专利名称：一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速程序控制领域，具体涉及一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，适用于磁共振仪器中脉冲序列控制等控制程序数据重复性较高的控制器。
背景技术：
脉冲序列发生器是磁共振谱仪等仪器设备的核心部件之一，其功能是产生核磁共振实验所需要的脉冲序列，用于精确地控制仪器中发射机、接收机和梯度发生器等部件的协调工作。产生脉冲序列需要一组包含事件和对应延时的控制数据，控制数据中的事件用来产生相应的电平去控制核磁共振仪器中相关部件的工作状态，延时则用来确定该工作状态所保持的时间。目前，核磁共振脉冲序列的产生首先是由计算机软件根据脉冲序列控制程序生成 包含事件和延时的控制数据，然后将这些控制数据按照一定的通信协议直接进行封装，分别发送到每一个脉冲序列执行控制器中；当启动信号有效时，脉冲序列执行控制器对接收到的控制数据进行解析后输出相应的脉冲。当需要进行多次扫描时，计算机重复上述过程，将当前扫描所需要的脉冲序列数据再次发送给脉冲序列执行控制器。这种方式不对转换后的脉冲序列数据作任何处理，直接发送给脉冲序列执行控制器，由于脉冲序列控制器事件执行周期在IOOns量级，当脉冲序列比较复杂时，数据量很大，将会耗费很长的时间来传输数据；特别是当相邻两次扫描的时间间隔很短时，向执行控制器中写入脉冲序列数据的时间过长将导致核磁共振实验无法完成；另一方面，控制数据在传输过程中不能发生任何错误。因此，现代核磁共振仪器往往需要采用复杂的高速高可靠数据链路来传输数据。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，能够有效地减小控制数据的传输流量，进而提高传输效率，具有较好的压缩效果，能够满足扫描时间间隔较短的核磁共振实验需求，具有较高的数据传输速率，并且易于扩展。本发明的上述目的通过以下技术方案实现
一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，包括
控制程序解释器，用于对核磁共振脉冲序列控制数据进行解析，生成控制数据输出到无损数据压缩�？椋�
无损数据压缩�？椋糜谕ü蔡碛攵斫岷系牧餮顾跛惴ǘ钥刂剖萁形匏鹧顾酰⒔蔡碛胙顾鹾蟮氖葑怀啥坡肓魇涑龅酵ㄐ沤涌� ；
通信接口，用于将二进制码流传输给无损数据解压缩�？椋�
无损数据解压缩�？椋糜诙远坡肓鹘薪庋顾酰⒔庋顾踔蟮氖萏畛涞街葱锌刂破髦校灰约�
执行控制器，用于根据解压缩之后的数据输出对应的控制数据。
如上所述的控制程序解释器包括第一输入数据缓存�？楹褪萁馕瞿？椋舜殴舱衤龀逍蛄锌刂剖萃ü谝皇淙胧莼捍婺？榻谢撼搴笫淙氲绞萁馕瞿？榻薪馕觥Ｈ缟纤龅奈匏鹗菅顾跄？榘ㄑ顾跄？楹褪涑霰嗦肽？椋�
压缩�？椋糜诮萁馕瞿？槭涑龅慕馕鍪萃ü蔡碛攵斫岷系牧餮顾跛惴ǘ钥刂剖萁形匏鹧顾酰�
输出编码模块，用于对无损压缩之后的数据转换成二进制码流。如上所述的通信接口包括第一通信接口�？楹偷诙ㄐ沤涌谀？椋谝煌ㄐ沤涌谀？榻邮斩坡肓鞑⒎⑺透诙ㄐ沤涌谀？椋诙ㄐ沤涌谀？榻邮沾拥谝煌ㄐ沤涌� �？榇涞亩坡肓鞑⒆怀刹⑿惺荽涓匏鹗萁庋顾跄？�。如上所述的无损数据解压缩�？榘ǖ诙淙胧莼捍婺？楹徒庋顾跄？椋�
第二输入数据缓存�？椋糜诮邮詹⑿惺莶⒔谢捍妫捍婧蟮牟⑿惺莘⑺透庋顾跄？椋�
解压缩�？椋糜诙圆⑿惺萁薪庋顾酰庋顾鹾蟮牟⑿惺萏畛涞街葱锌刂破�。如上所述的执行控制器包括主执行控制器和从执行控制器，
主执行控制器和从执行控制器均接收解压缩后的并行数据，主执行控制器发送同步信号到从执行控制器，从执行控制器在同步信号的控制下与主执行控制器同步生成被控�？樾藕鸥豢啬？�。如上所述的第一通信接口�？橥ü蕴换换坡肓鞣⑺透诙ㄐ沤涌谀？�。本发明与现有技术相比，具有以下优点
1、有效地减小了控制数据的传输流量，提高了传输效率，能够满足扫描时间间隔较短的核磁共振实验需求，经测试，容量为I. 7 MB的脉冲序列数据，采用本发明进行传输后，数据传输效率是现有方案的10 12倍；
2、数据压缩�？椴捎镁蔡攵斫岷系牧餮顾跛惴ǘ钥刂剖萁形匏鹧顾酰灰览涤谑淙胧莞袷剑哂薪虾玫难顾跣Ч⑶已顾跣Ч皇苎顾跷募笮〉挠跋欤视糜谑凳钡氖菅顾酰�
3、使用流方式压缩的数据经过解压缩之后即可生成二进制代码，由执行控制器硬件直接执行，不需要对控制数据进行复杂度高的解析，加快了执行的速度；
4、控制数据的生成与压缩由控制程序解释器完成，主机不直接参与，能够为主机提供更多处理其他任务的时间；
5、每一个执行控制器与控制程序解释器之间通过独立的数据传输线连接，具有较高的数据传输速率，并且易于扩展。
