Yüksek hızlı dijital titreşim sinyallerinin kablosuz olarak alınması için spiral tampon algoritması
Özet: NRF24L01 + kablosuz cihaz, verileri 32 B ile bir veri paketi olarak iletir, ancak veri paketinin yapışması ve süreksizliği genellikle ana bilgisayar bunu aldıktan sonra meydana gelir ve bir sonraki alımdan sonra eksik verilerle sonuçlanır. Örnek olarak değirmen edinim sinyalini ve kablosuz iletim sistemini ele alın.Sistem, titreşim tarafından üretilen veri sinyalinin sürekli olarak iletilmesine ihtiyaç duyar ve veri paketinin aralığı tutarlı olmalıdır. Alınan verilerin bütünlüğünü ve gerçek zamanlı performansını sağlamak için spiral bir tampon alan modeli önerilmiştir.Bu model, belirli bir miktarda veriyi geçici olarak depolayabilen dairesel bir kuyruk oluşturur.Bu veriler döngüsel kuyrukta olduğunda, herhangi bir zamanda kontrol edilebilir. Veri işleme. Bilyalı değirmen silindiri titreşim sinyali toplama ve iletim cihazının doğrulanmasından sonra, veriler yalnızca senkronizasyon olmadığında kaybolur, bu da alınan verilerin hata oranını büyük ölçüde azaltır ve büyük miktarda veri almak için kararlı bir mekanizma sağlar.
TP274
Bir
10.16157 / j.issn.0258-7998.173250
Çince alıntı biçimi: Zhao Lijie, Wei Haochen, Tian Zhiying.Yüksek hızlı dijital titreşim sinyallerinin kablosuz alımı için spiral tampon algoritması.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2018, 44 (4): 65-68.
İngilizce alıntı biçimi: Zhao Lijie, Wei Haochen, Tian Zhiying Yüksek hızlı dijital titreşim sinyalinin kablosuz olarak alınması için sarmal tamponlama algoritması.Elektronik Teknik Uygulaması, 2018, 44 (4): 65-68.
Yüksek hızlı dijital titreşim sinyalinin kablosuz olarak alınması için sarmal tamponlama algoritması
Zhao Lijie1, Wei Haochen1, 2, Tian Zhiying1, 2
(1. Bilgi Mühendisliği Enstitüsü, Shenyang Kimya Teknolojisi Üniversitesi, Shenyang 110142, Çin;
2. Navigasyon Enstitüsü, Northwestern Polytechnical University, Xian 710072, Çin)
Öz: NRF24L01 + kablosuz modülünün veriyi iletme yolu, bir veri paketi olarak 32 B veriyi alır ve her seferinde bir veri paketi iletir. Örtüşme ve süreksizlik her zaman verileri ana bilgisayar tarafından aldıktan sonra meydana gelir ve bu da bir sonraki veriye götürür Bilyalı değirmen sinyal alma ve kablosuz iletim sistemini örnek olarak alırsak, titreşim sinyali sürekli alınmalı ve paketlerin aynı aralıklarla yerleştirildiğinden emin olun.Veri bütünlüğünü ve anlıklığını sağlamak için, sarmal bir arabellek bölgesi modeli önerilmiştir. Model, belirli bir miktarda veriyi geçici olarak depolayabilen bir halka sırası oluşturur, böylece bu veriler döngüsel kuyruktayken verileri istediğiniz zaman işleyebilirsiniz. Doğrulamadan sonra, veriler yalnızca Yazılım tasarımı modelinde tampon algoritma simülasyonu ile bilinen asenkron zamanda kaçırılan bu algoritma, veri alma hata oranını büyük ölçüde azaltır ve büyük miktarda veri alımı için saflaştırma mekanizması.
Anahtar kelimeler: büyük veri alım işleme; tampon tasarımı; algoritma modeli tasarımı; bilgi işleme
0 Önsöz
Bilyalı değirmen, malzemeleri dönerek toz haline getirmek için silindirin içindeki öğütme ortamını çalıştırır. Taşlama malzemesi ve malzemeleri, namlunun dönüşü sırasında namlu duvarının iç tarafına sürekli olarak çarpar ve buna uygun olarak namlu yüzeyinde bir titreşim tepkisi oluşturur. Literatür, bilyalı değirmen namlu yüzeyindeki titreşim sinyali ile namlu içindeki malzemenin kırılma derecesi arasında matematiksel bir ilişki olduğunu göstermektedir.Bu nedenle, bilyalı değirmenin iç yük durumunu dolaylı olarak çıkarmak ve tahmin etmek için bilyalı değirmen namlu yüzeyindeki titreşim sinyalinin analizi kullanılmaktadır. Sinyal toplama cihazında, silindir yüzeyinde toplanan titreşim sinyali verilerinin doğru, gerçek zamanlı ve sürekli olmasını sağlamak gerekir.
