CN104461960B - 矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法 - Google Patents

矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，旨在提供一种能提供较高接口数据吞吐率又能提高设备可靠性，降低设备功耗和体积的处理方法。本发明通过下述技术方案予以实现：输入的矩阵型遥测帧比特流分为两路，一路进入三级存储处理电路中的第一个存储器存储，一路送入移位寄存器，在移位寄存器对应位置判定主帧同步码和子帧同步码的组合特征字，完成初级帧同步判决；列读取电路将比特流数据转换为以列为单位的字节数据，三级存储处理电路和两级映射处理电路实现数据挑路过程，遥测系统中心程序器负责矩阵型遥测帧数据产生，并将每个子帧的N字节数据转换为比特流，采用单比特bit串行的方式从数据流出口输出遥测系统矩阵型遥测帧数据。

Description

矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法
技术领域
本发明涉及一种航天飞行器平台遥测系统无线链路遥测数据传输终端设备关于矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法。
背景技术
遥测数据处理技术是航天系统应用中非常重要的组成部分。遥测系统是航天飞行器在试验和运行过程中不可缺少的重要支持系统。被测参数可能多达上千个，参数种类也很多。遥测参数可划分为时间参数、模拟参数和数字参数三类。地面遥测设备既要兼顾多种型号的遥测需求，又要和外测系统、遥控系统、监控显示系统、通信系统、时间统一系统等建立数据传输接口和通信联系。因此，地面遥测系统一般都比较复杂。为了满足不同参数的采样速率要求，往往将主帧再分成副帧、子帧，其路采样率都低于主帧的，并各自对应有副帧同步码、子帧同步码。数据处理时，首先需判别出主帧、副帧、子帧同步码，然后根据参数所在帧的路序，才能进行参数的分路及挑选。遥测帧是传输遥测数据的基本数据结构。帧有主帧、副帧、次副帧（也称主交换子、副交换子、次副交换子）等，还可以由若干主帧构成一个帧格式。主帧的基本单位是波道，也称“通道”或“路”，是传输遥测参数的基本单元。副帧是类似于主帧的数据结构，它的基本单位也是波道，副帧是通过主帧的一个或某几个波道传送的，主帧传送一帧数据，副帧只能传送一路数据。主帧、副帧、次副帧各自都是由许多波道组成的，称为帧长。主帧、副帧都反复循环传送，都各有一个表示循环开始或结束的标志，称为帧同步码。主帧同步码一般用某个特征字来标志。在遥测系统平台中，为监控飞行平台自身共走状态需要实时采集平台内部的工作状态参数，这些工作状态参数叫做遥测系统平台遥测参数，这些遥测参数按照主帧和副帧的格式组织，每个副帧长度相同，多个副帧组成一个主帧，由于解析帧数据时每个副帧相同字段的数据代表同一类数据，为方便表示，将每个副帧作为行，这样每个主帧数据可以看做一个矩阵型结构的数据集合体。由于遥测系统平台上设备的带宽和功率限制，只能提供有限的带宽完成遥测参数数据的无线传输，因此需要对主帧数据进行挑选，选取核心参数完成无线传输，这个过程叫做遥测系统矩阵型遥测帧挑路。
遥测系统通过无线链路完成遥测数据的传输，无线链路遥测数据传输配备有专门的终端设备，终端设备接收完整的遥测系统矩阵型遥测帧并挑路遥测帧数据，无线链路遥测数据传输终端设备由于要完成遥测数据的编码、调制、数据采集等功能，会有一块大容量的FPGA芯片。由于各型号矩阵型遥测帧结构不同，挑路位置不同，形式多样，一般采用DSP进行处理，在实际任务中, 挑取的参数数量变化较大, 此时相同的DSP完成挑路处理的时间差异会较大, 软件的适应性和可靠性都得不到保证。而且采用DSP处理会增加终端设备的元器件种类和数量，增加设备功耗、体积，降低设备可靠性，而且由于DSP处理器主频的限制，其处理能力有限，如果遥测系统矩阵型遥测帧速率较高，会出现处理不过来的情况，限制了接口的数据吞吐率。
发明内容
为了克服现有采用DSP处理遥测系统矩阵型遥测帧挑路过程存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种能提供较高的接口数据吞吐率又能提高设备可靠性，降低设备功耗和体积，基于FPGA的遥测系统矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于包括如下步骤：在可编程逻辑单元FPGA中，用三级存储处理电路和两级映射处理电路来实现数据挑路过程中有效列数据选择和有效列数据中有效数据的提取；用遥测系统的中心程序器产生矩阵型遥测帧，并由中心程序器将矩阵型遥测帧转换为比特流，采用单bit串行的方式从数据流出口输出矩阵型遥测帧数据；将输入的遥测系统矩阵型遥测帧比特流分为两路，一路进入三级存储处理电路中的第一个存储器存储，一路送入移位寄存器，在移位寄存器对应位置判定主帧同步码和子帧同步码的组合特征字完成初级帧的同步判决；两级帧头判定电路定位矩阵型遥测帧的起始位置，列读取电路将比特流数据转换为以列为单位的字节数据；以列为单位的字节数据与列映射表配合使用，选取有挑路需求的列数据，并将数据存入存储器2；存储器2中数据按字节读出，并与行映射表配合完成有效数据的提出，存入存储器3中完成整个数据挑路过程。