DE102012216075A1

DE102012216075A1 - System for acquiring signal data, has control logic that is provided for operating subsystem, such that pre-processed signal data are reduced by subsystem before sending to data links

Info

Publication number: DE102012216075A1
Application number: DE201210216075
Authority: DE
Inventors: Alfred Fuchs; Peter Juzl
Original assignee: Siemens Convergence Creators GmbH
Current assignee: Atos Convergence Creators GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13

Abstract

The system (DAQ) has a processing and/or memory system (VS1,VS2) for signal data that is connected over data links (PCI1,PCI2). An analog-to-digital converter (AD) is provided for producing signal data from analog signals (DS) provided in real-time. A control logic (SL) is provided for controlling a transmission of signal data. The control logic is provided for operating a subsystem (S1), such that the pre-processed signal data are reduced by the subsystem before sending to the data links.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Datenerfassung und Weiterleitung diese Daten. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zur Erfassung von Signaldaten, welche in Echtzeit als kontinuierlicher Datenstrom vorliegen. Das System ist dabei über Datenverbindungen, insbesondere über so genannte Peripheral Component Interconnect- oder PCI-Verbindungen, zur Verbindung von Peripheriegeräten mit einem Verarbeitungs- und/oder Speichersystem für die erfassten Signaldaten verbunden. The invention relates generally to the field of data collection and routing of these data. More particularly, the present invention relates to a system for acquiring signal data present in real-time as a continuous data stream. The system is connected via data connections, in particular via so-called Peripheral Component Interconnect or PCI connections, for connecting peripheral devices to a processing and / or storage system for the acquired signal data.

Stand der Technik State of the art

Im Bereich der Messtechnik wird unter Datenerfassung oder englisch Data Aquisition (DAQ) eine Aufnahme von analogen Signalen mittels einer geeigneten Hardware wie z.B. einer Datenerfassungskarte verstanden. Dabei werden üblicherweise mit Hilfe eines Analog-Digital-Umsetzers aus den analogen Signalen digitale Daten erzeugt. Diese digitalen Daten können dann beispielsweise mittels geeigneter Software erfasst und/oder weiterverarbeitet sowie häufig auf einem Speichermedium abgespeichert werden. Bei der Datenerfassung wird z.B. zwischen einer Off-Line- und einer On-Line-Datenerfassung unterschieden. In the field of measurement technology, data acquisition or English data acquisition (DAQ) is a recording of analog signals by means of suitable hardware such. a data acquisition card understood. In this case, digital data are usually generated from the analog signals with the aid of an analog-to-digital converter. This digital data can then be detected and / or further processed, for example by means of suitable software, and frequently stored on a storage medium. In data acquisition, e.g. a distinction between off-line and on-line data acquisition.

Bei manchen Systemen wie z.B. beim Testen von Satellitenkomponenten oder auch beim Empfang von Satellitensignalen fallen große Datenmengen an, vor allem wenn eine Empfängerarchitektur dem so genannten Software Defined Radio- oder SDR-Prinzip folgt. Dabei wird möglichst eine gesamte Signalverarbeitung eines Hochfrequenz-Senders oder -Empfängers mit Hilfe einer anpassbaren Hardware in Software abgebildet. Im engeren Sinn handelt sich bei einem SDR-System um ein Funktelekommunikationssystem, bei welchen eine software-konfigurierbare Plattform beispielsweise zur Modulation und Demodulation sowie zum Aufwärts- bzw. Abwärtsmischen eines Datensignals benutzt wird. In some systems, e.g. When testing satellite components or when receiving satellite signals, large amounts of data are required, especially if a receiver architecture follows the so-called software defined radio or SDR principle. As far as possible, an entire signal processing of a high-frequency transmitter or receiver is imaged in software with the aid of customizable hardware. In the narrower sense, an SDR system is a radio telecommunications system in which a software-configurable platform is used, for example, for modulation and demodulation as well as for up / down mixing of a data signal.

Die Daten, welche bei diesem Vorgängen wie z.B. beim Testen von Satellitenkomponenten, beim Empfang von Satellitensignalen, etc. anfallen, müssen nicht selten in Echtzeit erfasst und zuverlässig in einem Speichermedium bzw. Speichersystem gespeichert werden. Ein Verarbeiten und Abspeichern dieser relativ großen Datenmengen in Echtzeit erfordert aber sehr hohe Datenübertragungsrate bzw. Kanalkapazitäten, welche von Komponenten zur Datenweiterleitung wie z.B. einem Bussystem und/oder den System zur Verarbeitung und/oder Speicherung zur Verfügung gestellt werden müssen. Durch die Datenübertragungsrate wird eine digitale Datenmenge angegeben, welche innerhalb einer Zeiteinheit über einen Übertragungskanal übertragen wird. Eine maximal mögliche Datenübertragungsrate, bei welcher über einen Übertragungskanal fehlerfrei übertragen werden kann, wird als Kanalkapazität bezeichnet. The data involved in these operations, e.g. when testing satellite components, receiving satellite signals, etc., not infrequently must be detected in real time and stored reliably in a storage medium or storage system. However, processing and storing these relatively large amounts of data in real time requires very high data transfer rates or channel capacities, which are required by data forwarding components, e.g. a bus system and / or the system for processing and / or storage must be provided. By the data transmission rate, a digital amount of data is given, which is transmitted within a time unit via a transmission channel. A maximum possible data transmission rate, which can be transmitted without errors via a transmission channel, is referred to as channel capacity.

