CN1289493A - 用于产生实时信号的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种可编程的计算机,接收输入信号的抽样并在程序控制下输出该抽样。根据输入信号定义的时间基准来确定抽样的期望输出时间点。利用由与时间基准异步的输出定时器确定的定时来输出这些抽样。该程序经可变等待时间总线读取输出定时器,其不提供输出定时器的实时抽样。该程序使用从输出定时器读取的定时值通过一个求平均值的过程来估计输出定时器的参数。该程序依据输出时间点和至少一个参数来预知输出定时器的未来时间值并从该未来的时间值中产生时间标记。当输出定时器到达该计算的时间标记时,输出该抽样。

Description

用于产生实时信号的系统和方法

本发明涉及用于产生实时信号的系统和方法。

实时信号的一个例子是音频抽样的定时流，其应该是每一时钟周期输出一个抽样。利用一个模块系统处理这样的实时信号是所希望的，在该模块化系统中，处理抽样的各个分开的站通过一条总线进行连接。

在计算机系统中，诸如PCI总线之类的仲裁总线是用于在连接到此类总线上的站之间进行信息通信的一种方便装置。对于处理实时信号来说，一个复杂的因素是仲裁总线是可变等待时间(latency)总线。通常，可变等待时间总线具有一个先验(apriori)的不可预知的延迟，该延迟在输入站首先尝试向该总线提供信息的时间和当接收机接收该信息时的时间之间。例如，这样一个不可预知的延迟可以是由对该总线的访问仲裁引起的。

由于各种理由，希望依靠诸如PC机之类的可编程计算机中的程序来实现尽可能多的信号处理。然而在可编程的计算机中，该延迟更是不可预知的，因为，例如为了不使程序员忍受定时问题，诸如总线上的延迟之类的定时方面达到无法从程序中看到的程度。

即使定时器的时间值不能与执行指令的时间关联，而由于希望用在站中计时输出实时信号的定时器只经过总线通信，因而要减少站间的连接。

连同其他一道，本发明的一个目的是提供利用已编程的处理器和经可变等待时间总线连接的输出站来产生实时信号的一种系统。

按照本发明的系统在权利要求1中阐明。

由于使用可变等待时间总线，处理实时信号的计算机程序不能假定执行指令以便经可变等待时间总线提供抽样的时间与抽样到达其目的站的时间之间有任何固定关系。如果本程序经可变等待时间总线读取来自另外一个站的定时值，则无法确保该定时值持有的时间点。

在已知的方法中，通过向抽样增加一种所谓的时间标记，解决了在执行指令以提供抽样与其抵达目的地之间的不确定延迟问题。该时间标记表示时间计数器的时间值，在该时间值处抽样应该在输出站被再生。该时间标记使得抽样到达的准确时间不相干。

但是，由于可变等待时间总线，利用时间标记是指本程序必须知道由输出站的输出定时器要假定的定时值，而不必在已知时间点上读取输出定时器的定时值。为了克服这个难题，本程序使用一种预测算法，用于预测根据信号定义的给出时间点的定时值。用于此预测算法中的参数，例如，是一个因数和在一个时间点处的本地时间值和在那个时间点处的输出定时器的预知的时间值之间的一个补偿。该程序通过经总线多次读取输出定时器的定时值，通过将该读取值与预知值比较以及通过按照平均值预测误差调整用于本预测中的因数和补偿来估计这些参数。

将利用附图描述按照本发明的方法和系统的这些以及其他优点。

图1表示一个具有一条总线的系统。

图2表示一个用于选择时间标记的流程图。

图3表示一个用于选择时间标记的另一个流程图。

图1表示具有经总线10，例如PCI总线连接的若干站的一个系统。该系统包括信号源站12，另一个站14a，b和链路站16。源站12包括一个本地时钟计数器12a。链路站16例如经另一个总线17(例如P1394总线)连接到输出站18。链路站16和输出站18包括同步时钟计数器16a，18a。此外输出站18包括一个耦合到该另一个总线17和时钟计数器18a的缓冲存储器18b。输出站18包括耦合到缓冲存储器18b的输出单元18c。

在操作中，信号源站12产生一个源信号。这个源信号通信到输出站18，其再生为一个实时信号。该源信号例如包含一个用于周期性地返回时间点的抽样序列。

该信号源站12将源信号打包为一组消息，经总线10将该消息传送到链路站16。为了传送消息，源站12需要获得对总线10的访问。在可变等待时间总线10中，在时间中的先验的未定点处允许此访问。允许访问的时间中的点，例如，取决于其他站是否已经请求访问。在对信号源站12的访问允许之后，将该消息传送到链路站16，在预确定时间之内，其将该消息传送到输出站18。

输出站18需要知道再生抽样的时间。这需要与源站12进行通信，因为输出站18的时钟计数器18a是取决于源站12的本地时钟12a的。如果输出站18每次简单地输出抽样，其自己的时钟计数器18a就增加一个固定数，当抽样可能以一个分别比源站12产生他们时更慢或者更快的速率输出时，将发生缓冲器溢出或下溢。

