端口接收数据，交替进行。（3）第一次从非反馈端口接收数据，以后从非反馈端口和反馈端口同时接收数据。
滑窗积累模式是由于有的模块需要进行多次接收然后处理并发送数据导致。比如，雷达前端每采样一个脉冲的数据向后发送一次，但是动目标检测(MTD)需要积累一个CPI的所有脉冲后再处理一次数据。
节拍接收模式是对于两个输入端口的模块而言，整个信号处理流图可能要求左端口输入多次数据后右端口才输入一次数据。比如，雷达信号处理流程中左端口的输入支路每一个脉冲输入一次数据，而右端口每一个CPI才输入一次数据。左右端口按照一定的节拍有规律的收数。
对于本发明使用的MPI基本通信功能，考虑到数据流驱动的特点，本发明选用MPI的非阻塞通信接收数据、消息发送中的同步发送来实现多种通信模式。
同步发送的特点是发送操作必须等到相应的接收进程启动后才可返回。也就是说，当前模块启动发送数据后，发送函数并不返回，而是等待与该输出端口相连的输入端口的接收启动后，该发送函数才返回，当前模块可以继续运行产生第二批数据。若当前模块很快产生第二批数据，但由于后续模块没有启动第二次接收，所以当前模块会卡在第二次发送数据处。若后续模块运行较快，则后续模块启动第二次接收后由于当前模块还未发送第二次数据所以后续模块卡在等待第二次接收完成处。可见，MPI的同步发送功能保证了不同批次数据的有序处理。
基于同步发送的要求，MPI的接收动作分成三步实现：接收初始化（初始化一次即可）、启动接收、等待接收完成后返回。其中，为了满足不同的需求，等待接收完成接收后返回有三种实现：（1）wait()用于等待某路指定的接收进程完成后返回；（2）waitall()用于等待所有接收进程完成后返回；（3）waitany()用于等待任何一路接收进程完成后返回。
本发明利用上述介绍的MPI基本通信功能实现多种通信模式。
如图4示，选择性发送通信模式的实现步骤如下：
步骤1：接收进程初始化；
步骤2：启动接收，并等待数据接收完成；
步骤3：处理数据，并判断数据应该发送到哪条支路，返回该支路的编号；
步骤4：使用C语言的switch语句，根据编号只启动相应支路的MPI同步发送功能，相应的接收进程启动后返回步骤2。
如图5示，选择性接收通信模式的实现步骤如下：
步骤1：接收进程全部初始化；
步骤2：启动全部接收进程，并使用waitany()等待某路数据接收完成；
步骤3：处理数据；
步骤4：发送数据；
步骤5：只启动被waitany()关闭的接收进程，仍使用waitany()等待某路数据接收完成，返回步骤3。
如图6示，第一种反馈通信模式的实现步骤如下：
步骤1：接收进程全部初始化；
步骤2：启动非反馈端口的接收进程，并等待非反馈端口的数据接收完成；
步骤3：处理数据；
步骤4：发送数据；
步骤5：启动反馈端口的接收进程，并等待反馈端口的数据接收完成，返回步骤3。
如图7示，第二种反馈通信模式的实现步骤如下：
步骤1：接收进程全部初始化；
步骤2：启动非反馈端口的接收进程，并等待非反馈端口的数据接收完成；
步骤3：处理数据；
步骤4：发送数据；
步骤5：启动反馈端口的接收进程，并等待反馈端口的数据接收完成；
步骤6：处理数据；
步骤7：发送数据，返回步骤2。
如图8示，第三种反馈通信模式的实现步骤如下：
步骤1：接收进程全部初始化；
步骤2：启动非反馈端口的接收进程，并等待非反馈端口的数据接收完成；
步骤3：处理从非反馈端口接收的数据；
步骤4：发送数据；
步骤5：启动非反馈端口的接收进程，并等待非反馈端口的数据接收完成；
步骤6：启动反馈端口的接收进程，并等待反馈端口的数据接收完成；
步骤7：同时处理从非反馈端口与反馈端口接收的数据；
步骤8：发送数据，返回步骤5。
如图9示，滑窗积累通信模式的实现步骤如下（假设窗长为C，步长为S）：
步骤1：接收进程初始化，积累次数初始化为0；
步骤2：启动接收进程，并等待数据接收完成，积累次数加1；
步骤3：判断积累次数是否等于C，若不等于则返回步骤2，若等于则执行步骤4；
步骤4：处理数据；
步骤5：发送数据，积累次数归0；
步骤6：启动接收进程，并等待数据接收完成，积累次数加1；
步骤7：判断积累次数是否等于S，若不等于则返回步骤6，若等于则执行步骤8；
步骤8：处理数据；
步骤9：发送数据，积累次数归0，返回步骤6。
如图10示，本发明设计两个输入端口的节拍接收通信模式，左端口输入多次数据后，右端口才输入一次数据，构成一个节拍。用leftReceNum记录左端口接收数据的次数。节拍接收模式的实现步骤如下：
