多通道大容量高速数据采集系统

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2001年2月四川大学学报(自然科学版)Feb200l第38卷第1期JournalofSichuanUniversity(Na~alSd~ceEdition)Vo】．38No1文章编号：0490．6756(2001)010029．04多通道大容量高速数据采集系统郭四稳一，古乐野(1_四川大学数学学院，成都610064；2中国科学院成都计算机应用研究所，成都610041)摘要：在国家重点工程《型号工程全机液压导管脉动应力测试与数据处理分析系统》的研究中，作者采用f’20世纪90年代的先进

2、的技术及有效的算法，解决了多通道、大容量微弱信号的高速采样及实时数据处理和●大数据量[一次采样最多360MBytes]的实时存盘等技术难题数据的后处理也比传统的处理方法提高了近10倍，使得在测试现场就可以于较短时间内得到测试结果．关键词：大容量；高速；中断；FIFO~脉动应力；振动中圈分粪号：(3236文峨标识码：Al引言在许多弱小应变信号的调理、采集、存贮和数据分析处理应用中，例如飞机发动机的各种振动特性分析，飞机液压导管强度分析，各种破坏性实验分析等等，由于通道多、数据量大、采样持续的时间长、采集速率高及现场测试条件较为恶劣，给

3、测试系统提出了非常高的要求．国家重点工程《型号工程全机液压导管脉动应力测试与数据处理分析系统》就是针对上述特点开发完成的．本系统可实现远距离动态应变测量，可同时支持80通道的模拟信号采集，现场实际使用的通道资源可任意分配，确保500K／s的采样速率，实现不问断持续2000s的长时同大容量采集．本系统同时提供一套功能强大的大容量数据的后处理软件，采用先进的加速算法和多种速度优化的程序设计技巧【1,3-5]，使大容量数据的处理时间比传统方法下降了一个数量级，能在比较短的时间内实现数百兆字节数据的自动快速分析处理．2系统原理及技术难点2．

4、1系统原理本系统技术要求高，结构复杂，涉及诸多当前测控技术领域的前沿难点．基于此，我们在设计之初便坚持高起点，高标准的设计思想，大量采用9o年代最新计算机和微电子技术成果，将系统的可靠性，先进性，稳定性放在第一位．图l为系统原理框图．图l系坑原理框困收稿日期：2000-10．29维普资讯http://www.cqvip.com四川大学学报(自然科学版)第38卷22技术难点介绍22．1A／D转换技术本项目的核心是持续360M字节，500K的A／D转换技术．要实现360M以上的持续采样，记录方式必须借助硬盘方能实现为了实现A／13转换与

5、A／D转换结果写硬盘的并行实时工作通常采用A／D转换双缓冲存贮器技术．所谓双缓冲存贮器技术是指在A／D板上设置两个A／I)结果缓存单元，每个缓存单元64KB在A／D转换过程中，当一个缓冲区通过内部总线接收来自A／D转换器采集的数据时，计算机通过PC总线及时地将前一时刻存人另一缓冲区的A／D转换结果数据，写人硬盘中如此周而复始，实现持续大容量数据采集．根据我们仔细研究及实验，发现此种方法只能实用于200K下的A／D转换器由于采用双缓冲器互相交替接收A／D数据，在两个缓冲器切换过程中，CPU必须介人做一定工作量的处理当A／D转换速率低于

6、200K时，CPU可以有5ps的时间完成切换动作；当A／D转换速率达到500K时，CPU仅有不足2的切换时间，此时极易造成A／D转换数据丢失现象．另外采用此方法，硬件电路非常复杂，如果不采用专用LSI太规模定制器件，电路的工艺质量难以得到保证本系统中，我们采纳并行多处理机高速数据传输的技术，采用FIFO存贮器作为A／D缓存单元A／D转换器输出的数据流以DMA方式直接写入FIFO存贮器，当FIFO存贮器内数据达到总容量的50％后，其半满标志翻转．该信号引起CPU中断，CPU一次从FIFO中读出已完成转换的A／D数据，然后写人硬盘．在C

7、PU读FIFO的过程中并不影响FIFO继续接收A／D转换的数据流．采用此种先进的A／D缓存原理，可避免频繁的总线切换操作，只要保证在FIFO余下的50％容量未装满之前，将FIFO中的前50％数据及时取走，即可保证不丢失数据基于此原理的A／D转换接口，可达到系统总线的最高吞吐速度．(在IS&总线上可达到2M／s的转换速度)．2．2．2大容量数据高速写盘当A／D转换速度达到500K／s时，有1M字节的数据需要存盘．由于硬盘寻道时间为12ms以上，此时会出现12K字节数据的堆积并且12ms仅是指硬盘的平均寻道时间，在一些情况下，可能会出现

8、数倍于12ms的寻道时间．如采用文件方式写盘，根本无法控制数据存盘的时间．为了解决此技术问题，只有采用低级设备操作方式写盘将一个2．1G硬盘作为专用低级设备进行操作，依据硬盘的物理道进行写人操作．只有此方法能完全克服硬盘磁头寻道带来的