Ein Übertragungskanal kann beispielsweise eine Datenverbindung in einem Rechnernetz, eine Datenverbindung zwischen einer Datenerfassungseinrichtung und weiteren Systemen (z.B. Verarbeitungs- und/oder Speichersystemen) oder eine Schnittstelle zu einem Speichersystem sein. Häufig wird bei Datenerfassungssystem als Datenverbindung zu weiteren Systemen zum Verarbeiten und/oder Speichern von Daten ein so genannter Bus eingesetzt. Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern (z.B. Peripheriegeräte, Computer, etc.) über einen gemeinsamen Übertragungsweg, bei welchem die Teilnehmer nicht an der Datenübertragung zwischen anderen Teilnehmern beteiligt sind. Bussysteme werden insbesondere innerhalb von Computer und zur Verbindung von Computer mit Peripheriegeräten, aber auch bei einer Ansteuerung von Maschinen eingesetzt. Als Datenverbindung zwischen Peripheriegeräten, welche einer Ein- und/oder Ausgabe von Daten oder Befehlen in eine Zentraleinheit bzw. in einen Computer dienen, wird beispielsweise häufig ein so genannter Peripheral Component Interconnect-Bus oder PCI-Bus eingesetzt. PCI ist ein Bus- bzw. Datenübertragungsstandard zur Verbindung von Peripheriegeräten mit einem Chipsatz eines Prozessors. Dieser Bus-Standard wird hauptsächlich im Personal Computer bzw. PC-Umfeld eingesetzt. Beim Erfassen von großen Datenmengen insbesondere in Echtzeit stellt aber die Übertragungsrate bzw. die Kanalkapazität der Datenverbindung wie z.B. des PCI-Busses mit einem Verarbeitungs- und/oder Speichersystem eine Limitierung dar, welche zu Verzögerungen in der Weiterleitung, Einschränkungen in der Echtzeitverarbeitung der Daten sowie zu einer geringeren Zuverlässigkeit bei den verarbeiteten bzw. abgespeicherten Daten führen kann. A transmission channel may be, for example, a data connection in a computer network, a data connection between a data acquisition device and other systems (e.g., processing and / or storage systems), or an interface to a storage system. Frequently, a so-called bus is used as a data connection to other systems for processing and / or storing data in a data acquisition system. A bus is a system for transferring data between multiple subscribers (e.g., peripherals, computers, etc.) over a common transmission path in which subscribers are not involved in data transfer between other subscribers. Bus systems are used in particular within computers and for connecting computers to peripheral devices, but also when controlling machines. As a data connection between peripheral devices, which serve to input and / or output data or commands in a central processing unit or in a computer, for example, often a so-called Peripheral Component Interconnect bus or PCI bus is used. PCI is a communication standard for connecting peripherals to a chipset of a processor. This bus standard is mainly used in the personal computer or PC environment. When capturing large amounts of data, in particular in real time, but the transmission rate or the channel capacity of the data connection such. The PCI bus with a processing and / or storage system is a limitation, which can lead to delays in the forwarding, limitations in the real-time processing of the data and to a lower reliability in the processed or stored data.

Eine Möglichkeit große Datenmengen in Echtzeit rasch zu verarbeiten, besteht beispielsweise darin empfangene Rohdaten z.B. während des Testens einer Satellitenkomponente oder beim Empfang von Satellitensignalen unverzüglich z.B. mittels speicherprogrammierbarer Schaltungen zu verarbeiten. Durch diese Verarbeitung wird eine Datenreduktion herbeigeführt und damit die weiterzuleitende Datenmenge reduziert. Diese Lösung weist allerdings den Nachteil auf, dass die Rohdaten durch die Verarbeitung verloren gehen und für eine allfällige erweiterte Analyse nicht mehr zur Verfügung stehen. One way to quickly process large amounts of data in real time, for example, is to receive received raw data, e.g. while testing a satellite component or when receiving satellite signals, e.g. to process by means of programmable logic circuits. Through this processing, a data reduction is brought about and thus the amount of data to be forwarded is reduced. However, this solution has the disadvantage that the raw data is lost through processing and is no longer available for any extended analysis.

