[发明专利]自适应的快速数字波形成像方法

说明书

本发明公开了一种自适应的快速数字波形成像方法，在用于保存三维波形数据库的外部存储器之外，设置一个高速缓存器用于保存缓存数据矩阵，在数据采集时，将每个采样点中命中次数较高的幅值和命中次数保存在缓存数据矩阵中，其余幅值的命中次数保存在三维波形数据库中；每当刷新周期到来时，将高速缓存器中存储的幅值的命中次数转存至三维波形数据库中，然后从三维波形数据库中读取波形数据进行显示；每次波形数据显示完毕后，判断是否达到高速缓存器的重构周期，如果达到，则计算波形数据的离散性参数，根据离散性参数对高速缓存器的结构进行重构。本发明通过优化存储结构，在不明显提高设计成本的前提下，提升系统波形捕获率。

技术领域

本发明属于数据采集系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种自适应的快速数字波形成像方法。

背景技术

目前，衡量数据采集系统性能的主要指标有：模拟带宽、实时采样率、存储深度和波形捕获率。其中波形捕获率是衡量一个数据采集系统在单位时间内的波形数据吞吐量的指标，它表征了采集系统的数据处理模块在单位时间内处理波形的速度，在相同的测试环境下，该指标越高越能够快速、可靠甚至无漏失的捕获被测信号的每一个瞬间。

从应用的角度来看，高的波形捕获率能显著的提高测量过程的可靠性、降低了检测时间和成本，加速调试过程。比如，对高速串行总线时钟抖动的测量、眼图检测以及对偶然发生的欠幅、毛刺等常见异常信号的检测等测试应用都高度依赖于波形捕获率指标。

实现高捕获率的方法有许多，然而其基本的思路皆是采用并行处理架构，将数据采集和数据处理功能分开，并使用专用硬件实现数据处理，将采集的波形数据转换为数字波形图像，并存储在波形数据库中。根据系统存储深度、模数转换器位数和通道数的不同，波形数据库需要的存储空间在几十kbyte到十几Mbyte之间，通常存放在高速大容量存储模块中。而系统每映射一个数据都需要对存储模块进行读写访问，很明显，存储模块的访问速度对波形的处理速度有重要的影响。然而，一般来说，存储器速度越快其价格也就越高，容量也越小，因此如何在性能和价格上取得平衡是示波器设计过程中必须要考虑的问题，特别是在多通道大容量高分辨率数据采集系统中更是如此。

在论文“波形映射技术及其在数字存储示波器中的应用研究[D].张沁川.电子科技大学.2012”中，提出了一种基于高速缓存结构的波形成像方法。由于数据采集点在不同映射位置的命中次数是不同的，具有数据局部化的特征，基于高速缓存结构的波形成像方法就是基于这种数据局部化特点，在波形数据库和波形映射模块之间加入一个高速小容量的数据缓冲器，用于缓存每一列波形数据的有效存储单元，即只存储部分存储单元，减小波形映射模块对波形数据库的读写访问次数。高速数据缓冲器的访问速度远远高于波形数据库，这必将大大提高波采集系统的波形捕获率。而另一方面，高速数据缓冲器的容量远小于波形数据库，因此其价格也将可控。但是该方法高速数据缓冲器中缓存结构是固定的，不能适应所有被采集数据的特点，使不同被采集数据的波形捕获率均达到最优。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自适应的快速数字波形成像方法，通过优化存储结构，在不明显提高设计成本的前提下，提升系统波形捕获率。

为实现上述发明目的，本发明自适应的快速数字波形成像方法包括以下步骤：

S1：设置一个外部存储器用于保存三维波形数据库，三维波形数据库的矩阵表达式如下：

其中，c_mk表示N幅波形数据中第k个波形样点中幅值为m-1的数据的命中次数，m＝1,2,…,M，M＝2^D，D表示采集系统中ADC模块的位数，k＝1,2,…,K，K表示每幅波形的采样点数；

设置一个高速缓存器用于保存缓存数据矩阵H，初始化缓存数据矩阵H如下：