Literatüre göre, freze yükünün ön ucundaki titreşim sinyali toplama cihazı, çalışırken nRF24L01 + kablosuz cihaz aracılığıyla alıcı uca sürekli veri gönderecek ve veri aktarım hızı en yüksek nRF24L01 + 2 Mbit / s hızına ulaşabilir. Böyle yüksek hızlı bir durumda, alıcı ucun verileri doğru bir şekilde aldığından emin olmanız gerekir. nRF24L01 +, bir iletim görevinde 32 B veri içeren bir veri paketini iletecek şekilde ayarlanabilir Bir sonraki veri paketi iletildiğinde, en az 10 ns'lik bir soğuk başlatma süresi gerekir Bu veri paketlerindeki veriler genellikle protokol dönüşümüne uğrar. Cihaz sırasında veri kaybı ve yapışması meydana geldi. Programın alma kesme fonksiyonunda, 32 B bazında bir veri paketinin dolu olduğu belirlenirse, ilk veri paketinin son birkaç biti ve ikinci veri paketinin ilk birkaç biti bir 32 B oluşturacaktır. Veri paketi durumunda, veri bitleri düzensizdir ve bu da bilgi kaybına neden olur.
Veri tamponlama ve veri hız dengesi birçok alanda önemli uygulamalara sahiptir.Örneğin, Linux dosya sistemi çekirdek kodu, veri IO performansında önemli rol oynayan inode tamponu, dentry tamponu ve blok tampon mekanizmalarını içerir; hız dengesi açısından, Soket sisteminin uzak ana bilgisayar tarafından gönderilen büyük miktarda veriyi işlemesi gerekir ve her Soket, uygulama programı veri yazdığında engelleme olgusunu çözmek için kullanılan bir arabelleğe sahip olacaktır. Literatür ve literatür tarafından önerilen tampon oluşturma yöntemi, tek halkalı yapının, yükü dengelemesi kolay olan ve bilyalı değirmenin titreşim sinyalinin sürekli büyük doz verilerini çözerken önemli bir hız eşitleme etkisine sahip olan engelleyici ve engellemeyen tampon modellerini seçebilmesi ve bitişik veri paketlerini ortadan kaldırabilmesidir. Ancak, veri paketindeki veri sıkışması sorununu çözemez. Literatürde önerilen yöntem geneldir ve sürekli verilerin okunmasına uygulanabilir, ancak bu makaledeki donanım koşullarının kısıtlılığı altında, veri aktarım formatının yanlış hizalanması sorunu vardır ve bu model uygulanamaz.
Özet olarak, bu yazılım algoritması, genel gerçek zamanlı veri aktarım sistemi üzerinde sürekli ve sürekli veri tedarikini gerektirir ve hiçbir veri biti bozukluğu meydana gelemez. Bu nedenle, bu makale nRF24L01 + kablosuz ekipmanın donanım kuralları ile tasarım gereksinimleri arasındaki çelişkiyi ve ayrıca protokol dönüştürme cihazındaki veri biti bozukluğu ve veri süreksizliği sorununu çözmek için yazılım üzerine kurulmuş bir model önermektedir.
1 Model yapısı
Spiral tampon modelinin mekanizma ayarlarını ve işlevlerini net bir şekilde ifade etmek için, modelin yapısını ve işlevini açıklamak için Şekil 1'de gösterilen spiral tampon modelinin zihin haritası kullanılmıştır. Model belirleme için iki ana mekanizma vardır, yani zaman mekanizması ve uzay mekanizması.
Zaman mekanizmasının, donanım aygıtının arabellek işlevinin neden olduğu veri paketindeki bayt bozukluğunu düzeltmek için iki işlevi vardır. Sorun genellikle Qin Heng Company tarafından üretilen CH340 seri-USB protokol yongası gibi birçok protokol dönüştürme yongasında görülür Veri paketi genellikle yonganın dahili tamponundan dolayı düzensizdir. Maalesef bu yazıda kullanılan kablosuz cihazda da bir sonraki bölümde detaylı olarak gösterilecek olan bu sorun var. Zaman mekanizmasının diğer bir görevi, veri paketinin bütünlüğünü sağlamak için sabit bir veri iletim ritmi vermektir, böylece veri paketi tekrar karıştırılmasın.
