PCM与网络数据采集系统技术分析.pdf
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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/收稿日期:2009-01-06作者简介:袁炳南(1963),男,高级工程师,一直从事计算机应用、试飞测试与飞行试验遥测数据处理技术研究;张建琳(1974),男,硕士,高级工程师,主要从事计算机信息系统、飞行试验数据处理技术研究。PCM与网络数据采集系统技术分析袁炳南,张建琳(中国飞行试验研究院,陕西 西安 710089)摘要:机载PCM数据采集系统在飞行试验领域已经有几十年的应用历史。这种类型的数据采集系统是业界广为熟知
2、的,相对来讲使用简单,软硬件配置较小,易于建立小型或大型分布式数据采集系统。随着计算机网络技术的迅猛发展,网络数据采集系统被逐渐应用,相对来讲其在飞行试验机载测试领域还是一种新的模式,因此建立网络数据采集系统的新方法和更好地应用这些方法是非常重要的。为此,探讨和比较了传统的PCM数据采集系统和网络数据采集系统的基本原理和特性,重点讨论了在网络数据采集系统中所引起的时间分配和同步问题。关键词:PCM;网络;数据采集;IEEE1588中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2009)04-0025-03Techn ical Review of Data Acquisi
3、tion System s Based on PCM and NetworkYUAN Bing2nan,ZHANG Jian2lin(Chinese Flight Test Establishment,Xian 710089,China)Abstract:Onboard PCM data acquisition systems have been applied for several decades.It is familiar,usedeasily,s mall configuration,facilely settingmini or distributed data acquisiti
4、on systems in flight test area.Alongwith computer technique,data acquisition systems,a new manner based on network has being used gradually inflight test.It is important to build the new methodology and apply it in testing.The elements and characteristicsof data acquisition systems based on PCM and
5、network are discussed,focusing in ti me distribution and synchro2nization issues.Key words:PCM;network;data acquisition;IEEE1588 在飞行试验领域,大多数测试系统都采用一种基于PCM体系的数据采集系统,这种采集系统基于时分多路数据传输体制,在属性上具有高度的确定性。PCM系统相对较小,其使用简单的设计来完成和产生PCM数据流,系统可以是单个采集装置或者是一组数据采集装置形成的一个分布式数据采集系统。大多数情况下,一个分布式系统的同步是通过硬件同步信号或者一个总线来完成的
6、,如通用机载测试总线。控制参数采集时序的格式通常位于PCM控制器,依据不同的系统制造商,这种采集格式或者其子集可能位于远程数据采集单元,这种格式通过一个简单的状态机以一个预先确定的速率来完成。随着飞行试验测试技术的不断发展,计算机网络技术也随之得到了越来越多的应用。以下首先讨论基于PCM数据采集系统的主要特点,然后描述了与之相应基于网络数据采集系统,最后分析了其关键的时间同步问题。1PCM数据采集系统的特点PCM数据采集系统是广大试飞工程师和PCM制造商非常熟知的系统,在飞行试验领域得到了广泛的应用,甚至很少有人来讨论它的基本特性。为了能够深入地分析PCM系统和网络体系,分析这些特性的区别和特
7、点是非常重要的。PCM系统通常具有数据的单向传输性、数据的同步到达性、系统参数的静态特性、控制信号和数据信号严格分离、时间信号和数据信号的严格分离和精确的全局时序同步等特点。1.1 数据的单向传输性数据的单向传输性是由PCM控制器执行数据采集格式循环图命令来决定的。根据这些命令来进行数52PCM与网络数据采集系统技术分析 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/据采集,并将获取的数据插入PCM数据流,部分数据或全部数据发射到地面,而全部原始数据被记录在机载记录器
8、上。系统及相互间的连接是严格固定的,数据只能传递到指定单元而不会改向传输到采集系统内部其他装置。当一个公共数据需要抽引到其他的专用机载装置(如座舱显示器或处理单元)的时候,就需要增加数据连线来传输载有相同信息的数据信号和时钟信号,如图1所示。图1PCM分布式数据采集系统示意图1.2 数据的同步到达性数据的同步到达是由系统的结构和系统中单元之间的定制连接确定的。传统的结构是基于以高精度字速率执行固定格式命令的思想,各式内部的每条命令在系统中被传输到相应的数据采样通道,数据以整个PCM字速率和格式时序同步进行采样。为了提供与用户输入格式序列相同的PCM输出通道序列,所有PCM数据通过不同的通道以固
9、定的延时输出,其目的是用于采集通道的指令传输和系统控制器PCM输出的数据传输,如图2所示。图2 数据采集时序示意图1.3 系统参数的静态特性PCM系统具有一个固有的静态特性。众所周知,一个系统的特性是来自于系统的设计。一个系统的体系结构、内部连接和数据采集格式之所以具有静态特性是由以下因素所决定的:数据采集格式的指令是单向传输的,并且是点对点传输;数据采样是单向传输的,并且是点对点传输;固定的系统配置连接带宽是已知的(PCM速率是已知);数据重复传播;PCM系统一般是基于固定时序和固定管路的状态机系统;无数据冲突;基于位速率、字速率、帧速率的已知固定延时。1.4 控制信号和数据信号严格分离在P
10、CM系统中,控制信号和数据信号通道是严格分离的。当控制信号通过数据线操作时,就会停止格式命令的执行,如果数据通道不允许中断,就需要其他控制功能线来完成数据的收集。控制功能常用于对系统重新编程,改变通道配置,完成系统检查和状态收集等。1.5 时间信号和数据信号严格分离在PCM数据采集系统中,时间分配是从数据通道来分别进行的。通常工作在分布式数据采集系统中的采集单元需要一个外部时间信号。这个时间信号常常用于为异步的航空电子总线数据和其他所采集的异步事件打入时标。时间信号也用来对每个PCM帧打入时标。对于一个大型分布式数据采集系统来说需要一个时间分配装置。1.6 精确的全局时序同步PCM数据采集系统
11、提供一个高精度的全局时统信号。这是由于系统的时分多路传输属性和PCM控制器向系统中所有单元发布其时钟而决定的。虽然这样一个系统是高度同步的,但设计者和用户有这样一些约定成俗、都能相互明确的同步设定,其中包括:在分布式系统中数据采集单元间的系统连线是零延时的;所有同步信号是数据采集单元间通信总线的一部分;数据采样由一个PCM控制器或者多个同步控制器进行控制和分时操作。2 网络的数据采集系统与PCM体系的数据采集系统相比,大多数试飞工程师和PCM制造商对基于网络的数据采集系统相对了解较少以致不明白其性能特点或者还持不同见解。笔者认为,只有明白网络的体系结构的基本原理才能使人们更容易辨别基于网络体系
12、的系统和基于PCM体系的系统之间的不同点。以网络为中心的数据采集系统通常具有以下特点:数据的包块化;数据包的双向传输性;所有数据异步到达;系统参数的动态特性;控制和数据信号完全混合;全局同步时间精度较低。2.1 数据的包块化数据打包可以看作为将一个连续的数据流转换成离散的数据块的过程。通过定义的数据包定义了起点62 测控技术 2009年第28卷第4期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/和终点,将信息切块成许多离散单元,其目的就是能够在单个线路上有效地实现带
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- PCM 网络 数据 采集 系统 技术 分析
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