Es ist aber auch möglich z.B. eine so genannte Softwarezentrierte Lösung für eine Datenverarbeitung großer Datenmengen in Echtzeit einzusetzen. Diese würde beispielsweise darin bestehen, eine redundante Rechnerstruktur – einen so genannten Cluster – aufzubauen. Ein Cluster bezeichnet dabei eine Anzahl von vernetzten Rechnern, welche von außen üblicherweise als ein Computer gesehen werden können und in der Regel über ein schnelles Netzwerk miteinander verbunden sind. Cluster werden meist verwendet, um eine Rechnerkapazität oder eine Verfügbarkeit gegenüber einem einzelnen Computer zu erhöhen. Die redundante Rechnerstruktur kann dann beispielsweise für ein zuverlässiges und rasches Weiterleiten und Speichern der Daten mit einem massiv-parallelen Speichersystem wie z.B. einem Storage-Area-Network (SAN) bzw. Speichernetzwerk verbunden sein. Als SAN wird im Bereich der Datenverarbeitung ein Netzwerk zur Anbindung von z.B. Festplattensubsystemen bezeichnet. SAN sind insbesondere für serielle, kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsübertragungen von großen Datenmengen konzipiert worden. Diese Lösung ist allerdings sehr komplex und mit großem Aufwand wie Kosten verbunden. But it is also possible, for example, a so-called software-centric solution for data processing of large amounts of data in real time use. This would be, for example, to build a redundant computer structure - a so-called cluster. A cluster refers to a number of networked computers, which can be seen from the outside usually as a computer and are usually connected to each other via a fast network. Clusters are most commonly used to increase computer capacity or availability over a single computer. The redundant computer structure can then be connected to a massively parallel storage system such as a storage area network (SAN) or storage network, for example, for reliable and rapid forwarding and storage of the data. In the field of data processing, SAN is a network for the connection of eg hard disk subsystems. SANs have been designed especially for serial, continuous high-speed transmissions of large volumes of data. However, this solution is very complex and associated with great expense such as costs.

Eine weiterer Ansatz große Datenmengen in Echtzeit mit einem einfachen Rechnersystem (z.B. Personal Computer, etc.) zu verarbeiten und zuverlässig an ein Speichersystem weiterzuleiten, besteht darin, auf einer Seite des Rechners die Performanz zu erhöhen. Dazu werden an die Datenverbindung zwischen Peripheriegerät, über welches die Daten in Form eines Datenstroms empfangen und gegebenenfalls von analogen Signalen in digitale Daten umgewandelt werden, und Verarbeitungssystem bzw. Rechner zusätzliche Einheiten wie z.B. eine so genannte Graphics Processing Unit und ein so genanntes Solid-State-Drive angebracht. Damit wird zwar rechnerseitig die Performanz bzw. die Verarbeitungsgeschwindigkeit für die empfangenen Daten erhöht, allerdings stellt die Übertragungsrate bzw. die Kanalkapazität der Datenverbindung (z.B. PCI-Bus, etc.) eine Limitierung für die Verarbeitungsgeschwindigkeit dar. D.h. durch die Übertragungsrate bzw. Kanalkapazität der Datenverbindung zum Peripheriegerät bzw. Datenempfang kann es zur Verzögerungen und gegebenenfalls Datenverlusten kommen, so dass eine Echtzeit-Verarbeitung nur bedingt möglich ist bzw. die Daten nicht zuverlässig gespeichert werden können. Another approach to processing large amounts of data in real time with a simple computer system (e.g., personal computer, etc.) and reliably forwarding it to a storage system is to increase performance on one side of the computer. For this purpose, the data connection between the peripheral device, via which the data is received in the form of a data stream and optionally converted from analogue signals to digital data, and the processing system or computer, are provided with additional units, e.g. a so-called graphics processing unit and a so-called solid-state drive attached. Thus, while the performance or processing speed for the received data is increased on the computer side, the transmission rate or channel capacity of the data connection (e.g., PCI bus, etc.) is a limitation on the processing speed. Due to the transmission rate or channel capacity of the data connection to the peripheral device or data reception, there may be delays and possibly data losses, so that real-time processing is only possible to a limited extent or the data can not be reliably stored.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, durch welches ein Erfassen von Signaldaten in Echtzeit ohne großen Aufwand und Kosten sowie ohne Limitierung durch Übertragungsraten einer Datenverbindung und Datenverluste ermöglicht wird. The invention is therefore based on the object of specifying a system by which a recording of signal data in real time without great effort and expense and without limitation by transmission rates of a data connection and data loss is made possible.

Diese Aufgabe wird ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a system of the type mentioned above with the features according to the independent claim. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe mit einem System zur Erfassung von Signaldaten der eingangs erwähnten Art, bei welchem ein Analog-Digital-Umsetzer zum Erzeugen von Signaldaten aus vorliegenden, analogen Signalen, eine Steuerlogik zum Steuern einer Weiterleitung der Signaldaten und zumindest ein Subsystem vorgesehen sind, wobei das Subsystem zumindest aus einer Rechnereinheit, einer Speichereinheit und einer Kommunikationseinheit besteht. Bei erfindungsgemäßen System steuert weiterhin die Steuerlogik das zumindest eine Subsystem derart an, dass die Signaldaten vor einer Weiterleitung an die Datenverbindungen durch das Subsystem mittels Vorverarbeitung reduziert werden. According to the invention, the object is achieved with a system for detecting signal data of the type mentioned, in which an analog-to-digital converter for generating signal data from present, analog signals, a control logic for controlling a forwarding of the signal data and at least one subsystem are provided , wherein the subsystem consists of at least one computer unit, a memory unit and a communication unit. In the system according to the invention, furthermore, the control logic controls the at least one subsystem in such a way that the signal data are reduced by means of preprocessing before being forwarded to the data connections by the subsystem.

Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass durch die Steuerlogik und das Subsystem des erfindungsgemäßen Systems die empfangenen Signaldaten vorverarbeitet und gespeichert werden können. Damit werden Limitierungen durch Übertragungsrate und/oder Kanalkapazität bei der Weiterleitung über Datenverbindungen wie z.B. ein Bussystem vermieden. Durch das Subsystem mit seiner Rechner – und Speichereinheit weist das erfindungsgemäße System eine direkte Verbindung mit Einheiten auf, von welchen in Echtzeit einlangende Signaldaten verarbeitet und gespeichert werden können. Es besteht damit die Möglichkeit, die Daten beispielsweise aufzuzeichnen, wenn z.B. bei den Datenverbindungen zum Verarbeitungs- und/oder Speichersystem oder bei Verarbeitungs- und/oder Speichersystem selbst Kapazitäten fehlen oder das Verarbeitungs- und Speichersystem z.B. nicht verfügbar ist. Damit werden auf sehr einfache Weise Verlust von Signaldaten verhindert und Limitierungen durch die Übertragungsrate der Datenverbindungen ausgeglichen. Da das erfindungsgemäße System sehr einfach erweiterbar ist bzw. weitere Subsysteme eingefügt werden können, kann das erfindungsgemäße System auf einfache Weise und ohne großen Aufwand flexibel an einen Bedarf (z.B. Übertragungsleistung, Übertragungsrate, etc.) angepasst werden. D.h. durch das erfindungsgemäße System ist eine Übertragungsrate für einen Weiterleitung der Signaldaten skalierbar. Weiterhin ist ein Kommunikationsprotokoll, welche zwischen der Steuerlogik und dem zumindest einen Subsystem eingesetzt wird, frei wählbar. Dadurch entstehen keinen zusätzlichen Limitierungen innerhalb des erfindungsgemäßen Systems. The main aspect of the proposed solution according to the invention is that the received signal data can be preprocessed and stored by the control logic and the subsystem of the system according to the invention. This limits by transmission rate and / or channel capacity in the forwarding over data connections such. a bus system avoided. As a result of the subsystem with its computer and memory unit, the system according to the invention has a direct connection to units from which real-time incoming signal data can be processed and stored. It is therefore possible to record the data, for example, if e.g. in the data connections to the processing and / or storage system or in the processing and / or storage system itself, capacities are lacking or the processing and storage system e.g. not available. This prevents loss of signal data in a very simple way and compensates for limitations by the transmission rate of the data connections. Since the system according to the invention can be easily expanded or additional subsystems can be inserted, the system according to the invention can be adapted flexibly to a demand (for example transmission power, transmission rate, etc.) in a simple manner and without great expense. That A transmission rate for forwarding the signal data is scalable by the system according to the invention. Furthermore, a communication protocol, which is used between the control logic and the at least one subsystem, freely selectable. This results in no additional limitations within the system according to the invention.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Steuerlogik als so genanntes Field Programmable Gate Array oder kurz FPGA oder als so genannte Application specific integrated Circuit oder kurz ASIC ausgeführt ist. Durch den Einsatz einer parametrierbaren und programmierbaren logischen Schaltung wie z.B. einem FPGA kann ein Management der Weiterleitung der Signalsteuerung auf einfache Weise sehr leicht erweitert, geändert oder einen neuen Bedarf wie z.B. geänderte Übertragungsrate, zusätzliches Subsystem, etc. angepasst werden. Ein FPGA ist ein so genannter integrierter Schaltkreis (IC) der Digitaltechnik, in dem logische Schaltungen programmiert werden können, wobei vor allem Strukturvorschriften für die Schaltung festgelegt werden. Damit wird zunächst eine grundlegende Funktionsweise einzelner Blöcke vorgegeben und dann deren Verschaltung untereinander festgelegt. FPGA werden insbesondere in Bereichen eingesetzt, in welchen es auf eine schnelle Signalverarbeitung und eine flexible Änderungen einer Schaltung ankommt. It is advantageous if the control logic as a so-called field programmable gate array or short FPGA or as a so-called application specific integrated circuit or short ASIC is executed. By using a parameterizable and programmable logic circuit such as an FPGA, a management of the forwarding of the signal control in a simple way can be easily extended, changed or adapted to a new need such as changed transmission rate, additional subsystem, etc. An FPGA is a so-called integrated circuit (IC) of digital technology, in which logic circuits can be programmed, in particular, structural specifications are established for the circuit. Thus, initially a basic mode of operation of individual blocks is specified and then their interconnection is established among each other. FPGAs are used in particular in areas in which fast signal processing and flexible circuit changes are important.