图I为本发明的原理示意 图2为控制程序解释器、无损数据压缩�？楹屯ㄐ沤涌谑迪值脑砜� 图3为通信接口、无损数据解压缩�？楹椭葱锌刂破魇迪值脑砜� 图4为通信接口包含以太网交换机的原理示意图。
图中，I-控制程序解释器；101-第一输入数据缓存�？椋�102-数据解析�？椋�2-无损数据压缩�？椋�201_压缩�？椋�202_输出编码�？椋�301-第一通信接口�？椋�302-第二通信接口�？椋�4_无损数据解压缩�？椋�401_第二输入数据缓存�？椋�402_解压缩�？椋�501-主执行控制器；502_从执行控制器。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。实施例I
一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，包括 控制程序解释器1，用于对核磁共振脉冲序列控制数据进行解析，生成控制数据输出到无损数据压缩�？�2 ；
无损数据压缩�？�2，用于通过静态表与动态表结合的流压缩算法对控制数据进行无损压缩，并将静态表与压缩后的数据转换成二进制码流输出到通信接口 ；
通信接口，用于将二进制码流传输给无损数据解压缩�？�4 ；
无损数据解压缩�？�4，用于对二进制码流进行解压缩，并将解压缩之后的数据填充到执行控制器中；以及
执行控制器，用于根据解压缩之后的数据输出对应的控制数据。控制程序解释器I包括第一输入数据缓存�？�101和数据解析�？�102，核磁共振脉冲序列控制数据通过第一输入数据缓存�？�101进行缓冲后输入到数据解析�？�102进行解析。无损数据压缩模块2包括压缩�？�201和输出编码�？�202，
压缩�？�201，用于将数据解析�？�102输出的解析数据通过静态表与动态表结合的流压缩算法对控制数据进行无损压缩，
输出编码�？�202，用于对无损压缩之后的数据转换成二进制码流。通信接口包括第一通信接口�？�301和第二通信接口�？�302，第一通信接口�？�301接收二进制码流并发送给第二通信接口�？�302，第二通信接口�？榻邮沾拥谝煌ㄐ沤涌谀？�301传输的二进制码流并转换成并行数据传输给无损数据解压缩�？�4。无损数据解压缩�？�4包括第二输入数据缓存�？�401和解压缩�？�402，
第二输入数据缓存�？�401，用于接收并行数据并进行缓存，缓存后的并行数据发送给解压缩�？�402，
解压缩�？�402，用于对并行数据进行解压缩，将解压缩后的并行数据填充到执行控制器。执行控制器包括主执行控制器501和从执行控制器502，
主执行控制器501和从执行控制器502均接收解压缩后的并行数据，主执行控制器501发送同步信号到从执行控制器502，从执行控制器502在同步信号的控制下与主执行控制器同步生成被控�？樾藕鸥豢啬？�。第一通信接口�？�301通过以太网交换机将二进制码流发送给第二通信接口模块 302。第一通信接口�？�301通过以太网交换机将二进制码流发送给第二通信接口�？�302。第一通信接口�？�301、第二通信接口�？�302的型号为W5300或CYUSB3014 ;以太网交换机型号为DES-1026G或TL-SG1024T。一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其工作流程为
控制程序解释器I分析核磁共振脉冲序列控制数据，生成静态数据表与高速变化的动态控制数据输出到无损数据压缩�？�2，并由无损数据压缩�？�2对动态数据采用流方式进行无损压缩，压缩完成后通过通信接口和以太网交换机发送到对应的无损数据解压缩模块4进行解压缩并填充至执行控制器；
执行控制器接收到解压缩后的控制数据，等待启动信号有效；当所有执行控制器(主执行控制器501和从执行控制器502)准备完成后，主执行控制器501发出启动信号，所有执行控制器根据解压缩之后的控制数据，去控制仪器设备中各个被控模块的协同工作；在执行过程中主执行控制器根据需要可以对从执行控制器502发出同步信号进行同步，直到所有程序执行完成后结束。
控制程序解释器I与无损数据压缩�？�2由FPGA(现场可编程门阵列，型号为EP3C55F484C7)实现，采用硬件实现的LZ77算法对控制数据进行流方式压缩，压缩完成后通过通信接口和以太网交换机分别发送到对应的无损数据解压缩�？�4进行硬件解压。无损数据解压缩�？�4和执行控制器由FPGA (型号为EP3C55F484C7)实现，通信接口将控制程序解释器I发送来的数据输入到无损数据解压缩�？�4，然后在FPGA中调用内嵌的基于硬件实现的LZ77解压缩算法对压缩数据进行解压缩，并将解压缩之后的数据填充到执行控制器的FIFO�？�(先进先出队列存储器)中。当启动信号有效后，执行控制器依次读取FIFO中的控制数据，直接输出对应的控制信号去控制核磁共振仪器各个部件的协同工作。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
