一种舰载高精度记录回放设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种舰载高精度记录回放方法，包括步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种舰载高精度记录回放设备及方法


[0001]本专利技术属于记录回放设备领域，具体涉及一种舰载高精度记录回放设备及方法
。

技术介绍

[0002]在舰艇声纳系统中，为了提升声纳操作员的作战水平，在平时训练或开展任务时通常会用到记录回放设备实时录取作战过程中的声纳数据，训练结束后通过反复回放重演并进行目标特征记忆，提升声纳操作员对目标识别的敏感度，从而提升作战水平
。
记录回放设备在具体的应用系统中的定位如图1所示，声纳网络交换机将采集声纳数据的设备的声纳数据包转发于记录回放设备，记录回放设备对其数据包进行存储和回放设置，以备外接设备传输及回放导出，现有技术中的记录回放设备的主控模块采用
CPU
处理器与网卡配合使用以进行数据记录和回放，会存在如下问题：1）精度问题根据数据工作流程，数据包先被缓存在网卡，再聚合其他数据包通过
DMA
方式把数据搬运
CPU
的缓存单元，数据包到达时间戳时在内核添加，其时间信息存在一定延迟，同时在
CPU
调度实时性问题，不能保证准确调度，所以整体采集网络数据包时间戳精度不高
。
[0003]2）性能问题网络高速采集时，受限于网络协议栈实现，需要把数据从内核拷贝到应用；数据存储时，需要把数据从应用层拷贝到内核层，两次数据拷贝，特别是在高速采集存储时，
CPU
的
DDR
主存访问带宽均可能会成为整个数据路径上的性能瓶颈，会出现丢包情况
。
>高速记录系统因功耗及应用环境特殊，多采用嵌入式工控
CPU
平台进行采集存储，其处理能力及内存访问带宽均相对有限，导致现有采集记录技术很难适应所有的高速数据记录场景
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题，提出了一种舰载高精度记录回放设备，在网络接口和
CPU
之间通过
FPGA
芯片代替传统网卡，通过
FPGA
完成数据的预缓存
、
报文分类
、
通道虚拟化技术，有效降低
CPU
负载，确保进入设备的以太网包极低的丢包率，同时前端由
FPGA
采集数据回放，并与缓存单元的结合控制了透传节奏，从而达到平滑的技术效果
。
[0005]本专利技术通过以下技术方案得以实现：一种舰载高精度记录回放设备，包括依次连接的记录回放模块
、
主控模块
、
存储模块，所述记录回放模块包括连接的网络传输子模块和采集回放子模块，所述采集回放子模块包括依次连接的数据预缓存单元
、
数据过滤分类单元
、
通道虚拟化单元；所述通道虚拟化单元还与网络传输子模块连接，所述主控模块包括相互连接的
CPU
和缓存单元；数据预缓存单元：用于接收并缓存关于声纳信息的多个报文包；数据过滤分类单元：用于通过实时解析数据预缓存单元所缓存的报文包进行匹配判断以过滤无用的报文包，同时对有效的报文包进行分类；通道虚拟化单元：用于使用预定义的分类规则，对有效的报文包进行多路径分配，
并根据分配结果，将数据包分配到不同的虚拟通道中；
CPU
：用于设置存储模块的数据调用状态，还用于读取各虚拟通道中的报文包并根据网络传输子模块所设置的网络协议栈逐层分析处理，以获取有效的载荷数据，并将部分载荷数据从内核态拷贝到用户态对应的应用缓存；缓存单元包括至少一个缓存通道，所述各缓存通道用于接收并存储与所述通道虚拟化单元相对应的不同路径的数据包，还用于在进行数据回放时对所需的数据包进行调用，所述调用为将所需数据包由内核态拷贝到用户态；存储模块：用于接收并存储各缓存通道接收的数据包
。
[0006]优选地，所述记录回放模块为
FPGA
，所述网络传输子模块包括
MAC
层和
PHY
层，其中
MAC
层和
PHY
层都通过所述
FPGA
的例化
IP
核实现
。
[0007]优选地，所述数据过滤分类单元，基于记录回放模块进行包过滤，所述包过滤为：定义并管理过滤规则集来判断，若满足规则，则允许通过数据预缓存单元所缓存的报文包，若不满足规则，则阻止或丢弃数据预缓存单元所缓存的报文包
。