Alternativ kann als Steuerlogik auch ein so genannter ASIC verwendet werden. Der Einsatz eines ASICs bietet den Vorteil, dass die Steuerlogik genau an die jeweiligen Bedürfnisse anwendungsspezifisch angepasst werden kann. Aufgrund einer Anpassung der Architektur des ASICs an ein spezifisches Problem kann von diesem sehr effizient und schnell gearbeitet werden. Gegenüber dem Einsatz eines FPGAs weisen ASICs allerdings den Nachteil auf, dass eine Funktion des ASICs nach der Herstellung nicht mehr manipulierbar ist, da die Funktionalität des ASICs vorab eindeutig festgelegt werden muss und somit fest vorgegeben ist, und dass ASICs insbesondere bei kleinen Stückzahlen hohe Entwicklungskosten aufweisen. Alternatively, a so-called ASIC can also be used as the control logic. The use of an ASIC offers the advantage that the control logic can be adapted to the specific needs of the application. By adapting the architecture of the ASIC to a specific problem, it can be worked very efficiently and quickly. Compared to the use of an FPGA, however, ASICs have the disadvantage that a function of the ASIC after production can no longer be manipulated, since the functionality of the ASIC must first be clearly defined and thus fixed, and the ASICs have high development costs, especially for small quantities exhibit.

Es ist auch günstig, wenn im zumindest einen Subsystem als Rechnereinheit eine so genannte Graphics Processing Unit oder GPU vorgesehen ist. Eine Graphics Processing Unit oder GPU ist eine spezialisierte elektronische Einheit, welche dazu designed und ausgelegt ist, sehr rasch Speicherinhalte zu manipulieren und/oder zu ändern – insbesondere um einen Aufbau und Berechnung von Bildausgaben auf Computereinheiten zu beschleunigen. Diese GPUs werden allerdings nach dem so genannten „General Purpose Computation on Graphics Processing Units“-Konzept mittlerweile für Verwendungen eingesetzt, welche über den ursprünglichen Anwendungsbereich der GPUs hinausgehen. So werden heutzutage GPUs z.B. für Berechnungen zu technischen und/oder wirtschaftlichen Simulationen, rasche Datenverarbeitung, etc. eingesetzt. Insbesondere bei parallelen Algorithmen kann durch eine Verwendung von GPUs eine enorme Geschwindigkeitssteigerung z.B. im Vergleich zu einem Hauptprozessor erzielt werden. It is also advantageous if a so-called graphics processing unit or GPU is provided in the at least one subsystem as computer unit. A graphics processing unit or GPU is a specialized electronic unit designed and designed to rapidly manipulate and / or modify memory contents, particularly to speed construction and computation of computer unit image output. However, these GPUs are now being deployed beyond the original scope of the GPUs, using the so-called "General Purpose Computation on Graphics Processing Units" concept. So nowadays GPUs are being used e.g. used for calculations for technical and / or economic simulations, rapid data processing, etc. Particularly in parallel algorithms, by using GPUs, a tremendous increase in speed can be achieved e.g. compared to a main processor.

Die Speichereinheit des Subsystem wird idealer Weise aus so genannten Solid-State-Speichereinheiten gebildet. Eine Solid-State- oder Festkörper-Speichereinheit ist ein elektronisches Speichermedium, welches beispielsweise durch Halbleiterbausteine realisiert wird und einen nicht-flüchtigen Speicher darstellt. Auf diese Weise können empfangene Signaldaten in der Speichereinheit sehr einfach (zwischen) gespeichert werden, wenn z.B. eine Weiterleitung der Signaldaten an das Verarbeitungs- und/oder Speichersystem nur begrenzt oder nicht möglich ist – beispielsweise wegen mangelnder Übertragungskapazität oder mangelnder Verfügbarkeit des Verarbeitungs- und/oder Speichersystems. Als Speichereinheit kann daher beispielsweise ein so genanntes Programmable Read Only Memory oder PROM bzw. Electrically Erasable PROM oder EEPROM eingesetzt werden. The memory unit of the subsystem is ideally formed of so-called solid state memory units. A solid-state or solid-state memory unit is an electronic storage medium, which is realized for example by semiconductor components and represents a non-volatile memory. In this way, received signal data in the memory unit can be stored very easily (between) when e.g. a forwarding of the signal data to the processing and / or storage system is limited or not possible - for example, due to lack of transmission capacity or lack of availability of the processing and / or storage system. As a storage unit, therefore, for example, a so-called Programmable Read Only Memory or PROM or Electrically Erasable PROM or EEPROM can be used.

