[发明专利]一种应用于无线电监测接收机的带时间戳数据分时读写方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电监测领域技术领域，具体说来是一种应用于无线电监测接收机的带时间戳数据分时读写方法。

背景技术

当前的无线电监测领域正在采用新一代的监测方式——网格化无线电监测。通过接收机集群来组建基于TCP/IP的频谱感知网络，可以对小区、城市甚至整个国家进行全面持久、真实可靠、灵活智慧的无线电监测。我们研制的接收机的频率覆盖范围20MHz～6GHz，实时带宽20MHz，10kHz分辨率时的扫描速度达到4GHz/s，能够胜任复杂多样的信号监测任务；配备了高精度的GPS时间同步模块，可以实现多台接收机的同步测量；具有2G DDR3高速缓存，即使在最高采样率下，也可以及时将数据写入DDR3，实现较长时间的无缝采集，轻松捕获瞬时和跳频信号。

网络化无线电监测接收机用FPGA来处理采集到的数据，FPGA外扩一个DDR3存储器。接收机内部需要做的部分工作如下：

(1)FPGA对采集到的原始数据进行处理，得到监测数据及对应的时间戳，然后缓存到DDR3或FPGA内部RAM中；

(2)CPU从FPGA获取监测数据和时间戳，每个监测数据帧严格对应一个时间戳；

(3)CPU对读到的数据做进一步处理，然后通过网络发送给用户。接收机主要提供IQ和频谱两种格式的输出，在测量时会主动持续地将IQ或频谱数据流推送到远程主机。

IQ扫描总是在一个固定频率上连续地采集，直到达到要求的采集点数，或用户主动停止。原有IQ业务流程为：

(1)用户设置总的采集数据量，如果过大，返回错误，不开始采集；

(2)开始采集后数据和时间戳分别存放在DDR3和内置RAM中；

(3)采集完毕后，FPGA给CPU发中断；

(4)CPU收到中断，分别读取数据和时间戳，该次测量任务结束。频谱扫描通过扫描参数设置，对多个频段依次做FFT，然后拼接，可以执行扫频监测，当然也可以进行固定频点的监测。原有频谱业务流程如下：

(1)设置某段频段参数，给FPGA发指令，开始采集；

(2)处理得到的数据直接存到内置RAM中，完成后给CPU发中断；

(3)CPU收到中断后，分别读取数据和时间戳；

(4)若用户没有停止扫描，则进入下个段频的扫描，返回步骤1。最终数据和时间戳分别存放在两个FIFO中供CPU读取，CPU读取时沿用了FIFO的数据结构，通过反复读取某个固定地址，将数据和时间戳取出。

现有技术存在的缺点如下：

(1)FPGA只能将处理后的监测数据全部存储到DDR3中，才能向CPU发送数据。这样，在FPGA将数据存储到DDR3期间，CPU无法进行下一步工作，处于空闲状态，大大降低了数据获取速度，在采样率较低或数据量较大的情况下，导致用户长时间得不到反馈。同时无法充分利用DDR3存储空间；

(2)FPGA在对原始数据处理后，得到每帧监测数据，都会生成该帧数据对应的时间戳。时间戳是存放在FPGA内部的RAM中，由于数据帧与时间戳一一对应，而RAM空间非常有限，所以DDR3不可能存放过多的数据帧，白白浪费DDR3存储空间。同时，CPU必须通过不同方式读取数据和时间戳，增大了软件设计复杂度，降低读取效率。

(3)实现使用中断来读取数据，速度较快时中断过多，导致CPU上下文切换，影响效率。而FPGA将中断线置有效时，数据并未完全到达FIFO中，虽然中断延时能够保证数据完整性，但给以后留下了隐患；CPU通过反复读一个地址来读取数据，没能充分利用CPU体系结构的优点，造成读数据较慢。

总之，现有技术等待时间长，读数据效率低下，没能充分利用接收机硬件资源，影响某些性能指标和用户体验。

发明内容

本发明就是为了解决FPGA如何将处理后的监测数据及对应时间戳存入到DDR3中，使CPU能够高效地进行数据读取，最大化利用硬件资源。