步骤1：接收进程全部初始化；
步骤2：leftReceNum赋值为0，启动全部接收进程，等待数据接收完成，leftReceNum加1；
步骤3：处理数据；
步骤4：发送数据；
步骤5：判断leftReceNum是否等于节拍数intervalNum。若相等，返回步骤2。若不相等，执行步骤6；
步骤6：启动左端口的接收进程，等待左端口数据接收完成，leftReceNum加1，返回步骤3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种模块化数据流驱动中多种通信模式的实现方法，其特征在于，基于跨平台应用的消息传递接口，也即多路径接口MPI通信的雷达信号处理系统中依次按以下步骤实现的：
步骤(1)，系统初始化，设有：
选择性发送模块，执行配置有设定标识的选择性发送通信模式，
选择性接收模块，执行配置有设定标识的选择性接收通信模式，
反馈式模块，执行配置有设定的共同标识的下述三种反馈通信模式：
第一种反馈通信模式：第一次从非反馈端口接收数据，以后只从反馈端口接收数据，
第二种反馈通信模式：第一次从非反馈端口接收数据，第二次从反馈端口接收数据，第三次再从非反馈端口接收数据，以后交替进行，
第三种反馈通信模式：第一次从非反馈端口接收数据，以后从所述非反馈端口和反馈端口同时接收数据，
滑窗积累模块，执行配置有设定标识的滑窗积累通信模式，
节拍接收模块，设有两个输入端口，按照设定的节拍有规律地接收数据，执行配置有设定标识的节拍接收通信模式，
通信模式识别模块，按照接收的通信模式识别标识，启动相应的通信模块去执行所标识的通信模式；
步骤(2)，系统依次按以下步骤执行雷达信号处理流程，
步骤(2.1)，根据识别标识判断通信模式：
若：为选择性发送通信模式，执行步骤(2.2.1)，
若：为选择性接收通信模式，执行步骤(2.2.2)，
若：为反馈通信模式，执行步骤(2.2.3)，
若：为滑窗积累通信模式，执行步骤(2.2.4)，
若：为节拍接收通信模式，执行步骤(2.2.5)，
步骤(2.2)，按照识别标识选择性地执行上述各种通信模式中的一种通信模式：
步骤(2.2.1)，实现步骤如下：
步骤(2.2.1.1)，接收进程初始化，
步骤(2.2.1.2)，启动接收进程，并等待数据接收完成，
步骤(2.2.1.3)，处理数据，并按支路编号判断所需选择发送的支路，
步骤(2.2.1.4)，使用C语言的switch()语句，按所述支路编号启动该支路的MPI同步发送功能，
步骤(2.2.1.5)，返回步骤(2.2.1.2)；
步骤(2.2.2)，实现步骤如下：
步骤(2.2.2.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.2.2)，启动全部接收进程，通过waitany()等待任何一条支路接收完成，再关闭接收进程，
步骤(2.2.2.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.2.4)，启动被关闭的接收进程，再通过所述waitany()等待某一条支路接收完成，返回步骤(2.2.2.3)；
步骤(2.2.3)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.1)，识别反馈通信模式标识中的子标识，判别属于第n种反馈模式，n值从{1,2,3}中选取：
若：为第一种反馈模式，n＝1，执行步骤步骤(2.2.3.2.1)，
若：为第二种反馈模式，n＝2，执行步骤步骤(2.2.3.2.2)，
若：为第三种反馈模式，n＝3，执行步骤步骤(2.2.3.2.3)，
步骤(2.2.3.2)，按照反馈通信模式标识中的子标识，选择性地执行三种反馈模式中的一种：
步骤(2.2.3.2.1)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.2.1.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.3.2.1.2)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.1.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.1.4)，启动反馈端口的接收进程，待其数据接收完成返回步骤(2.2.3.2.1.3)；