Idealer Weise ist eine Verbindung zwischen der Steuerlogik und dem zumindest einem Subsystem als schnelle, serielle Verbindung, insbesondere als so genannter n-Gigabit high-speed serial Links, ausgeführt. Durch einen Einsatz einer schnellen, seriellen Verbindung zwischen der Steuerlogik und dem Subsystem können die empfangenen Signaldaten sehr rasch an das Subsystem weitergeleitet werden. Dadurch werden insbesondere Datenverluste verhindert und eine rasche Erfassung der Signaldaten durch das erfindungsgemäße System sichergestellt. Ideally, a connection between the control logic and the at least one subsystem is designed as a fast, serial connection, in particular as a so-called n-gigabit high-speed serial link. By using a fast, serial connection between the control logic and the subsystem, the received signal data can be forwarded to the subsystem very quickly. As a result, in particular data losses are prevented and rapid acquisition of the signal data by the system according to the invention is ensured.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein baulicher Aufbau des zumindest einen Subsystems derart ausgestaltet, dass das zumindest eine Subsystem in einen Sockel für eine standardisierte Solid-State-Disk oder Festkörperlaufwerk einpassbar ist. Eine derartige bauliche Ausgestaltung des Subsystems bietet den Vorteil, einer einfachen weiteren Skalierbarkeit der Rechenleistung des erfindungsgemäßen Systems innerhalb eines Speicherarrays. Es können dadurch auch kommerzielle Speichersysteme, welche z.B. Steckplätze für Solid-State-Speichereinheiten aufweisen, als mechanische Plattform verwendet werden. D.h. ein oder mehrere Subsysteme des erfindungsgemäßen Systems können sehr einfach in einem kommerziellen Speichersystem baulich eingepasst und untergebracht werden. In a preferred embodiment of the invention, a structural design of the at least one subsystem is configured such that the at least one subsystem can be fitted in a socket for a standardized solid-state disk or solid-state drive. Such a structural design of the subsystem offers the advantage of a simple further scalability of the computing power of the system according to the invention within a memory array. Thereby, commercial storage systems, e.g. Slots for solid-state storage units have to be used as a mechanical platform. That One or more subsystems of the system according to the invention can be structurally fitted and accommodated very easily in a commercial storage system.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems zeichnet sich dadurch aus, dass ein redundanter Aufbau vorgesehen ist, wobei die Steuerlogik über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung mit einer redundanten Steuerlogik verbunden ist. Durch einen redundanten Aufbau des erfindungsgemäßen Systems wird insbesondere eine Ausfallssicherheit gesteigert und damit zusätzlich ein Verlust von empfangenen Signaldaten verhindert. Durch eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen einer Steuerlogik des erfindungsgemäßen Systems und einer Steuerlogik des redundanten Systems kann im Bedarfsfall rasch umgeschaltet werden bzw. zusätzliche Kapazität zur Erfassung von Signaldaten zur Verfügung gestellt werden. An advantageous embodiment of the system according to the invention is characterized in that a redundant structure is provided, wherein the control logic is connected via a high-speed connection with a redundant control logic. By a redundant structure of the system according to the invention in particular a reliability is increased and thus additionally prevents loss of received signal data. By means of a high-speed connection between a control logic of the system according to the invention and a control logic of the redundant system, it is possible, if required, to switch over quickly or to provide additional capacity for the acquisition of signal data.

Kurzbeschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur erläutert. Es zeigt 1 beispielhaft und schematisch das erfindungsgemäße System zur Erfassung von Signaldaten in einer redundanten Ausführungsform. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying figure. It shows 1 exemplary and schematically the inventive system for detecting signal data in a redundant embodiment.

Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention

1 zeigt in schematischer und beispielhafter Weise das erfindungsgemäße System DAQ zur Erfassung von Signaldaten, wobei das in 1 dargestellte System einen redundanten Aufbau aufweist. D.h. ein erstes erfindungsgemäßes System DAQ ist aus Sicherheitsgründen und/oder Gründen der Skalierbarkeit bzw. Anpassung an eine notwendige Datenerfassungsleistung über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung CL mit einem zweiten redundanten erfindungsgemäßen System DAQr verbunden. 1 shows in a schematic and exemplary manner the system according to the invention DAQ for the acquisition of signal data, wherein the in 1 shown system has a redundant structure. That is, a first system according to the invention DAQ is connected to a second redundant system DAQr for safety reasons and / or reasons of scalability or adaptation to a necessary data acquisition performance via a high-speed connection CL.

Das erfindungsgemäße System DAQ zur Erfassung von Signaldaten besteht aus einem sehr schnellen Analog-Digitalumsetzer AD, von welchem die in einem kontinuierlichen Datenstrom in Echtzeit eintreffenden Signale DS erfasst und in digitale Signaldaten umgewandelt werden. Das erfindungsgemäße System DAQ umfasst weiterhin eine Steuerlogik SL, durch welche eine Weiterleitung der Signaldaten gemanagt und gesteuert wird. Als Steuerlogik SL werden insbesondere komplexe Elektronikbauteile wie z.B. speicherprogrammierbare Bausteine eingesetzt. Die Steuerlogik SL kann insbesondere durch ein Field Programmable Gate Array oder FPGA gebildet werden, in welchem z.B. Vorgaben und Regeln, etc. für eine Steuerung der Weiterleitung der Signaldaten bzw. des Datenflussmanagements programmiert sind. Alternativ kann die Steuerlogik SL auch als so genannter Application specific integrated Circuit oder kurz ASIC ausgeführt sein. The system DAQ according to the invention for the acquisition of signal data consists of a very fast analog-to-digital converter AD, from which the signals DS arriving in real time in a continuous data stream are detected and converted into digital signal data. The system DAQ according to the invention further comprises a control logic SL, by which a forwarding of the signal data is managed and controlled. As the control logic SL, in particular complex electronic components such as e.g. Programmable logic devices used. In particular, the control logic SL may be formed by a Field Programmable Gate Array or FPGA, in which e.g. Specifications and rules, etc. are programmed for a control of the forwarding of the signal data or the data flow management. Alternatively, the control logic SL can also be embodied as a so-called application-specific integrated circuit or ASIC for short.

