記錄儀在信號場景仿真中的應用

摘要： 分析歸納了信號處理系統信號模型和記錄儀記錄重演系統實現的信號場景仿真系統。給出該系統的通用信號編碼、信號復合分解方法和電路實現。

關鍵詞： 記錄儀；記錄重演；數據復合；數據分解；信號編碼

引言

數據記錄儀是高速數據接口、大容量存儲的集合體，主要用于信號處理數據記錄和回放。記錄儀具有完整的數據記錄、數據回放和數據定位功能。它能將轉瞬即逝的信號場景保存下來，進行反復再現。為精細反復的信號分析、信號處理算法實驗和設備調試提供方便。用戶如果要將完整記錄和再現信號場景的話，需要通過自己的接口電路實現，這就是記錄重演電路。用記錄儀和記錄重演電路，可以方便地實現性能優越的半實物仿真系統，具有重要的應用價值。

記錄儀

圖1 是記錄儀原理框圖。記錄數據通過并行數據接口進入內存，由CPU通過SCSI或高速網絡接口寫入磁盤或磁盤陣列。記錄儀記錄接口包括：記錄數據、使能和記錄時鐘。記錄儀重演接口包括：數據提取時鐘、輸出數據時鐘、重演數據、重演數據有效信號。

圖1 記錄儀框圖

記錄儀以一定數量記錄數據作為一個記錄單位，記錄單元有編號和附加時間信息作為數據檢索依據。用戶還可以添加事件標志。事件標志含記錄單元編號和時間信息。

記錄數據回放是以順序數據流方式進行的。不能對控制記錄儀對記錄數據進行隨機選擇回放。可以有三種方式對記錄數據回放速率進行控制，以記錄時的時鐘頻率回放、以用戶指定的頻率進行回放和以用戶提供的數據提取時鐘進行數據回放。

記錄時的時鐘頻率是記錄儀在記錄開始時測量的記錄速率。并不反映記錄過程的記錄時鐘頻率變化。因此，三種方式其實只是兩種。以上是我們進行記錄重演系統設計的出發點和主要依據。

記錄儀半實物仿真系統

圖2 是一般信號處理系統外部接口。同步連續數據包括指各種形式的A/D數據和對應數據時鐘，例如LVDS或RS422 電平的多路A/D數據；時序信號是外部控制信號；有些信號處理數據是通過FIFO輸入的，也有信號處理是通過FIFO輸出處理結果。網絡接收和發送數據也很常見。由于網絡傳輸時延具有不確定性，因此網絡接口更多用來傳輸處理結果數據，它們共同特點是數據存在有限時間，并且隨機出現。

圖2 信號處理系統外部接口模型

通過記錄儀實現的半實物仿真系統如圖3所示，以記錄重演方式完成圖2虛框部分功能。

即將信號處理系統外部信號輸入和處理結果輸出到記錄儀；將記錄儀重演數據還原為原來的信號形式。記錄重演最主要的要求是要保證信號處理系統狀態再現。

記錄重演系統設計

記錄中各種信號表示和數據復合方法

各種信號必須經過編碼和數據復合，才能滿足記錄儀記錄數據流要求。在圖3中存在兩種類型數據，連續數據序列和間斷型數據序列。其中同步數據是連續的，異步數據和網絡數據是間斷型數據。連續數據序列是數據在時間上有規律，間斷數據則是數據在時間上無規律。多個連續數據序列可能具有不同的時間規律，但它們可以被統一表示。

圖3 記錄重演系統

連續數據序列可以表示為某種時間規律的數據。間斷數據序列則必須把數據和數據存在與否都表示出來。時序信號既可以看成是0和1的連續數據流，也可以看成是對應某些事件的有效控制數據集合。后者可以作為間斷數據處理。

記錄中各種信號表示是記錄重演的數據復合、分解工作的出發點，也常被作為工作的一部分內容。把圖3的各種信號數據表示成相同速率的連續和間斷數據序列對于后續的數據復合來說最為方便和自然。如果所有數據序列速率是相同的，那么復合數據塊結構比較簡單。以多個記錄字表示所有待記錄數據和該數據塊定界數據。表1 給出一個同速率數據序列復合例子。它由是4個通道A/D值、時序編碼和數據塊定界數據組成。

其中第16位100起作用，S1、S2、S3是若干個時序的編碼。實際上，數據塊定界數據可以是用1位0、1交替變化的數或其它規律變化的數。這樣編碼效率更高。

對于速率相差整倍數的若干數據序列可以以表2 方式復合，同樣需要數據塊定界數據。

在表2中序列2速率是序列1速率的m倍，序列3速率是序列1速率的n倍。序列2速率和序列3速率關系就是任意兩種速率關系。比較令人驚訝的是，當去掉序列1以后，就是有多個具有不同的速率的數據流復合的一般情況。復合數據塊速率為序列2、序列3速率的最大公約數。

數據記錄重演電路設計

數據復合和分解是記錄重演電路的核心，它可以用狀態機實現,詳見[1]。數據記錄電路復合電路是記錄電路核心，它的狀態圖如圖4所示，其中w1-wn為數據塊各個數據字。

圖4 復合電路狀態圖

重演電路如圖5所示。

圖5 表2格式重演電路（無序列1）
　　
結語

本文對信號處理系統外部信號環境進行了分析，給出記錄重演信號場景仿真的電路組成。詳細研究了記錄重演系統設計核心的信號編碼和復合問題，給出了通用的高效率編碼和復合解決方案。本文給出了完整的記錄儀記錄重演系統信號處理系統場景仿真的解決方案和具體設計方法。
本文寫作得到孫繼云研究員的幫助和鼓勵，在此表示感謝。
　　
參考文獻：
1.  吳關，記錄儀數據記錄重演系統實現研究，電子工程學院學報，2006年no3
2.  沈保鎖、侯春萍，現代通信原理，國防工業出版社，2002 .3