板卡式數(shù)字化儀,，也成為ADC板卡,，目前廣泛應(yīng)用于科研,、工業(yè),、醫(yī)療等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。它的工作就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析,。而在使用這些數(shù)字化儀板卡的過(guò)程中，我們的用戶可能會(huì)遇到一些疑問(wèn),，例如：

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  “如何處理多張數(shù)字化儀板卡上多通道同步采回來(lái)的大量數(shù)據(jù),？"

“我想使用連續(xù)高速的流模式進(jìn)行采集，但我不太確定我是否應(yīng)該把所有的原始數(shù)據(jù)都保存到硬盤(pán),，以及我需要什么樣的電腦配置才能完成這個(gè)保存,？"

“數(shù)字化儀是如何將采集到的數(shù)據(jù)直接高速傳輸?shù)絇C環(huán)境中？"

本文將針對(duì)以上這類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行解答,，以幫助用戶更好地理解和使用數(shù)字化儀,。

一、問(wèn)題背景

首先,，我們需要明確一點(diǎn),，這些疑問(wèn)并不是沒(méi)有理由的。我們的高速采集卡在連續(xù)采集的過(guò)程中,，確實(shí)會(huì)產(chǎn)生的非常大的數(shù)據(jù)量,，尤其當(dāng)用戶使用多張采集卡同步采集時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)量還會(huì)進(jìn)一步翻倍,。

舉例來(lái)說(shuō),，250 MS/s采樣率、16 bit分辨率的4通道板卡,，1秒鐘就會(huì)生成2 GB的數(shù)據(jù)量,，再增加一張相同的卡就會(huì)變成4 GB的數(shù)據(jù)量。順帶一提，我們單張采集卡最高使用PCIe Gen2 x8接口,，能做到3.4 GB/s的持續(xù)數(shù)據(jù)流速度。

下面,，我們會(huì)針對(duì)這個(gè)問(wèn)題分情況進(jìn)行討論,。

（一）總數(shù)據(jù)量較少

如果需要持續(xù)采集時(shí)間較短，總數(shù)據(jù)量能控制在工控機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存（RAM）容量大小范圍內(nèi),，那確實(shí)可以不執(zhí)行額外的優(yōu)化動(dòng)作,，以節(jié)省測(cè)試程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

在這種條件下,，不管是先運(yùn)算處理后保存,，還是直接保存，由于有充足內(nèi)存空間作為緩沖,，對(duì)CPU和硬盤(pán)速度的要求都較低,，主流PC級(jí)別的性能即可滿足需求。

（二）總數(shù)據(jù)量較多

而如果是更長(zhǎng)時(shí)間的采集,，我們一般推薦兩種優(yōu)化處理方式：第一種是快速處理,，并少量存儲(chǔ)；第二種是少量處理,，并快速存儲(chǔ),。

1.快速處理，少量存儲(chǔ)

整體實(shí)現(xiàn)思路如下：盡可能立即把生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，然后僅保留核心結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),，大量的原始數(shù)據(jù)在處理完后直接丟棄以釋放內(nèi)存空間，并降低存儲(chǔ)性能的要求,。

由于分析處理涉及到的處理算法可能較為復(fù)雜,，對(duì)于CPU而言，大概率會(huì)存在并行處理的能力瓶頸,，因此我們更加推薦用CUDA專(zhuān)業(yè)卡進(jìn)行高速的并行運(yùn)算,。在專(zhuān)業(yè)計(jì)算卡RDMA特性的幫助下，CUDA GPU可以不經(jīng)過(guò)CPU直接從數(shù)字化儀板卡中獲取數(shù)據(jù)并處理,，最后把關(guān)鍵結(jié)果返回到CPU和內(nèi)存中,，CPU再進(jìn)一步將結(jié)果保存到硬盤(pán)或轉(zhuǎn)發(fā)至其他需要的位置即可。