Alan mekanizması, veri depolama ve yük dengeleme için belirli bir alana sahip olan literatürdeki halka tamponun işlevidir. Şekil 2, yük dengeleyicinin kısa bir işlevsel şematik diyagramını göstermektedir. D1, D2, D3 ve D4 veri paketleri arasındaki aralık önemli ölçüde farklıdır. Yük dengeleyici bu farkı ortadan kaldıracaktır.Aynı zamanda veriler, hız kontrol mekanizması ile birlikte tek tip bir şekilde çıkacaktır. Ek olarak, uzay mekanizmasında gizli bir işlev vardır: Boru hattı "şeffaf" olacak şekilde ayarlanacaktır ve işaretçiler herhangi bir zamanda boru hattındaki verileri çıkarabilir, bu da komut tanıma için bazı iletişim verilerine yardımcı olur.
2 Zaman mekanizması
2.1 Fonksiyona genel bakış
Zaman mekanizması, veri paketi alımı için bir zaman ölçüm aracıdır.Veri paketi ile veri paketi alımı arasındaki aralık, zaman paylaşımını etkinleştiren veri alma işlevini belirlemek için 10 s'dir. İlgili zamanlama zamanını ayarladıktan sonra, zamanlama sayısı aşıldığında alma işlevi etkinleştirilir, bir grup veri paketi aldıktan sonra zaman aşımı bayrağı temizlenir, veri işaretçisi 0'a döner ve veriler, bir sonraki zaman aşımına kadar bekleyerek arabelleğe itildikten sonra temizlenir. Zamanlama etkinleştirme, sonraki veri paketini almadan önce açılır. Zaman aşımı bayrağı temizlendikten sonra, şu anda hiçbir veri alınamaz. Bu mekanizma, paketler arasındaki zaman aralığının neden olduğu veri biti bozukluğu sorununu etkili bir şekilde çözebilir. Zaman aşımı mekanizmasını uygulamak için işlemcinin aşağıdaki işlevlere sahip olması gerekir:
(1) Zamanlayıcı ve kesme işlevli zamanlayıcı ile;
(2) Okunabilir seviye durumu ile IO portu veya harici kesme.
2.2 İlke tanıtımı
Zaman mekanizması, temelde, verilerin, bir paketin ikinci yarısı ve sonraki paketin ilk yarısı yerine 32 B veri paketini oluşturan ilk yarısı yerine birer birer paket alınmasını sağlamak için zaman aralıklarıyla eşzamanlı olarak veri paketlerini okumaktır. Şekil 3, veri paketinin demonte edilme olasılığını gösterir Yanlış hizalamadan sonra oluşan veri paketi, sadece hızı etkilemekle kalmayan, aynı zamanda veri kesintisi nedeniyle paket kaybına da neden olan 1 s'lik bir zaman geciktirme bileşeni içerir.
Zaman mekanizması, zaman içinde yukarıdaki serbest okumayı sınırlar, kablosuz gönderme veri paketi işlevi ile işbirliği yapar, Boole bayrağı bitini ayarlar ve okunabilir ve okunamaz olan iki durumu belirler. Şekil 4, zaman aşımı mekanizmasının ve gönderme fonksiyonunun senkronizasyon prensibini gösterir Zaman aşımı mekanizması zamanlamayı gerçekleştirir Zaman aşımı aşılırsa, Boolean değişkeni "true" olarak ayarlanır ve zamanlama durdurulur Bu zamanda, tüm iletim sistemi okunabilir bir duruma girer. B verileri gönderildikten sonra, gönderme işlevi Boolean bayrak konumunu "yanlış" olarak ayarlayacaktır Bu zamanda, tüm gönderen sistem okunamaz bir duruma girer ve zamanlama sistemi zamanlamaya başlar ve bir sonraki veri paketleri döngüsünü beklemeye başlar ve yukarıdaki işlemi tekrarlar.