1.一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，包括 控制程序解释器(I )，用于对核磁共振脉冲序列控制数据进行解析，生成控制数据输出到无损数据压缩模块(2); 无损数据压缩�？�(2)，用于通过静态表与动态表结合的流压缩算法对控制数据进行无损压缩，并将静态表与压缩后的数据转换成二进制码流输出到通信接口 ； 通信接口，用于将二进制码流传输给无损数据解压缩�？�(4)； 无损数据解压缩�？�(4 )，用于对二进制码流进行解压缩，并将解压缩之后的数据填充到执行控制器中；以及 执行控制器，用于根据解压缩之后的数据输出对应的控制数据。
2.根据权利要求I所述的一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，所述的控制程序解释器(I)包括第一输入数据缓存�？�(101)和数据解析�？�(102)，核磁共振脉冲序列控制数据通过第一输入数据缓存�？�(101)进行缓冲后输入到数据解析�？�(102)进行解析。
3.根据权利要求2所述的一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，所述的无损数据压缩�？�(2)包括压缩�？�(201)和输出编码�？�(202)， 压缩模块(201)，用于将数据解析�？�(102)输出的解析数据通过静态表与动态表结合的流压缩算法对控制数据进行无损压缩， 输出编码�？�(202 )，用于对无损压缩之后的数据转换成二进制码流。
4.根据权利要求I所述的一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，所述的通信接口包括第一通信接口�？�(301)和第二通信接口模块(302)，第一通信接口�？�(301)接收二进制码流并发送给第二通信接口模块(302)，第二通信接口�？榻邮沾拥谝煌ㄐ沤涌谀？�(301)传输的二进制码流并转换成并行数据传输给无损数据解压缩丰旲块(4 )。
5.根据权利要求4所述的一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，所述的无损数据解压缩�？�(4)包括第二输入数据缓存�？�(401)和解压缩�？�(402)， 第二输入数据缓存�？�(401)，用于接收并行数据并进行缓存，缓存后的并行数据发送给解压缩�？�(402)， 解压缩�？�(402)，用于对并行数据进行解压缩，将解压缩后的并行数据填充到执行控制器。
6.根据权利要求5所述的一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，所述的执行控制器包括主执行控制器(501)和从执行控制器(502)， 主执行控制器(501)和从执行控制器(502)均接收解压缩后的并行数据，主执行控制器(501)发送同步信号到从执行控制器(502)，从执行控制器(502)在同步信号的控制下与主执行控制器同步生成被控�？樾藕鸥豢啬？椤�
7.根据权利要求4所述的一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，其特征在于，所述的第一通信接口�？�(301)通过以太网交换机将二进制码流发送给第二通信接口�？�(302)。
全文摘要
本发明公开了一种基于无损压缩数据传输技术的高速程序控制器，包括控制程序解释器，用于对核磁共振脉冲序列控制数据进行分析；无损数据压缩�？椋糜谕ü蔡碛攵斫岷系牧餮顾跛惴ǘ钥刂剖萁形匏鹧顾跎啥坡肓鞑⑹涑龅酵ㄐ沤涌冢煌ㄐ沤涌冢糜诮坡肓鞔涓匏鹗萁庋顾跄？椋晃匏鹗萁庋顾跄？椋糜诙远坡肓鹘薪庋顾酰⒔庋顾踔蟮氖萏畛涞街葱锌刂破髦校恢葱锌刂破鳎糜诟萁庋顾踔蟮氖菔涑龆杂Φ目刂剖�。本发明能够有效地减小控制数据的传输流量，进而提高传输效率，具有较好的压缩效果,能够满足扫描时间间隔较短的核磁共振实验需求,具有较高的数据传输速率，并且易于扩展。
文档编号G01R33/54GK102857230SQ20121035550
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者刘朝阳, 张志 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所
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