为了避免这样的问题，源站12将时间标记与该消息关联。在输出站18中，消息储存在缓冲存储器18b中。输出站18从该消息中读取时间标记并将该时间标记与时钟计数器18a中计数的时钟进行比较。一旦计数的时钟已经过了该时间标记，则将该消息反馈到输出单元18c，输出单元18c从该消息中的信息中产生实时信号。

这仍然存在选择源站12处的时间标记的问题，这个问题是复杂的，由于源站通过可变等待时间总线最好只具有对时钟计数器1Sa的访问，因此对于源站12来说确定时钟计数器18a抽样产生的时间点是不可能。

信号源站12包括一个可编程的处理器，以便选择时间标记以使输出站18将按照为该信号定义的时间点再现抽样。

图2和3表示用于选择时间标记的程序的流程图。该程序包括两个进程。

图2表示一个实际时间标记选择过程的流程图。在此过程中若干消息被处理。在流程图的第一步21，处理器将若干信号抽样存储在存储器中。例如，抽样应用于每隔一定间隔dt的时间点ti：ti=t0+i^*dt，该抽样储存在存储器中的连续位置处，因此，存储器中的位置取决于i。

在第二步22，处理器将抽样采集为一则消息并确定一给定的消息中的抽样的期望输出时间点。这个时间点，例如，是抽样到达的时间点加上一个延迟，该延迟是

源站中处理时的延迟、

可变等待时间总线上的传输的最坏情况下的延迟、

从链路站到输出站进行传输的延迟、

输出站中的处理时的延迟之和。

对于所有的抽样，产生相同的这些延迟。

对于储存在相应于指针i的存储器位置的一个抽样，时间点″si″，例如，是如si=s0+i^*dt计算。结果，第二步表示输出时间点为计数si。si的计算是异步的，因为其可以在任何合理的时间上执行而且只取决于存储器指针i。

在第三步23中，表示期望的输出时间点的计数si由处理器使用以便计算在那个输出时间点处输出时钟120a时钟计数器值的预测值Pi。这个预测值，例如利用随后将讨论的两个参数a，b，以Pi=a^*si+b来计算。

在第四步24，处理器将预测值Pi加到固定的补偿上，作为如由输出站中处理以及输出站与最后的输出之间的任何传输的延迟所需要的。此加法的结果与消息一起储存作为一个时间标记。随后，在第五步25，处理器测试是否剩下任何消息，并且，如果是，则对于那些消息，流程图从第二步开始重复。在一个稍后的时间，依据消息中的抽样的存储器位置或者依据从输出站接收的消息的请求传输该消息。

在抽样周期性地对应于返回时间点ti=t0+i^*dt的例子中，预测可以增加地计算：P(i)=P(i-1)+a^*dt。在这种情况下，对于预知Pi，增量是唯一需要的参数。

图2流程图的第三步23需要预测参数a，b。

图3表示用于估计这些参数的过程的流程图。在第一步31处理器产生这些参数的初始估计。例如，经可变等待时间总线10通过两次读取输出时钟计数器12a。这样产生输出时钟计数器12的两个抽样M1，M2。例如通过在发送一个对输出时钟计数器12a的抽样的请求之后或者在输出时钟计数器12a抽样的接收之后对它们的本地时钟计数器进行抽样，处理器确定对于这些抽样它们的本地时钟计数器的相应的时钟计数t1，t2。由此，可以设置一初始估算为a=(M2-M1)／(t2-t1)与b=M2-a^*t2或者b=(M1+M2-a^*(t1+t2))／2。处理器将抽样M2分配给可变的My，其保存输出时钟计数器的最后的前一个的抽样，并将抽样t2分配给可变的ty，其保存本地时钟计数器的最后的前一个的抽样。

在该流程图的第二步32中，处理器经可变等待时间总线10读取输出时钟计数器12a的另一个抽样Mx并确定它们的本地时钟计数器的一个相应的时钟计数tx。在第三步33，处理器通过使用迄今为止抽样Mx与它的预测值(Mpred=a^*tx+b)之间测量的差错的平均值来调整参数a和b两者或是两者之一的值。

平均值可以计算作为计数值增量的运转的平均值，例如如下，

新的a=旧的a+f^*(Mx-My-旧的a^*(tx-ty))

在此，f是一个因数，其可以设置为选择来控制a变化速率的一个常量。例如，如果时钟计数器的连续的抽样tx，ty平均值分别为dt并且期望在N(例如N=10)个抽样的时间范围上″a″仅仅略微变化，则f可以设置为1／(N^*dt)。做为选择，一个以变量f=1／(tx-t0)开始且在程序最初的时间时为f0，并且一旦tx-t0＞N^*dt)时，在1／(N^*dt)处保持f为常量。f的准确值不是本发明的关键。只要它足够地小以便避免与用于计算″a″表示式的递归性质相关的稳定性问题。

同样地，人们可以计算″b″的值，按照

新的b=旧的b+f2^*(Mx-新的a^*tx-旧的b)

