基于FPGA的船舶气象仪数据压缩与存储.pdf

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1、第5期(总第129期)机械管理开发2012年l0月MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT0ct．2012基于FPGA的船舶气象仪数据压缩与存储孙佳，王东明(山东省海洋环境监测技术重点实验室，山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛266001)摘要：介绍了高性能Virtex-4FX20FPGA芯片在船舶气象仪数据存储中的应用。根据船舶气象仪的数据特点，以Virtex-4FX20FPGA为核心控制器，结合LZw数据压缩算法，编写了数据压缩与存储的程序。对船舶气象仪的数据压缩与存储的仿真结果表明，该芯片可以对船舶气象仪的数据

2、进行高速压缩与可靠存储。关键词：FPGA；LZW；数据压缩与存储中图分类号：U674．83文献标识码：A文章编号：1003—773X(2012)05—0138-020引言言编写，具有设计灵活、易船舶气象仪需要实时、连续测量风速、风向、温度、于修改、独立于器件的设相对湿度和气压等气象参数，同时对测量到的数据进计等优点，可以使设计成行实时、连续地计算与存储，并向外发送传输，是舰船果在设计人员之间进行交航海导航中必不可少的设备。因此，船舶气象仪是流和共享，减少硬件电路一个多传感器的综合系统，不仅需要测量各种气象参设计的复杂性。船舶气数，通常还要融合计程仪等

3、外部设备的信息，并进行大象仪数据压缩的程序设计量的实时数据计算，由于数据采集量比较大，因此数据流程图，如图1所示。存储占用了大量的空间，对船舶气象仪的数据存储空间在程序设计中，选用提了’较高的要求。针对船舶气象仪的数据格式，结合256Bytes字典，将输人设为商[~FPGA芯片，对船舟白气象仪的数据进行压缩存储。船舶气象仪数据位的1／2，1船舶气象仪的数据格式即4位，输出为4位；“out．图1程序设计流程图船舶气象仪的数据传输议：符合RS一422串行通put”为是否有数据输出标信标准；有效数据位8位，起始位1位，奇偶校验位1志端口，若为“0”说明没有

4、数据输出，若为“1”则有数据位，停止位1位；数据更新时间为1S；数据传输波特率输，这主要用于控制下一级的串并转换。为了加快为4800bps。查找速度，设计中将字典的数据结构设计为链表，分为2压缩算法的选择16个链表，凡是后缀相同的字串都加到同一链表中。压缩的理论基础是信息论，从信息的角度来看，压字典总共有256项内容，即ram(O)～ram(2551，每一个缩就是去除掉信息中的冗余，即去除掉确定的或可推ram(n)由raml(n)和ram2(n)组成，raml(n)用于存放字串知的信息，保留不确定的信息，也就是用一种更接近信前缀old的内容，ram2

5、(n)用于存放链表下一元素的地息本质的描述来代替原有的冗余的描述，这个本质的址(即索引)。字典前16项内容为单字符，所以它们的东西就是信息量。前缀和索引是一样的，就没有必要存入raml(n)，他们LZW压缩算法就是通过建立一个字符串表，用较的raml(n)主要用于存放本链表的链尾地址，以方便判短的代码来表示较长的字符串来实现压缩。LZW压断查找是否到了链表尾端。查找过程就是先通过缩算法的基本原理是提取原始文本文件数据中的不同new1找到字串属于16个链表中的哪一个链表，然后使字符，基于这些字符创建一个字典，然后用字典中的字用指针f沿着链表一个一个查找

6、下去，看old中的内容符的索引来替代原始文本文件数据中的相应字符，减是否和raml(n1相匹配，一直到链尾。少原始数据大小。LZW压缩算法能有效利用字符出查找后的操作部分也很重要，它决定了是输【叶J最现频率冗余度进行压缩，而且字典白适应生成，因此，大匹配字符的索引还是将字串加入字典，部分程序代设计中选择LZw压缩算作为船舶气象仪数据压缩程码如下：序设计的理论基础。whenl：>3数据压缩算法的程序设计old<=f；船舶气象仪数据压缩程序采用VHDL硬件描述语收稿日期：2012-07—09基金项目：国家高技术研究与发展计划(863)基金资助项目(201

7、2AA091801)作者简介：孙佳(1983一)，男，山东海阳人，助理工程师，硕士，研究方向为海洋仪器仪表及自动控制。E—mail：sunjia0502@163．corn·139·