使用這種優(yōu)化方式的一類(lèi)典型用戶就是射電天文學(xué)課題組,，他們希望能夠不斷采集最新的,，來(lái)自太空的無(wú)線電波。他們就會(huì)傾向于直接將數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)紾PU,，并通過(guò)GPU完成濾波,、高速的FFT以及分析處理，找到關(guān)鍵的頻域信息結(jié)果再保存,。

此外,，在用戶想要持續(xù)掃描和分析類(lèi)似信號(hào)（比如信號(hào)監(jiān)視,，雷達(dá)等）的其他應(yīng)用，這個(gè)思路也同樣適用,。典型的應(yīng)用還包括處理激光雷達(dá)系統(tǒng),、掃描聲學(xué)顯微鏡和醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)（核磁共振、超聲,、PET掃描儀,、OCT等）收集的大量數(shù)據(jù)。

2.少量處理,，快速存儲(chǔ)

整體實(shí)現(xiàn)思路如下：盡可能減少處理甚至不作不處理,，直接存儲(chǔ)歸檔，供日后分析處理,。

這種方式對(duì)存儲(chǔ)容量和速度有很高的要求,，即使是最新的nvme固態(tài)也無(wú)法承受長(zhǎng)時(shí)間大量數(shù)據(jù)的持續(xù)寫(xiě)入，因此一般需要使用RAID陣列進(jìn)行存儲(chǔ),。針對(duì)容量要求更大的場(chǎng)景,，可能還會(huì)需要通過(guò)高速以太網(wǎng)，傳輸至專(zhuān)門(mén)的存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行保存,。

核心的注意事項(xiàng)有兩點(diǎn)：

(1)保證存儲(chǔ)速度能趕上數(shù)據(jù)生成速度

(2)保證可用存儲(chǔ)空間能存下預(yù)計(jì)生成的數(shù)據(jù)

使用這種優(yōu)化方法的客戶通常是專(zhuān)注于某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的研發(fā)工程團(tuán)隊(duì),，整個(gè)測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可以高達(dá)幾十個(gè)TB。

根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì),，比較常見(jiàn)的場(chǎng)景包括質(zhì)量控制（他們希望長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控某些參數(shù)以驗(yàn)證系統(tǒng)是否始終符合要求）,、航空航天和國(guó)防工業(yè)（監(jiān)視、跟蹤和分析物體或系統(tǒng)的變化）和通信等領(lǐng)域,。此外,，我們也見(jiàn)過(guò)有一些客戶需求是想要連續(xù)存儲(chǔ)掃描系統(tǒng)中的原始超聲信號(hào)。在完成存儲(chǔ)后,，用戶就會(huì)先后使用不同的算法來(lái)處理數(shù)據(jù),，然后從中提取特定信息，并試著尋找其他潛在內(nèi)容,。

二,、德思特高速數(shù)字化儀

德思特?cái)?shù)字化儀采樣率高達(dá)5GS/s，可支持128個(gè)通道同步采集,，具有8/12/14/16位模擬分辨率,，符合目前常用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包含LXI,、PCIe,、PXIe，配套軟件可以使用產(chǎn)品示波器、數(shù)據(jù)記錄儀,、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),、頻譜分析儀、邏輯分析儀,、碼型發(fā)生器,、數(shù)據(jù)流系統(tǒng)（FIFO）和瞬態(tài)記錄儀等多種儀器功能。

三,、結(jié)論

總的來(lái)說(shuō),，數(shù)字化儀作為一種強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,，能夠幫助用戶高效地處理和分析大量數(shù)據(jù),。若想要發(fā)揮它的最大作用，用戶需要選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)方式,，而這具體取決于用戶的實(shí)際項(xiàng)目需要,，以及被采集信號(hào)的特性。希望本文能夠幫助用戶更好地理解和使用數(shù)字化儀,，提高數(shù)據(jù)采集和處理的效率,。