本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理系統(tǒng)，還涉及一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理方法。

背景技術(shù)：

波形捕獲率是衡量系統(tǒng)對信號連續(xù)不斷采樣能力的重要指標(biāo)，表征系統(tǒng)“無縫”測量能力，是系統(tǒng)捕獲分析瞬態(tài)信號和罕見異常信號的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集及處理快慢直接影響數(shù)字熒光示波器的波形捕獲率這項(xiàng)重要指標(biāo)參數(shù)。

數(shù)字熒光示波器中現(xiàn)有的熒光波形采集處理方案如圖1所示，在數(shù)據(jù)采集階段，數(shù)據(jù)選擇模塊數(shù)據(jù)線連接到0位置，接收到的adc采集數(shù)據(jù)被存儲到采集數(shù)據(jù)存儲器中，采集結(jié)束后，數(shù)據(jù)選擇模塊數(shù)據(jù)線接到1位置；波形頻度疊加控制器從采集數(shù)據(jù)存儲器中讀取采集數(shù)據(jù)，對波形頻度存儲器中的頻度信息進(jìn)行累加修改，波形頻度累加完后如果不到熒光波形顯示刷新時間，數(shù)據(jù)選擇模塊數(shù)據(jù)線接到0位置重新采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行波形頻度疊加，如果已到波形顯示刷新時間，則波形頻度存儲器輸出的頻度信息經(jīng)過色彩和灰度轉(zhuǎn)換后進(jìn)行顯示。

傳統(tǒng)示波器熒光波形采集處理方案主要存在以下兩點(diǎn)問題：

(1)采集數(shù)據(jù)接收模塊和波形頻度疊加模塊時分復(fù)用共享采集數(shù)據(jù)存儲器，數(shù)據(jù)采集時波形頻度疊加模塊空閑，波形頻度疊加時采集數(shù)據(jù)接收模塊空閑，采集處理一幀波形所需時間為采集時間和波形頻度疊加時間之和，降低了波形捕獲率；

(2)波形頻度疊加時，每次只讀取一個采樣點(diǎn)進(jìn)行疊加，處理時間較長，降低波形捕獲率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理系統(tǒng)及方法，利用數(shù)據(jù)采集存儲和波形頻度疊加流水線技術(shù)、熒光波形頻度并行疊加技術(shù)，通過采集數(shù)據(jù)分段存儲、波形頻度信息分塊存儲的方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和波形疊加流水進(jìn)行、熒光波形頻度并行疊加，提高了數(shù)據(jù)采集及處理程序的并行度，縮短了采集數(shù)據(jù)死區(qū)時間，提升數(shù)字熒光示波器波形捕獲率指標(biāo)，解決了瞬態(tài)信號和罕見異常信號快速捕獲的難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)存儲器分為多個數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段儲存一幀波形采集數(shù)據(jù)和本次的采集信息；

分段讀寫控制模塊內(nèi)有兩個數(shù)據(jù)段指針，一個是寫數(shù)據(jù)段指針pw，用來指向當(dāng)前采集數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)段，一個是讀數(shù)據(jù)段指針pr，用來指向當(dāng)前波形處理所讀取數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)段；示波器首次采集數(shù)據(jù)之前，令pw和pr指向相同的段，采集開始后，接收到的采集數(shù)據(jù)存儲到pw所指向的數(shù)據(jù)段，一幀波形采集結(jié)束后，如果所有數(shù)據(jù)段都已存滿數(shù)據(jù)，通知采集存儲控制模塊停止采集，直到有空數(shù)據(jù)段為止，否則重新采集下一幀數(shù)據(jù)；當(dāng)pr≠pw時，表示有待處理的采集數(shù)據(jù)，此時波形頻度疊加控制模塊從pr指向的數(shù)據(jù)段讀取采集信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行波形頻度疊加，當(dāng)處理完一幀采集數(shù)據(jù)后，重新判斷是否進(jìn)行處理；

將和顯示像素對應(yīng)的頻度信息按列分為多塊存儲，具有相同下標(biāo)列的頻度值單元分為一組，存儲到相同的波形頻度存儲器中，每塊波形頻度存儲器都是獨(dú)立的存儲器，具有各自的讀寫接口供波形頻度疊加單元進(jìn)行頻度累加；

波形頻度疊加過程中，在疊加總控制單元作用下，分段讀寫控制模塊首先從pr指針指向的數(shù)據(jù)段中讀取采集信息，并根據(jù)顯示區(qū)域設(shè)置計(jì)算出顯示區(qū)域起始采集數(shù)據(jù)所在數(shù)據(jù)段中的偏移，然后從偏移處讀取顯示區(qū)域m列像素所對應(yīng)的m個采集數(shù)據(jù)后，分別送給m個波形頻度累加控制模塊；波形頻度疊加控制模塊接收到采集數(shù)據(jù)后，首先計(jì)算出該采樣點(diǎn)顯示時所對應(yīng)波形頻度存儲位置，然后從該存儲位置中讀取頻度信息，最后將頻度信息加1后寫回原位置完成頻度疊加。

