邏輯分析儀的存儲(chǔ)

1、 邏輯分析儀從入門(mén)到精通講座(03 邏輯分析儀的存儲(chǔ)1. 何謂邏輯分析儀存儲(chǔ)深度在第一章介紹的邏輯分析儀結(jié)構(gòu)中,包含一個(gè)存儲(chǔ)控制單元,其中存儲(chǔ)器的大小就表示了邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度。2. 為什么存儲(chǔ)深度十分重要現(xiàn)代邏輯分析儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的帶寬大多都非常巨大,例如廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的LAB6052邏輯分析儀的存儲(chǔ)帶寬為500MSps×32bit即16Gbps,而無(wú)論是數(shù)據(jù)傳輸(USB2.0數(shù)據(jù)速率為480Mbps還是數(shù)據(jù)分析(PC軟件過(guò)程,都無(wú)法實(shí)時(shí)完成,因此,邏輯分析儀只能將數(shù)據(jù)先暫存在存儲(chǔ)器中,然后再交給分析器分析。如果需要不間斷的捕捉數(shù)據(jù)流,則要求邏輯分析儀有足夠大的存儲(chǔ)器以便記錄整

2、個(gè)事件。存儲(chǔ)深度與采樣速度密切相關(guān),您所需要的存儲(chǔ)深度取決于要測(cè)量的總時(shí)間跨度和所要求的時(shí)間分辨率,單次測(cè)量的時(shí)間越長(zhǎng)、采樣頻率越高所需求的存儲(chǔ)深度就越大。在傳統(tǒng)模式下,存儲(chǔ)深度×采樣分辨率=采樣時(shí)間,這意味著在保證采樣分辨率的前提下,大的存儲(chǔ)深度直接提高了單次采樣時(shí)間,即能觀察分析更多的波形數(shù)據(jù);而在保證采樣時(shí)間的條件下,則可以提高采樣頻率,觀察到更真實(shí)的信號(hào)。3. 傳統(tǒng)存儲(chǔ)模式通常,邏輯分析儀可以分為定時(shí)(Timing分析儀和狀態(tài)(State分析儀兩類。定時(shí)分析儀是采用內(nèi)部高速時(shí)鐘控制記錄數(shù)據(jù),與被測(cè)系統(tǒng)異步工作,因此,其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是按照內(nèi)部采樣時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)行的,采樣時(shí)鐘越高,存儲(chǔ)的

3、數(shù)據(jù)帶寬就越大,單次采樣的時(shí)間直接由采樣時(shí)鐘和存儲(chǔ)容量決定。例如一個(gè)每通道2Mbit存儲(chǔ)深度的邏輯分析儀在500MHz的采樣時(shí)鐘條件下的單次采樣時(shí)間為2097152×2ns即4.2ms。狀態(tài)分析儀則是使用被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)鐘來(lái)控制記錄數(shù)據(jù),與被測(cè)系統(tǒng)同步工作,通常用于檢查系統(tǒng)時(shí)鐘作用下總線上的狀態(tài)信息,在這種模式下,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也是按照被測(cè)系統(tǒng)的時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)行的。無(wú)論是定時(shí)模式還是狀態(tài)模式,存儲(chǔ)控制單元都沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理,因此存儲(chǔ)器的利用率是沒(méi)有得到任何改善的。4. 如何高效利用存儲(chǔ)器邏輯分析儀的儲(chǔ)存深度是有限的,那么如何充分利用這有限的存儲(chǔ)空間來(lái)觀察分析盡可能多的數(shù)據(jù)呢?在上一章講過(guò)

4、,正確的觸發(fā)條件可以快速定位目標(biāo)數(shù)據(jù)并減少數(shù)據(jù)查找過(guò)程,同時(shí)因?yàn)槟苤苯哟鎯?chǔ)需要分析的數(shù)據(jù),也就是間接的提高了存儲(chǔ)空間的利用率,本章中,將繼續(xù)介紹如何更高效的利用邏輯分析儀有限的存儲(chǔ)空間。4.1 數(shù)據(jù)壓縮-Timing-State跳變存儲(chǔ)技術(shù)從推出邏輯分析儀開(kāi)始,廣州致遠(yuǎn)電子有限公司就采用了創(chuàng)新的Timing-State模式,該模式可以看作是利用一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來(lái)達(dá)到延長(zhǎng)記錄時(shí)間的目的,其理論最大壓縮比為無(wú)窮大,在存儲(chǔ)容量不變的條件下,極大的提高了記錄時(shí)間。 圖 1 邏輯分析儀采樣時(shí)序圖如圖1所示為邏輯分析儀的采樣時(shí)序圖,圖中共表示了22個(gè)采樣點(diǎn),按照傳統(tǒng)的記錄方式需要22個(gè)存儲(chǔ)單元來(lái)記錄采樣數(shù)

