[发明专利]一种高速海量数据采集存储系统的硬件协处理装置

说明书

技术领域

本发明属于数据采集存储系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种高速海量数据采集存储系统的硬件协处理装置。

背景技术

随着A/D转换器(ADC)的发展以及时间交替并行采样技术的成熟，数字系统采样率越来越高，而超高速数据采集系统的实现，无疑对系统采集到的海量数据的存储和处理能力提出了新的要求；同时，存储深度的增加，数字波形记录的处理时间加长，极大降低了系统的波形捕获率。可见在提高存储深度的同时解决响应速度慢、波形捕获率低等问题是数据采集存储系统发展所面临的关键技术问题之一。

数据采集存储系统的三大主要性能指标是存储深度、采样率和波形捕获率，三者相互联系和制约。

在数据采集存储系统中，存储深度S、波形连续捕获时间即记录时间t_acq、采样率R_acq三者关系如式(1)所示：

S＝t_acq×R_acq                                          (1)

当记录时间t_acq较长时，由于存储深度S是固定的，只有降低采样率R_acq来捕获较长的波形，但这样势必造成波形显示质量的下降。所以在记录时间t_acq一定的情况下，若提高数据采集存储系统的存储深度，便可以使用更高的采样率R_acq进行数据存储，从而获取不失真的波形。因此，存储深度S决定了数据采集存储系统同时分析高频和低频现象的能力，包括低速信号的高频噪声和高速信号的低频调制。

同样，波形捕获率R_caq跟记录时间t_acq和系统处理数据时间t_pro的关系如式(2)所示：

R_cap＝1/(t_acq+t_pro)                                    (2)

存储深度S的提高，意味着记录时间t_acq与系统处理数据时间t_pro都会相应地增加，从而导致响应速度下降，死区时间变长，波形捕获率R_cap降低。而在存储深度S一定的条件下，那么记录时间t_acq就一定，若能够减少系统处理数据时间t_pro，无疑将会减少死区时间，从而提高波形捕获率R_cap。

在2010年06月09日公布、公布号为CN 101726644A、名称为“一种具有波形快速定位与缩放功能的数字存储示波器”的中国发明专利申请，采用特征值检测模块、特征值存储FIFO；用大容量的详细波形存储器缓存全部的采样数据，同时特征值检测模块对采样数据进行筛选，从连续的N个采样数据中，筛选出特征值数据。在观察波形时，先读取特征值数据进行显示，由于特征值数据是全部采集数据的1/N，因此，响应速度非常快，波形捕获率高。当某段特征值数据有异常，通过详细波形存储器的采样数据和特征值数据的对应存储关系，读入大容量的详细波形存储器对应的采集数据进行处理和显示，详细观察该段特征值数据对应的波形，从而完成波形的快速定位与缩放，解决了深度存储下响应速度慢、波形捕获率低和毛刺等有害信号不易发现的问题。

但上述方法有其局限性，首先，采用波形快速定位与缩放功能的数据采集系统并没有根本上改善其系统响应慢的问题。如果要从大容量存储器中读取大量的数据，数据采集系统仍然需要消耗大量的时间进行数据处理，从而降低了系统的响应速度。

其次，随着系统采样率提高，系统数据流速度不变，则数据流位宽将会增加，若想继续采用内存颗粒进行大容量的数据存储，显然是不现实的，采用位宽较大的内存条作为采集系统的存储器成为目前较为流行的趋势。

在高速海量数据采集系统中，系统的采样率将进一步提高，数据流的速度将会提升，无疑将要采用或设计更高性能的FPGA或ASIC器件，现有的方法不能很好地适用于高速海量数据采集系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于高速海量数据采集系统的硬件协处理装置。

为实现上述目的，本发明高速海量数据采集存储系统的硬件协处理装置，其特征在于，包括：

一输入串并转换逻辑单元，其输入为采集的高速海量数据流，通过串并转换将高速海量数据流的位宽增加，从而降低高速海量数据流速度；