可選地，所述采集數(shù)據(jù)存儲器由雙端口存儲器實(shí)現(xiàn)，或者由高速單端口存儲器配合fifo方式實(shí)現(xiàn)，或者由多塊單端口存儲器交替讀寫實(shí)現(xiàn)。

可選地，采用雙口存儲器和高速單口存儲器實(shí)現(xiàn)時，數(shù)據(jù)分段根據(jù)地址從低到高等間隔劃分為n段；當(dāng)采用多塊單口存儲器實(shí)現(xiàn)時，相鄰數(shù)據(jù)段需要儲存放在不同單口存儲器中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同存儲器間交替讀寫。

可選地，所述數(shù)據(jù)段的大小至少為采集數(shù)據(jù)與采集信息的深度之和。

可選地，所述數(shù)據(jù)段存放本次的采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)存放區(qū)設(shè)計(jì)成環(huán)形的ram，新采集數(shù)據(jù)將舊采集數(shù)據(jù)沖刷掉，只保留最新數(shù)據(jù)。

可選地，所述波形頻度累加控制單元數(shù)量和波形頻度存儲器數(shù)量一致。

可選地，采集開始后，接收到的采集數(shù)據(jù)存儲到pw所指向的數(shù)據(jù)段，一幀波形采集結(jié)束后如果mod((pw+1)，n)＝pr，其中mod表示取余數(shù)，表示所有數(shù)據(jù)段都已存滿數(shù)據(jù)，通知采集存儲控制模塊停止采集，直到有空數(shù)據(jù)段為止，否則令pw＝mod((pw+1)，n)，重新采集下一幀數(shù)據(jù)；當(dāng)pr≠pw時，表示有待處理的采集數(shù)據(jù)，此時波形頻度疊加控制模塊從pr指向的數(shù)據(jù)段讀取采集信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行波形頻度疊加，當(dāng)處理完一幀采集數(shù)據(jù)后，令pr＝mod((pr+1)，n)，重新判斷是否進(jìn)行處理。

本發(fā)明還提出了一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理方法，通過將采集數(shù)據(jù)分段存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和波形頻度疊加流水線進(jìn)行；通過將波形頻度信息分塊存儲處理，實(shí)現(xiàn)熒光波形頻度的多采樣點(diǎn)同時的并行疊加。

可選地，將采集數(shù)據(jù)存儲器分為多個數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段儲存一幀波形采集數(shù)據(jù)和本次的采集信息；

分段讀寫控制模塊內(nèi)有兩個數(shù)據(jù)段指針，一個是寫數(shù)據(jù)段指針pw，用來指向當(dāng)前采集數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)段，一個是讀數(shù)據(jù)段指針pr，用來指向當(dāng)前波形處理所讀取數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)段；示波器首次采集數(shù)據(jù)之前，令pw和pr指向相同的段，采集開始后，接收到的采集數(shù)據(jù)存儲到pw所指向的數(shù)據(jù)段，一幀波形采集結(jié)束后如果mod((pw+1)，n)＝pr，其中mod表示取余數(shù)，表示所有數(shù)據(jù)段都已存滿數(shù)據(jù)，通知采集存儲控制模塊停止采集，直到有空數(shù)據(jù)段為止，否則令pw＝mod((pw+1)，n)，重新采集下一幀數(shù)據(jù)；當(dāng)pr≠pw時，表示有待處理的采集數(shù)據(jù)，此時波形頻度疊加控制模塊從pr指向的數(shù)據(jù)段讀取采集信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行波形頻度疊加，當(dāng)處理完一幀采集數(shù)據(jù)后，令pr＝mod((pr+1)，n)，重新判斷是否進(jìn)行處理；

將和顯示像素對應(yīng)的頻度信息按列分為多塊存儲，具有相同下標(biāo)列的頻度值單元分為一組，存儲到相同的波形頻度存儲器中，每塊波形頻度存儲器都是獨(dú)立的存儲器，具有各自的讀寫接口供波形頻度疊加單元進(jìn)行頻度累加；