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明利用遥测系统无线链路数据传输终端设备已有的FPGA硬件完成遥测系统矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据，由于FPGA硬件电路能进行数据的并行处理，相比于DSP器件的串行处理模式，能有效提高遥测系统无线链路数据传输终端设备接口的数据吞吐率同时固化挑路遥测帧数据的处理时序，而且由于没有增加额外的电路和元器件，能有效减少设备体积，降低遥测设备功耗，提高了遥测系统无线链路数据传输终端设备的可靠性。
本发明采用FPGA处理基于遥测系统矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据过程，相对于DSP软件处理方法，提高了接口的数据吞吐率和软件可靠性，减少了FPGA遥测系统设备元器件种类和数量，降低了设备功耗和体积，提高了设备可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。
图1本发明FPGA遥测系统矩阵型遥测帧结构示意图。
图2是图1 FPGA遥测系统矩阵型遥测帧挑路FPGA处理方法的工作原理流程图。
具体实施方式
参阅图1。遥测系统矩阵型遥测帧包含每帧N个字节的M个子帧，每个子帧包含W1、W2、W3... W（N-2）数据和子帧同步码，每个子帧的前（N-2）个字节为数据，后两个字节为帧同步码，W 、M、N为非零自然数。为降低遥测系统平台中传输电缆的复杂度，减少电磁干扰，在由两级帧头判定电路、列读取电路、三级存储处理电路和两级映射处理电路组成的遥测系统矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据处理方法中，输入的遥测系统矩阵型遥测帧按比特流输入。遥测系统的中心程序器负责遥测系统矩阵型遥测帧的产生，并采用单bit串行的方式从数据流出口输出遥测系统矩阵型遥测帧数据，中心程序器将每个子帧的N字节数据转换为比特流，先输出数据后输出子帧或主帧同步码。
参阅图2。在遥测系统矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据处理方法中，输入的遥测系统矩阵型遥测帧比特流分为两路，一路进入三级存储处理电路中的第1个存储器存储，一路送入移位寄存器，在移位寄存器对应位置判定主帧同步码和子帧同步码的组合特征字，完成初级帧同步判决。如果初级帧同步判定为是，列读取电路根据帧长度和当前存储器1写地址定位一个完整的遥测系统矩阵型遥测帧在存储器1中的起始位置，按列读取最后2列，获得主/子帧同步码，通过读取的列数据判断是否为帧同步码字，如果是，则进入数据挑路过程进行帧头判决，否则复位初级帧同步判决有效信号。列读取电路在给定帧起始地址和帧列序号后，将存储器1中比特数据以列为单位按字节读出列数据，根据列映射表判断是否为挑路列。三级存储处理电路和两级映射处理电路完成数据挑路过程，具体如下：三级存储处理电路的存储器1与列映射表配合使用，每列数据读取完成后查找列映射表，判定所取列是否在映射表中，如果是，则表示为有效列数据，将列数据以字节为顺序存入存储器2中，否则丢弃整列数据，直至处理完一个完整的矩阵型遥测帧数据；两级映射处理电路中的存储器2与行映射表配合使用，在将有效列数据存储在存储器2后，按字节读取存储器2中数据，每读取一个字节就查找对应位置的行映射表的标示位，如有效就将该字节存入存储器3中，否则丢弃该数据，直至完成所有字节的处理，此时存储器3中的数据即为遥测系统矩阵型遥测帧按字节挑路的数据。行数据挑路处理完成后，FPGA遥测系统矩阵型遥测帧挑路过程已完成，挑路数据全部按序存储在存储器3中，在输出挑路数据前要对挑路数据进行帧头插入操作，采用直接输出帧头然后输出挑路数据即可完成数据帧头插入操作。
上述基于FPGA遥测系统矩阵型遥测帧挑路处理方法在可编程门阵列芯片FPGA中完成，通过Verilog硬件编程语言实现，基于FPGA遥测系统矩阵型遥测帧挑路处理方法中所涉及到的处理电路和存储器电路全部由FPGA内部的可编程逻辑单元完成，其所用逻辑资源小于120万门，占用FPGA内部逻辑资源较少。采用基于FPGA遥测系统矩阵型遥测帧挑路FPGA处理方法能提高设备接口吞吐率，减小设备体积、降低功耗，提高设备可靠性。
本发明关于矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法所涉及的电路和处理过程全部在FPGA芯片中实现。