Zaman mekanizmasını tanıtın, eğer veri yanlış hizalaması meydana gelirse, Şekil 5'te gösterildiği gibi, ikinci paket gönderildikten sonra, bayrak biti, zamanlamayı başlatmak için gönderme fonksiyonu tarafından indirilecektir ve senkronizasyon dizisi geri yüklenecektir.
3 Uzay mekanizması
3.1 Fonksiyonlara genel bakış
Herhangi bir sistemin kendi veri yönetimi yöntemleri vardır ve veri yönetimi, tüm sistemin performansını etkiler. Bölüm 1'de veri paketinin yapışması ve yanlış hizalanması problemini çözmek için zaman mekanizması tanıtılmıştır.Ancak alım işlemi sırasında veri paketi ile veri paketi arasında 1 s gecikme yaşanmaktadır.Bilyalı değirmen yükünün titreşim sinyalinin toplanması sürecinde, 32 B'ye bölünmesine izin verilmez ve verilerin kesintisiz ve sürekli olması gerekir. Spiral arabellekteki veriler ayrıca ara bellek alanındaki verileri sürekli olarak yargılayabilir, böylece genel iletişim modelinin yanıt komut moduna uygulanabilir.
3.2 Spiral tampon modeli
Spiral tampon fikri, veri yapısındaki ilk giren ilk çıkar doğrusal kuyruktan türetilmiştir. Genellikle tek boyutlu bir dizi kullanmak için C dilinde doğrusal bir kuyruk tanımlanır ve dizi dizini, kuyruktaki seri numarasıdır. Spiral tampon da bir ilk giren ilk çıkar kuyruğudur, ancak veri gibi iki boyutlu bir dizi olarak tanımlanır. İndeks, Şekil 6'da gösterildiği gibi, y-seviyesindeki spiral üzerindeki x'inci elemanı temsil eder. Spiral tampon aşağıdaki özelliklere sahiptir:
(1) N katman olabilir;
(2) Her halka verisi katmanı dolduktan sonra, bir sonraki katmana taşınabilir veya kendi katmanında ilk bağlantılı bir döngü oluşturabilir;
(3) Herhangi bir konumda veri okuma ve yazmayı gerçekleştirebilen yazma işaretçisi, okuma işaretçisi, katman işaretçisi ve konum işaretçisi olmak üzere 4 işaretçi tanımlayın;
(4) Çıkış serbest bırakma hızı, tek tip olmayan veri girişini ve tek tip veri çıkışını gerçekleştirmek için tanımlanabilir.
3.3 Hız tartışması
Değirmenin titreşim sinyali toplama işlemi sırasında nRF24L01 +, 32 B'yi spiral tampon içine bir veri paketi olarak itecektir.Her bir veri baytının zamanlama diyagramı Şekil 7'de gösterilmiştir.
Bu cihazda, CLK sinyalinin yükselen kenarı her geldiğinde, kablosuz cihaz 1 bitlik veri yazar ve bir bayt oluşturmak için tam 8 bitlik veri yazar. Yükselen kenar için 40 ns, bayt aktarımı için 640 ns ve bayt ile bayt arasında 10 s gecikme sürer. Çıktı hızının ortalamasını almak için, tek tip bir çıktı elde etmek için spiral tamponun çıkışında bir hız kontrol mekanizmasının kurulması gerekir.
3.4 Halka tampon olarak
Şekil 8, halka tampon alanının bir model diyagramını gösterir Halka tampon alanı, spiral tampon alanının belirli bir seviyesinin üstten bir görünümüdür.
"N", halka tampondaki son elemandır.Bu eleman, halka tampon olarak "1" ile kapatılabilir veya bağlantısı kesilebilir ve üst halkaya ve sonraki halkaya bağlanabilir. Bilyalı değirmen titreşim sinyali toplamada, geniş bir tampon alanına ihtiyaç vardır ve her katmanın halkalarının uç uca bağlanması gerekir. Değirmenin titreşim sinyal cihazı komut modunda iken kapalı bir halka oluşturmak için halkaları bağlamak, okuma-yazma işaretçisini etkinleştirmek ve komuta gerçek zamanlı yanıtı tamamlamak gerekir.
Literatürde tek bir yüksek performanslı halka tampon modeli verilmiştir Modelde göz ardı edilemeyecek bir dezavantaj vardır, yani acil komut alanı yoktur. Tüm sistem tasarım sürecinde, acil durum operasyonları özellikle önemlidir ve tek bir halkanın acil durum komutlarına yanıt vermeden önce halkanın dahili verilerini işlemesi gerekir. Bu makalede verilen spiral tamponda, biri acil durum komutu olarak ele alınan iki halka katmanı etkinleştirilebilir ve veri olduğunda ilk önce işlenecektir.