5、據(jù);而Timing-State數(shù)據(jù)跳變存儲(chǔ)技術(shù)記錄的是數(shù)據(jù)的狀態(tài)和狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間,只需要8個(gè)存儲(chǔ)單元;因此在存儲(chǔ)容量不變的條件下,我們可以極大的提高記錄時(shí)間?？匆粋€(gè)應(yīng)用:在某些特殊場(chǎng)合,信號(hào)線上的數(shù)據(jù)變化速率跨度較大,因?yàn)橛懈咚贁?shù)據(jù)的存在,采樣頻率必須盡可能的高,這像是一把雙刃劍,在提高了采樣分辨率的同時(shí)減少了單次采樣的記錄時(shí)間。比如UART數(shù)據(jù),在大多數(shù)時(shí)刻,信號(hào)線上是處于空閑狀態(tài)的,只有在極少數(shù)情況下才會(huì)有數(shù)據(jù)。如果使用普通存儲(chǔ)模式,邏輯分析儀只能存儲(chǔ)觸發(fā)點(diǎn)前后很少的數(shù)據(jù),這是因?yàn)樵诳臻e時(shí)長(zhǎng)時(shí)間不變的信號(hào)會(huì)迅速填充滿存儲(chǔ)器。而如果采用跳變存儲(chǔ)技術(shù),在空閑時(shí)因?yàn)樾盘?hào)線上沒(méi)有跳變信號(hào),所以并不

6、占用存儲(chǔ)空間,這樣總的存儲(chǔ)時(shí)間就會(huì)提高。 圖 2 UART數(shù)據(jù)及解碼信息4.2 條件存儲(chǔ)在復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境中,總線上總是不斷的傳輸高速數(shù)據(jù),要記錄分析這些數(shù)據(jù),通常有兩種途徑:一是增加足夠的存儲(chǔ)器,將整個(gè)過(guò)程完整的記錄下來(lái)(如果有可能的話,對(duì)于工程師來(lái)說(shuō),如何處理這些數(shù)量驚人的數(shù)據(jù)同樣是個(gè)難題;另一個(gè)途徑是只在希望的數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)才存儲(chǔ),而其他數(shù)據(jù)則看作是無(wú)用的。在LAB6000系列邏輯分析儀中,加入了獨(dú)具特色的條件存儲(chǔ)技術(shù),其設(shè)計(jì)初衷就是減少工程師分析復(fù)雜系統(tǒng)的難度,合理的設(shè)置可以讓工程師只看自己關(guān)心的數(shù)據(jù),同時(shí)因?yàn)槠鋵?duì)不關(guān)心的數(shù)據(jù)采取視而不見(jiàn)的態(tài)度,存儲(chǔ)器的利用率也會(huì)提高。下面來(lái)看兩個(gè)應(yīng)用:圖3

7、為一個(gè)典型的MCU對(duì)外設(shè)的讀寫(xiě)操作過(guò)程,當(dāng)測(cè)試某一外設(shè)時(shí),通常只關(guān)心對(duì)該外設(shè)的讀寫(xiě)操作,而對(duì)于MCU和其他外設(shè)的數(shù)據(jù)交換,可以置之不理。這時(shí)可以用到帶使能控制的采樣方式,利用chipselect信號(hào)作為使能標(biāo)志。LAB6000系列邏輯分析儀可以針對(duì)使能信號(hào)有效的標(biāo)志來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),而在使能無(wú)效的時(shí)間內(nèi),只記錄時(shí)間信息。 圖 3典型的總線讀寫(xiě)操作 上面的應(yīng)用也許只是一個(gè)特例,因?yàn)閯偤糜幸粋€(gè)外部使能信號(hào)可以使用,對(duì)于沒(méi)有類似于chipselect 信號(hào)的數(shù)字系統(tǒng),如何實(shí)現(xiàn)條件存儲(chǔ)呢?在LAB6000系列邏輯分析儀中,觸發(fā)的概念也有所擴(kuò)展,不再單指一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)記,觸發(fā)還可以和存儲(chǔ)器的動(dòng)作關(guān)聯(lián)起來(lái),用于控制暫停或停止記錄數(shù)據(jù),這相當(dāng)于是將邏輯分析儀的存儲(chǔ)空間交給工程師來(lái)分配,何時(shí)停止存儲(chǔ),何時(shí)繼續(xù)開(kāi)始完全由用戶設(shè)置決定,最多可設(shè)置256個(gè)條件。在新版的分析儀集成環(huán)境AnalyserStudio 中,可以通過(guò)流程圖快速設(shè)計(jì)觸發(fā)條件,直觀明朗的看到數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器動(dòng)作的關(guān)系。 圖 4 流程圖設(shè)計(jì)觸發(fā)條件 5. LAB6000系列邏輯分析儀的存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)除了存儲(chǔ)深度高達(dá)到每通道32Mbit 外,LAB6000系列邏輯分析儀的其他存儲(chǔ)特點(diǎn)同樣是獨(dú)樹(shù)一幟的, Timing-State 模式繼續(xù)保持對(duì)低速數(shù)據(jù)的記錄時(shí)間優(yōu)勢(shì),同時(shí)新加入的條件存儲(chǔ)功能在分析大批量數(shù)據(jù)時(shí)更能快速直觀的定位目標(biāo)信息,減少了用戶的分析時(shí)