步骤(2.2.3.2.2)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.2.2.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.3.2.2.2)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.2.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.2.4)，启动反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.2.5)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.2.6)，返回步骤(2.2.3.2.2.2)；
步骤(2.2.3.2.3)，实现步骤如下：
步骤(2.2.3.2.3.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.3.2.3.2)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.3.3)，处理并发送数据，
步骤(2.2.3.2.3.4)，启动非反馈端口的接收进程，并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.3.5)，启动反馈端口的接收进程并等待其数据接收完成，
步骤(2.2.3.2.3.6)，同时从步骤(2.2.3.2.3.4)中的非反馈端口和步骤(2.2.3.2.3.5)中的反馈端口接收数据并经处理后发送，
步骤(2.2.3.2.3.7)，返回步骤(2.2.3.2.3.4)；
步骤(2.2.4)，实现步骤如下：
步骤(2.2.4.1)，设定窗长为C，步长为S，数据缓冲区的长度等于C，
步骤(2.2.4.2)，接收进程初始化，积累次数初始化为0，
步骤(2.2.4.3)，启动接收进程，并等待数据接收完成，积累次数加1，不同接收次数的数据以先进先出的方式放入数据缓冲区，
步骤(2.2.4.4)，判断积累次数是否等于C，
若：不等于C，返回步骤(2.2.4.3)，
若：等于C，执行步骤(2.2.4.5)，
步骤(2.2.4.5)，处理数据缓冲区的数据，
步骤(2.2.4.6)，发送处理后的数据，积累次数归0，
步骤(2.2.4.7)，启动接收进程，等待其数据接收完成，积累次数加1，不同接收次数的数据以先进先出的方式放入数据缓冲区，
步骤(2.2.4.8)，判断积累次数是否等于S，
若：不等于S，则返回步骤(2.2.4.7)，
若：等于S，则执行步骤(2.2.4.9)，
步骤(2.2.4.9)，处理数据缓冲区的数据，
步骤(2.2.4.10)，发送处理后的数据，积累次数归0，
步骤(2.2.4.11)，返回步骤(2.2.4.7)；
步骤(2.2.5)，实现步骤如下：
步骤(2.2.5.1)，接收进程全部初始化，
步骤(2.2.5.2)，设定：左端口输入多次数据后，右端口才输入一次数据，构成一个节拍，左、右端口按设定的节拍接收数据，又设定：用intervalNum表示节拍数，用leftReceNum记录左端口接收数据的次数，
步骤(2.2.5.3)，leftReceNum归0，启动全部接收进程，在数据接收完成后，leftReceNum加1，
步骤(2.2.5.4)，处理并发送数据，
步骤(2.2.5.5)，判断左端口接收数据的次数是否等于节拍数intervalNum，
若：相等，返回步骤(2.2.5.3)，
若：不相等，执行步骤(2.2.5.6)，
步骤(2.2.5.6)，启动左端口的接收进程，等待其数据接收完成，leftReceNum加1，
步骤(2.2.5.7)，返回步骤(2.2.5.4)。
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Family Cites Families (2)
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2013
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Patent Citations (1)
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