Weiterhin weist das erfindungsgemäße System DAQ zumindest ein Subsystem S1, S2 auf. In 1 sind beispielhaft zwei Subsystem S1, S2 dargestellt, das erfindungsgemäße System DAQ kann aber je nach Bedarf an z.B. Übertragungsrate, Leistungsfähigkeit, etc. mit weiteren Subsystem S1, S2 erweitert werden. Es bietet sich damit die Möglichkeit zur Skalierung der Leistungsfähigkeit des Systems DAQ durch eine variable Anzahl von Subsystemen S1, S2. Das zumindest eine Subsystem S1, S2 wird von der Steuerlogik SL derart angesteuert, dass die Signaldaten vor einer Weiterleitung an die Datenverbindungen PCI1, PCI2 zu einem Verarbeitungssystem VS1, VS2 und/oder einem Speichersystem SP eine Vorverarbeitung der Signaldaten durch das jeweilige Subsystem S1, S2 durchgeführt und damit die in Echtzeit einlangenden Signaldaten reduziert werden und durch eine Übertragungsrate der Datenverbindungen PCI1, PCI2 keine Limitierung erfahren. Furthermore, the system DAQ according to the invention has at least one subsystem S1, S2. In 1 two subsystems S1, S2 are shown by way of example, but the system DAQ according to the invention can be extended with further subsystem S1, S2 as required, for example, transmission rate, performance, etc. This offers the possibility of scaling the performance of the system DAQ by means of a variable number of subsystems S1, S2. The at least one subsystem S1, S2 is controlled by the control logic SL such that the signal data before forwarding to the data links PCI1, PCI2 to a processing system VS1, VS2 and / or a memory system SP preprocessing the signal data by the respective subsystem S1, S2 performed and thus the incoming signal in real time signal data are reduced and experienced by a transmission rate of the data links PCI1, PCI2 no limitation.

Ein Subsystem S1, S2 wie z.B. das erste Subsystem S1 des in 1 beispielhaft dargestellten erfindungsgemäßen Systems DAQ umfasst dabei zumindest eine Kommunikationseinheit ES zur Kommunikation mit der Steuerlogik SL, wobei zwischen Steuerlogik SL und Subsystem S1 ein Kommunikationsprotokoll entsprechend der jeweiligen Anforderungen (z.B. Verarbeitungsgeschwindigkeit, etc.) frei wählbar ist, eine Rechnereinheit RE und eine Speichereinheit SE. Weitere gegebenenfalls im erfindungsgemäßen System DAQ befindliche Subsysteme S1, S2 umfassen dieselben Komponenten – Rechnereinheit RE, Speichereinheit SE und Kommunikationseinheit ES – wie das beispielhaft beschriebene erste Subsystem S1. Als Rechnereinheit RE ist beispielsweise eine integrierte massiv-parallele Rechnerstruktur wie z.B. eine Graphics Processing Unit bzw. GPU einsetzbar, wobei vorzugsweise eine Strom sparende generische GPU verwendet werden kann. Die Speichereinheit SE kann beispielsweise als Speicherstruktur bestehend aus Solid-State-Speichern ausgestaltet sein. Von einer mechanischen Bauform kann das Subsystem S1, S2 derart ausgestaltet ein, dass es beispielsweise in einen Sockel für standardisierte so genannte Solid-State-Disks oder Festkörperlaufwerke einpassbar ist. A subsystem S1, S2 such as the first subsystem S1 of in 1 Exemplary inventive system DAQ here comprises at least one communication unit ES for communication with the control logic SL, wherein a communication protocol according to the respective requirements (eg processing speed, etc.) is freely selectable between the control logic SL and subsystem S1, a computer unit RE and a memory unit SE. Further subsystems S1, S2 optionally located in the system DAQ according to the invention comprise the same components - computer unit RE, memory unit SE and communication unit ES - as the first subsystem S1 described by way of example. For example, an integrated massively parallel computer structure, such as eg a graphics processing unit or GPU, can be used as computer unit RE, in which case a power-saving generic GPU can preferably be used. The memory unit SE can be designed, for example, as a memory structure consisting of solid-state memories. From a mechanical design, the subsystem S1, S2 designed such that it can be fitted, for example, in a socket for standardized so-called solid-state disks or solid state drives.