[0008]优选地，所述数据过滤分类单元，还对通过数据预缓存单元所缓存的报文包进行类别分类，所述类别包括：
ARP
响应
、ICMP
响应
、IGMP
组管理
、UDP
组播包
。
[0009]优选地，所述通道虚拟化单元通过给
FPGA
接口软件配置预设的滤规则集，依次对通过包过滤的报文包进行通道匹配计算
。
[0010]优选地，所述过滤规则集包括五元组描述信息，所述描述信息包括目的 IP 地址
、
源 IP 地址
、
协议类型
、
目的端口号和源端口号
。
[0011]优选地，所述数据过滤分类单元与通道虚拟化单元之间还设置有时戳标记单元，用于对数据过滤分类单元通过包过滤筛选后的有效报文包进行打时戳
。
[0012]优选地，所述打时戳具体为：通过在
FPGA
的例化
IP
核中以太网的接收端的以太网帧的帧头位置打时戳，且采用
pcap
帧格式
。
[0013]优选地，所述记录回放模块还包括通道调度器，所述通道调度器分别与通道虚拟化单元
、
网络传输子模块连接
。
[0014]一种舰载高精度记录回放方法，包括步骤：
S1、
打开通信网络，接收并预缓存关于声纳信息的多个报文包，同时对其进行实时解析以进行过滤
、
分类，并将分类结果分配到不同的虚拟通道；
S2、
缓存不同的虚拟通道的数据包，并轮询读取缓存的数据包后将其搬运至存储模块以供随时调用；
S3、
接收用户输入的索引信息，查询并读取存储模块中与所述索引信息对应的报文包，以完成回放
。
[0015]所述的一种舰载高精度记录回放设备及方法与现有的技术相比具有如下的优点和显著的效果：一
、
本专利技术记录回放模块采用
FPGA
，通过其与主控模块的
CPU
的配合使用，实现了数据的高精度记录和回放，同时记录和回放精度达百
ns
级别，较传统内存和
CPU
配合使用的回放设备的
ms
级别的传输速率有质的突破，同时降低高速记录和回放对高性能
CPU
依赖
。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种舰载高精度记录回放设备，其特征在于，包括依次连接的记录回放模块
、
主控模块
、
存储模块，所述记录回放模块包括连接的网络传输子模块和采集回放子模块，所述采集回放子模块包括依次连接的数据预缓存单元
、
数据过滤分类单元
、
通道虚拟化单元；所述通道虚拟化单元还与网络传输子模块连接，所述主控模块包括相互连接的
CPU
和缓存单元；数据预缓存单元：用于接收并缓存关于声纳信息的多个报文包；数据过滤分类单元：用于通过实时解析数据预缓存单元所缓存的报文包进行匹配判断以过滤无用的报文包，同时对有效的报文包进行分类；通道虚拟化单元：用于使用预定义的分类规则，对有效的报文包进行多路径分配，并根据分配结果，将数据包分配到不同的虚拟通道中；
CPU
：用于设置存储模块的数据调用状态，还用于读取各虚拟通道中的报文包并根据网络传输子模块所设置的网络协议栈逐层分析处理，以获取有效的载荷数据，并将部分载荷数据从内核态拷贝到用户态对应的应用缓存；缓存单元包括至少一个缓存通道，所述各缓存通道用于接收并存储与所述通道虚拟化单元相对应的不同路径的数据包，还用于在进行数据回放时对所需的数据包进行调用，所述调用为将所需数据包由内核态拷贝到用户态；存储模块：用于接收并存储各缓存通道接收的数据包
。2.
根据权利要求1所述的一种舰载高精度记录回放设备，其特征在于，所述记录回放模块为
FPGA
，所述网络传输子模块包括
MAC
层和
PHY
层，其中
MAC
层和
PHY
层都通过所述
FPGA
的例化
IP
核实现
。3.
根据权利要求1所述的一种舰载高精度记录回放设备，其特征在于，所述数据过滤分类单元，基于记录回放模块进行包过滤，所述包过滤为：定义并管理过滤规则集来判断，若满足规则，则允许通过数据预缓存单元所缓存的报文包，若不满足规则，则阻止或丢弃数据预缓存单元所缓存的报文包
。4.
根据权利要求3所述的一种舰载高精度记录回放设备，其特征在于，所述数据过滤分类单元，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏程，徐文波，满天乐，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十二研究所，
类型：发明
国别省市：