(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210673222.4 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 张京超　高沛文　乔立岩　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 时起磊 (51)Int.Cl. G06F 9/48(2006.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 13/42(2006.01) G06F 15/163(2006.01) G01S 7/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于多线程机制的高速回波数据实时 记录系统及记录方法 (57)摘要 一种基于多线程机制的高速回波数据实时 记录系统及 记录方法， 本发明涉及基于多线程机 制的高速回波数据实时记录系统及 记录方法。 本 发明的目的是为了解决现有方法无法实现将不 同接口产生的大量高速回波数据实时准确记录 下来的问题。 系统包括： 一块高速数据采集板卡 和上位机； 板卡包括FPGA、 DDR、 外设接口； 上位机 包括PCIe插槽、 硬盘、 用户软件； 上位机内部设有 的用户软件使用多线程机制， 对多个任务进行分 割， 在多核处理器中， 每个处理器各自执行一个 线程， 多个任务能够并行执行； 多线程机制包括 主线程和辅助线程； 主线程用于用户界面的显 示、 更新、 用户操作的响应； 辅助线程用于采集， 缓存， 写入硬盘。 本发明用于电子测量 技术领域。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115080206 A 2022.09.20 CN 115080206 A 1.一种基于多线程机制的高速回波数据实时记录系统， 其特征在于： 所述系统包括： 一 块高速数据采集板卡和上位机； 板卡包括FPGA、 D DR、 外设接口； 上位机PC主 要包括PCIe插槽、 硬 盘、 用户软件； 所述FPGA用于实现网 口、 光纤、 PCIe外设接口的连接以及数据的采集和传输功能； 所述 DDR用于增 加数据传输带宽， 负责FPGA接收数据的第一级缓存； 所述上位机PC内部设有的PCIe插槽用于连接数据采集板卡； 所述上位机PC内部设有的硬 盘用于数据的存 储； 所述上位机PC内部设有的用户软件用于控制数据采集板卡； 所述上位机PC内部设有的用户软件是基于National  Instrument的LabWindows/CVI平 台设计的； 在LabWindows/CVI软件中使用多线程机制， 对多个任务进行分割， 在多核处理器中， 每 个处理器各自执 行一个线程， 多个任务能够并行 执行； 所述多线程机制包括主 线程和辅助线程； 所述主线程main thread用于用户界面的显示、 更新、 用户操作的响应； 所述辅助线程 worker thread用于采集， 缓存， 写入硬 盘； 所述辅助线程包括辅助线程worker  thread1、 辅助线程worker  thread2和辅助线程 worker thread3； 所述thread为线程； 为接收的数据开辟N个数据缓存区buffer， 每个数据缓存区buffer的容量是1帧， 并把 数据缓存区buf fer的首地址存 储在数组队列中； 所述数组队列中存储buffer的id， 写辅助线程worker  thread2从buffer0开始写， 每写 完1个buffer就把对应的id写入到队列中， 读辅助线程worker  thread3从队列中取出 buffer已经写满的id， 然后从对应的buf fer中读取 数据并写入磁 盘； 所述thread1用于读取板卡的state_fifo， 如果为空， 等待更新； 如果不空， 则把数据 state_data写入到对应的命令cmd_fi fo和Queue(cmd)中， 通过数据采集板卡的PCI ‑e总线 将数据传输给 上位机PC； 所述thread2用于令i＝0， 从Queue中读取命令cmd， 根据命令cmd的值选择把C2H的数据 读入到data[cmd]的buffer[data[cmd]i]中， 读完后把data[cmd]i写入队列， 判断i取值是 否为N‑1， 是， 结束； 否， 令i＝i+1， 继续从Queue中读取命令cmd， 根据命令cmd的值选 择把C2H 的数据读入到data[cmd]的buf fer[data[cmd]i]中， 读完后把data[cmd]i写入队列； 所述Thread3用于从队列取出buffer的id， 然后把该buffer中 的数据写入到硬盘中， 判 断i取值是否为N ‑1， 是， 结束； 否， 令i＝i+1， 继续从队列 取出buffer的id， 然后 把该buffer 中的数据写入到硬 盘中， 直至i取值是N ‑1； N为数据缓存区buf fer的个数。 2.根据权利要求1所述一种基于多线程机制的高速回波数据实时记录系统， 其特征在 于： 所述多 线程为大于等于2个线程。 3.根据权利要求2所述一种基于多线程机制的高速回波数据实时记录系统， 其特征在 于： 所述多 核为8核或16核。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115080206 A 24.一种基于权利要求1所述系统的一种基于多线程机制的高速回波数据实时记录方 法， 其特征在于： 所述方法具体过程 为： 步骤一、 采用数据采集板卡接收高速回波数据； 步骤二、 采用PCI ‑e总线接口将接收的高速回波数据传递给 上位机PC内部的软件； 所述上位机PC内部的软件LabW indows是基于Nati onal Instrument的CVI平台设计的； 在软件LabWindows/CVI 中使用多线程机制， 对多个任务进行分割， 在多核处理器中， 每 个处理器各自执 行一个线程， 多个任务能够并行同时执 行； 所述多线程为大于等于2个线程； 所述多核为8核或16核； 所述多线程机制包括主 线程和辅助线程； 步骤三、 将上位机PC内部软件接收的数据写入硬 盘。 5.根据权利要求4所述一种基于多线程机制的高速回波数据实时记录系统， 其特征在 于： 所述主 线程的具体执 行过程为： 步骤1： 判断主程序用户界面是否加载成功， 若是， 执 行步骤2； 若否， 执 行步骤4； 步骤2： 创建辅助线程， 判断辅助线程是否创建成功， 若是， 执行步骤3； 若否， 执行步骤 4； 步骤3： 响应用户操作， 判断是否退 出， 否， 继续响应用户操作； 是， 执 行步骤4； 步骤4： 释放内存。 6.根据权利要求5所述一种基于多线程机制的高速回波数据实时记录系统， 其特征在 于： 所述步骤2中辅助线程的具体执 行过程为： 步骤21、 数据采集板卡每次完成一帧数据接收后写一次state_fifo， 一帧数据的大小 为4MB； 用户软件读取 数据采集板卡的state_fifo是否为空， 是， 等待更新； 否， 执 行步骤22； 步骤22、 把数据state_data写入到对应的命令cmd_fifo和 Queue(cmd)中， 通过数据采 集板卡的PCI ‑e总线将数据传输给 上位机PC， 执 行步骤23； 步骤23、 令i＝0， 从步骤22的Queue(cmd)中读取命令cmd， 根据命令cmd的值选择把C2H 的数据读入到data[cmd]的buffer[data[cmd]i ]缓存器中， 读完后把data[cmd]i写入队列， 判断buffer[i]缓存器是否写满， 是， 执 行步骤24； 否， 重复步骤23； 步骤24、 令i＝i+1， 更新数据采集板卡的State_fifo， 从队列取出buffer缓存器的id， 然后把该buffer缓存器中的数据写入到硬盘中， 判断i取值是否为N ‑1， 是， 结束； 否， 执行步 骤24， 直至i取值是N ‑1； N为数据缓存区buf fer的个数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115080206 A 3