Das erfindungsgemäße System DAQ bzw. die Steuerlogik SL des Systems DAQ ist für eine Weiterleitung der Signaldaten an Datenverbindungen PCI1, PCI2 wie z.B. ein Bussystem, insbesondere ein PCI-Bussystem angebunden. Über die Datenverbindungen PCI1, PCI2 werden dann die Signaldaten gesteuert durch die Steuerlogik SL an z.B. ein Verarbeitungssystem VS1, VS2 (z.B. einen Rechner oder eine PC) und/oder an ein Speichersystem wie z.B. ein Storage Area Network bzw. SAN weitergeleitet. The system DAQ according to the invention or the control logic SL of the system DAQ is suitable for forwarding the signal data to data connections PCI1, PCI2 such as e.g. a bus system, in particular a PCI bus system connected. Via the data links PCI1, PCI2, the signal data is then controlled by the control logic SL to e.g. a processing system VS1, VS2 (e.g., a computer or a PC) and / or to a storage system such as a computer. forwarded to a storage area network or SAN.

Aus Sicherheitsgründen kann das erfindungsgemäße System DAQ – wie beispielhaft und schematisch in 1 dargestellt – redundant ausgeführt sein. Das redundante System DAQr weist dabei einen identen Aufbau wie das erfindungsgemäße System DAQ auf. Es umfasst ebenfalls einen Analog-Digitalumsetzer ADr, durch welchen in Echtzeit eintreffende Signal DS in Signaldaten umgewandelt werden, ein Steuerlogik SLr sowie zumindest ein Subsystem S1r, S2r, welches zumindest aus einer Kommunikationseinheit ES, einer Rechnereinheit RE und einer Speichereinheit SE besteht. Eine Verbindung der beiden Systeme DAQ, DAQr erfolgt über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung CL zwischen der Steuerlogik SL des Systems DAQ und der Steuerlogik SLr des redundanten Systems DAQr. Die Steuerlogik SLr des redundanten Systems DAQr ist ebenfalls an die Datenverbindungen PCI1, PCI2 für eine Weiterleitung der Signaldaten an das Verarbeitungssystem VS1, VS2 und/oder Speichersystem SP angebunden. Das redundante System DAQr kann damit z.B. bei einem Ausfall des erfindungsgemäßen Systems DAQ dessen Aufgaben übernehmen oder mit dem erfindungsgemäßen System DAQ gemeinsam an der Erfassung von Signalen DS arbeiten und damit eine weitere Skalierungs- und Erweiterungsmöglichkeit bieten. For safety reasons, the system according to the invention DAQ - as an example and schematically in 1 shown - be designed redundant. The redundant system DAQr has an identical structure as the system DAQ according to the invention. It also comprises an analog-to-digital converter ADr, by which in real time incoming signal DS are converted into signal data, a control logic SLr and at least one subsystem S1r, S2r, which consists of at least one communication unit ES, a computer unit RE and a memory unit SE. A connection of the two systems DAQ, DAQr takes place via a high-speed connection CL between the control logic SL of the system DAQ and the control logic SLr of the redundant system DAQr. The control logic SLr of the redundant system DAQr is also connected to the data links PCI1, PCI2 for forwarding the signal data to the processing system VS1, VS2 and / or storage system SP. The redundant system DAQr can thus take over its tasks, for example, in the event of a failure of the system DAQ according to the invention or work together with the system DAQ according to the invention for the acquisition of signals DS and thus offer a further scaling and expansion possibility.

Claims

A system (DAQ) for acquiring signal data, wherein the signals (DS) are in real time as a continuous data stream and which are connected via data links (PCI1, PCI2) to a processing and / or storage system (VS1, VS2, SP) for the signal data characterized in that an analog-to-digital converter (AD) for generating signal data from present, analog signals (DS), a control logic (SL) for controlling a forwarding of the signal data and at least one subsystem (S1, S2) consisting of at least one Computing unit (RE), a memory unit (SE) and a communication unit (ES) are provided, and that the control logic (SL) controls the at least one subsystem (S1, S2) such that the signal data before forwarding to the data links (PCI1, PCI2) are reduced by the subsystem (S1, S2) by means of preprocessing.

System according to claim 1, characterized in that the control logic (SL) is designed as a so-called field programmable gate array or FPGA or as a so-called application specific integrated circuit or ASIC.

System according to one of claims 1 to 2, characterized in that in the at least one subsystem (S1, S2) as a computer unit (RE), a so-called graphics processing unit is provided.

System according to one of claims 1 to 3, characterized in that in at least one subsystem (S1, S2), the memory unit (SE) is formed of so-called solid-state memory units.

System according to one of claims 1 to 4, characterized in that a connection between the control logic (SL) and the at least one subsystem (S1, S2) as a fast, serial connection, in particular as so-called n-gigabit high-speed serial links, is executed.

System according to one of claims 1 to 5, characterized in that a structural design of the at least one subsystem (S1, S2) is configured such that the at least one subsystem (S1, S2) in a socket for a standardized solid-state disk or solid state drive is customizable.

System according to one of claims 1 to 6, characterized in that a redundant structure is provided, wherein the control logic (SL) via a high-speed connection (CL) with a redundant control logic (SLr) is connected.