波形頻度疊加過程中，在疊加總控制單元作用下，分段讀寫控制模塊首先從pr指針指向的數(shù)據(jù)段中讀取采集信息，并根據(jù)顯示區(qū)域設(shè)置計(jì)算出顯示區(qū)域起始采集數(shù)據(jù)所在數(shù)據(jù)段中的偏移，然后從偏移處讀取顯示區(qū)域m列像素所對應(yīng)的m個采集數(shù)據(jù)后，分別送給m個波形頻度累加控制模塊；波形頻度疊加控制模塊接收到采集數(shù)據(jù)后，首先計(jì)算出該采樣點(diǎn)顯示時所對應(yīng)波形頻度存儲位置，然后從該存儲位置中讀取頻度信息，最后將頻度信息加1后寫回原位置完成頻度疊加。

可選地，所述數(shù)據(jù)段存放本次的采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)存放區(qū)設(shè)計(jì)成環(huán)形的ram，新采集數(shù)據(jù)將舊采集數(shù)據(jù)沖刷掉，只保留最新數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過將采集數(shù)據(jù)分段存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和波形頻度疊加流水線進(jìn)行，增加數(shù)據(jù)吞吐量；

(2)通過將波形頻度信息分塊存儲處理，實(shí)現(xiàn)熒光波形頻度的多采樣點(diǎn)同時的并行疊加，縮短波形頻度疊加所需時間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為傳統(tǒng)示波器熒光波形采集處理方案原理框圖；

圖2為本發(fā)明的采集存儲和波形頻度疊加流水線結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖3為本發(fā)明的采集存儲器數(shù)據(jù)分段存儲原理示意圖；

圖4為本發(fā)明的波形頻度按像素列分塊原理示意圖；

圖5為本發(fā)明的波形頻度并行疊加原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

傳統(tǒng)示波器波形數(shù)據(jù)采集和熒光波形處理按串行結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行，并且熒光波形頻度疊加也按照采樣點(diǎn)順序依次對波形出現(xiàn)的概率信息進(jìn)行累加，這種串行處理方法運(yùn)行較慢，延緩了下次波形采集的進(jìn)度，采集數(shù)據(jù)的死區(qū)時間較長，降低了波形捕獲率。

針對以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理系統(tǒng)及方法，其目的是提高數(shù)據(jù)采集及處理的并行度，以縮短單次采集及處理時間、提高波形捕獲率。本發(fā)明通過將采集數(shù)據(jù)分段存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和波形頻度疊加流水線進(jìn)行，增加數(shù)據(jù)吞吐量；通過將波形頻度信息分塊存儲處理，實(shí)現(xiàn)熒光波形頻度的多采樣點(diǎn)同時的并行疊加，縮短波形頻度疊加所需時間。

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的處理系統(tǒng)及處理方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖2所示，本發(fā)明的數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理系統(tǒng)將采集數(shù)據(jù)存儲器分段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲和波形頻度疊加流水線進(jìn)行。圖2中，采集數(shù)據(jù)存儲器的實(shí)現(xiàn)有多種方式，可以由雙端口存儲器實(shí)現(xiàn)(例如fpga內(nèi)部的blockram)，也可以由高速單端口存儲器(例如高帶寬sdram)配合fifo方式實(shí)現(xiàn)，還可以由多塊單端口存儲器交替讀寫實(shí)現(xiàn)。

采集數(shù)據(jù)存儲器分為多個數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段儲存一幀波形采集數(shù)據(jù)和本次的采集信息。采用雙口存儲器和高速單口存儲器實(shí)現(xiàn)時，數(shù)據(jù)分段簡單的根據(jù)地址從低到高等間隔劃分為n段(n由內(nèi)存容量和數(shù)據(jù)段大小決定)，結(jié)構(gòu)劃分如圖3所示；當(dāng)采用多塊單口存儲器實(shí)現(xiàn)時，相鄰數(shù)據(jù)段需要儲存放在不同單口存儲器中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同存儲器間交替讀寫。