Claims (10)

1.一种矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于包括如下步骤：在可编程逻辑单元FPGA中，用三级存储处理电路和两级映射处理电路来实现数据挑路过程中有效列数据选择和有效列数据中有效数据的提取；用遥测系统的中心程序器产生矩阵型遥测帧，并由中心程序器将矩阵型遥测帧转换为比特流，采用单bit串行的方式从数据流出口输出矩阵型遥测帧数据；将输入的遥测系统矩阵型遥测帧比特流分为两路，一路进入三级存储处理电路中的第一个存储器存储，一路送入移位寄存器，在移位寄存器对应位置判定主帧同步码和子帧同步码的组合特征字完成初级帧的同步判决；两级帧头判定电路定位矩阵型遥测帧的起始位置，列读取电路将比特流数据转换为以列为单位的字节数据；以列为单位的字节数据与列映射表配合使用，选取有挑路需求的列数据，并将数据存入存储器2；存储器2中数据按字节读出，并与行映射表配合完成有效数据的提出，存入存储器3中完成整个数据挑路过程。
2.按权利要求1所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：在矩阵型遥测帧中，每个遥测帧包含每帧N个字节的M个子帧，每个子帧包含W1、W2、W3... W（N-2）数据和子帧同步码，每个子帧的前（N-2）个字节为数据，后两个字节为帧同步码，W 、M、N为非零自然数。
3.按权利要求1或2所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：如果初级帧同步判定为是，列读取电路根据帧长度和当前存储器1写地址定位一个完整的矩阵型遥测帧在存储器1中的起始位置，按列读取最后2列，获得主/子帧同步码，通过读取的列数据判断是否为帧同步码字，如果是，则进入数据挑路过程，否则复位初级帧同步判决有效信号。
4.按权利要求1所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：三级存储处理电路中的存储器1与列映射表配合使用，配合列映射表选取有挑路需求的列数据，两级映射处理电路在两级帧头判定并定位遥测系统矩阵型遥测帧在存储器1中的起始位置后，按顺序读取存储器每一列数据，每列数据读取完成后查找列映射表，判定所取列是否在映射表中，如果在，则表示为有效列数据，将列数据以字节为顺序存入存储器2中，否则丢弃整列数据，直至处理完一个完整的矩阵型遥测帧数据。
5.按权利要求1所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：两级映射处理电路中的存储器2与行映射表配合使用，完成有效列数据中的有效数据提取。
6.按权利要求1或5所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：在将有效列数据存储在存储器2后，按字节读取存储器2中数据，每读取一个字节就查找对应位置的行映射表的标示位，如有效就将该字节存入存储器3中，否则丢弃该数据，直至完成所有字节的处理，此时存储器3中的数据即为遥测系统矩阵型遥测帧按字节挑路的数据。
7.按权利要求1所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：行数据挑路处理完成后，遥测系统矩阵型遥测帧挑路过程已完成，挑路数据全部按序存储在存储器3中。
8.按权利要求1或5所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：在输出挑路数据前，对挑路数据进行帧头插入操作，采用直接输出帧头，然后输出挑路数据即可完成数据帧头插入操作。
9.按权利要求1或4所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：列读取电路在给定帧起始地址和帧列序号后，将存储器1中比特数据以列为单位按字节读出列数据，根据列映射表判断是否为挑路列。
10.按权利要求1或5所述的矩阵型遥测帧挑路遥测帧数据的处理方法，其特征在于：行数据挑路处理完成后，FPGA遥测系统矩阵型遥测帧挑路过程已完成，挑路数据全部按序存储在存储器3中，在输出挑路数据前要对挑路数据进行帧头插入操作，采用直接输出帧头然后输出挑路数据即可完成数据帧头插入操作。
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