4 Algoritma uygulaması
Literatüre dayalı olarak, toplanan ayrık değirmen titreşim sinyalini bir veri örneği olarak kullanarak, sistemdeki veri modeli, kontrol edilebilir bir hız verisi IO yığın işlemesine tabi tutulur. Verici olarak nRF24L01 + kablosuz cihazı sürmek için TMS320VC5509A model DSP'yi ve alıcı olarak nRF24L01 + kablosuz cihazı çalıştırmak için TMS320C6748 model DSP'yi kullanın.Alınan veriler bir defalık alım için bilgisayarda saklanır.
Veriler çok büyük olduğundan, bu makale 8000 ayrı veri noktasını keser Veri dağılımını daha net hale getirmek için, görüntü çizilirken veriler çarpılır Şekil 9, örneklenmiş zaman alanı dağılım haritasını gösterir. Her veri noktasının "*" ile temsil edildiği ve çevrenin "", "*" alınan verileri temsil ettiği ve "" nin gönderilen verileri temsil ettiği görülebilir. Bu makale verileri bir grafikte sunar, bariz farklılıkları görebilirsiniz.
Veri örneğini daha net bir şekilde göstermek için, bu makale, ilk hata durumunu incelemek için Şekil 10'da gösterildiği gibi koordinat aralığını 0-200'e daraltır. Bağımsız "" "ve" * "harflerinin başlangıçta ayrıldığı görülmektedir.
Şekil 10'dan da görebileceğiniz gibi başlangıçta bir uyumsuzluk durumu vardı, bu da başta bu makalede bahsedilen problemdir.Senkronizasyon mekanizması devreye girdiğinde veriler sürekli eşleşmeye başlar. Yaklaşık 126 ve 195 noktada, veri hataları da meydana geldi. Nedeni geçici olarak bilinmemektedir ve daha sonra incelenecektir.
5. Sonuç
Bilyalı değirmenin dijital titreşim sinyalinin bayt akışı için, veri paketindeki veri kombinasyonunun doğruluğunu ve veri paketleri arasındaki veri sürekliliğini sağlamak için bir zaman mekanizması ve bir spiral tampon alan mekanizması oluşturularak müteakip gerçek zamanlı titreşim sinyali analizinin önü açılmıştır.
Bu yazıda önerilen spiral tampon algoritması, TCP, USB, SCI, I2C, vb. Gibi diğer protokol iletimlerine de aktarılabilir. Yalnızca temeldeki iletişim kodunu değiştirmesi gerekir ve üst katmanın yalnızca veri işlemede birkaç değişiklik yapması gerekir.
Referanslar
Tan Renpeng Bilyalı değirmen titreşim sinyali toplama ve kablosuz iletim cihazının tasarımı ve geliştirilmesi Shenyang: Northeastern Üniversitesi, 2009.
Zhao Lijie, Chen Bin, Wei Haochen, vb. Temassız bilyalı değirmen dönen silindir titreşim sinyali toplama sistemi: Çin, CN 105136276 A
.2017-11-10.
Yao Zhangjun, Chen Shuyu, Lu Yao.Yüksek performanslı halka tampon araştırması ve uygulaması Bilgisayar Mühendisliği, 2012, 38 (8): 228-231.
Yang Zelin, Li Xianfa.Çift işaretçi halka tamponuna dayalı veri toplama sisteminin tasarımı. Enstrümantasyon Teknolojisi ve Sensörü, 2016 (11): 67-69.
Huang Yifeng Engelleyen ve engellemeyen model halka tamponlarını destekleyen, iş parçacığı emniyetli halka tamponlarının tasarımı ve uygulaması, gelişmiş tampon teknolojisinin üstesinden gelmenin anahtarı Bilgisayar programlama becerileri ve bakımı, 2003 (11): 51-54.
yazar bilgileri:
Zhao Lijie 1, Wei Haochen 1, 2, Tian Zhiying 1, 2
(1. Bilgi Mühendisliği Okulu, Shenyang Kimya Teknolojisi Üniversitesi, Shenyang 110142, Liaoning; 2. Navigasyon Okulu, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, Shaanxi 710072)