圖3中，每個數(shù)據(jù)段信息分為兩部分，分別存放本次的采集信息和采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)段的大小至少為采集數(shù)據(jù)與采集信息的深度之和。數(shù)據(jù)段起始位置存放本次的采集信息，以供后端分段讀寫控制模塊使用，采集信息包括采集起始地址、觸發(fā)位置偏移、觸發(fā)類型、采集開始時間等信息；數(shù)據(jù)段后面存放本次的采集數(shù)據(jù)，由于單次采集數(shù)據(jù)存儲結(jié)束需要等待觸發(fā)信息，因此，總寫入數(shù)據(jù)段的采集數(shù)據(jù)可能遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)段大小，所以，采集數(shù)據(jù)存放區(qū)需要設(shè)計(jì)成環(huán)形的ram，新采集數(shù)據(jù)可將舊采集數(shù)據(jù)沖刷掉，只保留最新數(shù)據(jù)。或者，數(shù)據(jù)段起始位置存放本次的采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)段后面存放本次的采集信息，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行靈活選擇。本發(fā)明的下述實(shí)施例以數(shù)據(jù)段起始位置存放本次的采集信息，數(shù)據(jù)段后面存放本次的采集數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明，但不應(yīng)作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲和波形頻度疊的流水進(jìn)行，圖2中分段讀寫控制模塊內(nèi)有兩個數(shù)據(jù)段指針，一個是寫數(shù)據(jù)段指針pw，用來指向當(dāng)前采集數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)段，一個是讀數(shù)據(jù)段指針pr，用來指向當(dāng)前波形處理所讀取數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)段。示波器首次采集數(shù)據(jù)之前，令pw和pr指向相同的段。采集開始后，接收到的采集數(shù)據(jù)存儲到pw所指向的數(shù)據(jù)段，一幀波形采集結(jié)束后如果mod((pw+1)，n)＝pr(mod表示取余數(shù))，表示所有數(shù)據(jù)段都已存滿數(shù)據(jù)，通知采集存儲控制模塊停止采集，直到有空數(shù)據(jù)段為止，否則令pw＝mod((pw+1)，n)重新采集下一幀數(shù)據(jù)。當(dāng)pr≠pw時，表示有待處理的采集數(shù)據(jù)，此時波形頻度疊加控制模塊可以從pr指向的數(shù)據(jù)段讀取采集信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行波形頻度疊加，當(dāng)處理完一幀采集數(shù)據(jù)后，令pr＝mod((pr+1)，n)重新判斷是否進(jìn)行處理。

本發(fā)明的處理系統(tǒng)通過采集數(shù)據(jù)分段存儲實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和熒光波形頻度疊加流水線進(jìn)行，提高效率，縮短兩次數(shù)據(jù)采集間的死區(qū)時間，后端波形頻度疊加處理一幀波形速度小于等于采集一幀波形所需時間時，可將死區(qū)時間降低為0。

數(shù)字示波器顯示波形要和傳統(tǒng)模擬示波器一樣具有熒光效果，需將多次采集的波形出現(xiàn)位置及概率信息統(tǒng)計(jì)出來存儲到波形頻度存儲器中，波形頻度存儲器中的頻度信息和屏幕波形顯示區(qū)域像素一一對應(yīng)，波形頻度疊加單元讀取采集數(shù)據(jù)確定波形顯示位置并將該位置頻度值進(jìn)行累加。為了一次可以處理連續(xù)m個采樣數(shù)據(jù)，本發(fā)明將和顯示像素對應(yīng)的頻度信息按列分為多塊存儲，如圖4所示，具有相同下標(biāo)列的頻度值單元分為一組，存儲到相同的波形頻度存儲器中，分塊越多后端波形頻度疊加時并行度就越高，耗時也越短。每塊波形頻度存儲器都是獨(dú)立的存儲器具有各自的讀寫接口供波形頻度疊加單元進(jìn)行頻度累加。波形頻度累加控制單元數(shù)量和波形頻度存儲器數(shù)量一致(圖4、圖5中表示為m)。

整個并行疊加結(jié)構(gòu)如圖5所示，波形頻度疊加過程中，在疊加總控制單元作用下分段讀寫控制模塊，首先從pr指針指向的數(shù)據(jù)段中讀取采集信息，并根據(jù)顯示區(qū)域設(shè)置計(jì)算出顯示區(qū)域起始采集數(shù)據(jù)所在數(shù)據(jù)段中的偏移，然后從偏移處讀取顯示區(qū)域m列像素所對應(yīng)的m個采集數(shù)據(jù)后，分別送給m個波形頻度累加控制模塊。波形頻度疊加控制模塊接收到采集數(shù)據(jù)后，首先計(jì)算出該采樣點(diǎn)顯示時所對應(yīng)波形頻度存儲位置，然后從該存儲位置中讀取頻度信息，最后將頻度信息加1后寫回原位置完成頻度疊加。

由于波形頻度信息分為多塊存儲在不同的存儲其中，因此，波形色彩灰度轉(zhuǎn)換模塊需要輪流從波形頻度存儲器中讀取頻度數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行色彩和灰度等處理。

本發(fā)明的數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理系統(tǒng)，通過將波形頻度信息分塊存儲處理，實(shí)現(xiàn)熒光波形頻度的多采樣點(diǎn)同時的并行疊加，縮短波形頻度疊加所需時間，提高波形捕獲率，降低采集死區(qū)時間。

本發(fā)明還提出了一種數(shù)字示波器熒光圖像并行高速處理方法，其工作原理與上述處理系統(tǒng)相同，這里不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。