在此，例如f2等于1／N。可是，不背离本发明，人们可以限定仅仅对″a″修改而保持″b″为常数或仅仅对″b″修改而保持″a″为常量。代替简单项f^*(…)，人们可以使用更复杂的项，例如从若干抽样时间线性合并M值，或者利用非线性函数。

如果抽样周期性地产生，则tx-ty将固定并且″a″可以通过与固定因数相乘来修改。即使tx-ty仅仅近乎固定也可以使用固定因数。

在流程图的第四步34，参数或者参数组a以及／或者b的新的估算用于代替以前的估算，因此，他们可用于图2的第三步23。

在第四步34之后，从第二步32开始重复流程图。原则上，a以及／或者b的修改过程可以永远运行。如果期望的话，一旦程序停止消息的传输则修改过程可以终止。

图2和3表示时间标记计算与参数估计作为并行程序的过程，但是当然，涉及这些过程的步骤还可以作为单个程序的部分来执行，其对计算时间标记之间的时钟进行抽样。在图2和3的实施例中，本质的是一个程序在与输出相应的消息的时间没有关联的时间处计算时间标记，通过获得一个或多个参数a，b的估计用于计算来自不同的时钟计数器的抽样中的时间标记。

一些处理器包括允许在程序控制之下调整本地时钟计数器的时钟频率的硬件。在此类处理器中，通过包括调整用于获得抽样t1，t2，tx等等的本地时钟计数器的频率的程序指令，至少可以部分地实现本发明。利用在时钟频率之上的十分精细的控制，可以有能力调整时钟频率，例如因此，频率中的变化为df=Q(g^*(Mx-a^*tx-b))，在此，a和b是固定的而Q是量化函数，其对时钟可以调整到其上的频率进行量化。如果量化步骤太粗糙，则频率调整可以与如上所述的a以及／或者b的修改结合并另外调整″a″通过频率被调整的因数的倒数。

Claims (10)

1．一种用于输出实时信号的信号处理系统，该系统包括

-一个接收站，用于接收定义抽样的信号和用于依据信号定义的时间基准确定抽样的期望的输出时间点，输入站利用期望的输出时间点来确定抽样的时间标记；

-一种可变等待时间总线；

-通过该总线耦合到接收站的一个输出定时器，该输出定时器与时间基准异步；

-一个输出站，当输出定时器达到相对于该时间标记的一个预定时间值时用于输出抽样；

-接收站中的一个处理器，利用一个程序已编程，该程序用于从输出定时器的未来时间值中确定时间标记，依据输出时间点和至少一个参数来预知未来的时间值，否则独立于为抽样执行该程序的时间，该程序利用经总线从输出定时器读取的定时值取平均值来估计该至少一个参数。

2．根据权利要求1的一种系统，其中，该程序在乘以了一个因数的时间点处从加上时间值的补偿中来预知未来的时间值，该因数和／或补偿是通过利用定时值取平均值获得的参数。

3．根据权利要求2的一种系统，其中，通过对读取的和预知的定时值之间的差错和／或定时值增量求平均值来调整因数和／或补偿。

4．根据权利要求1的一种系统，其中，信号包括用于周期性地顺序输出时间点的抽样序列，该程序通过向前述抽样的前面的时间标记增加一个增量来计算抽样的时间标记，通过使用定时值取平均值获得该增量。

5．根据权利要求4的一种系统，其中，当抽样到达后，处理器读取输出定时器的定时值，并将该定时值与这些抽样确定的时间点的预知输出定时器的定时值进行比较，预知定时值和抽样的定时值之间的差错被于纠正至少一个参数。

6．产生实时信号的一种方法，该方法包括

-接收定义抽样的一个信号；

-相对于由该信号定义的时间基准来确定抽样的期望的输出时间点；

-相对于与时间基准异步的输出定时器计算抽样的时间标记，利用一个计算机程序，该程序依据输出时间点和至少一个参数来预知未来的时间值，否则独立于对于抽样执行该程序的时间，该程序利用经总线从输出定时器读取的定时值取平均值来估计该至少一个参数。

-当输出定时器达到相对于该时间标记的一个预定时间值时输出抽样。

7．根据权利要求6的一种方法，其中，经可变等待时间总线读取定时值，从该定时值估计至少一个参数。

8．根据权利要求7的一种方法，其中，该程序在加上补偿的时间点处预知未来的时间值作为因数与时间值相乘，该因数和／或补偿是通过利用定时值取平均值获得的参数。

9．根据权利要求8的一种方法，其中，该信号包括用于周期性地顺序输出时间点的抽样序列，通过向先前的抽样的先前的时间标记增加一个增量来计算时间标记，通过用定时值取平均值获得该增量。

10．根据权利要求9的一种方法，其中，当抽样到达后，读取输出定时器的定时值，并将该定时值和／或它们的增量与这些抽样确定的时间点的预知输出定时器的定时值和／或它们的增量进行比较，预知定时值和抽样的定时值之间的差错和／或它们的增量被用于纠正至少一个参数。

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