二進制數據處理方法分享

隨著不斷增長的測試需求、更加復雜的系統集成和更多的數據處理，程序控制在示波器的應用中越來越多。在程序控制中很重要的一部分就是如何把數據從示波器中傳輸到我們的上位機上，并且當數據傳輸到我們的上位機上時，我們如何去解析數據并且應用它們。本次的技術分享文章，我們就從如何傳輸數據和解析二進制數據來一步一步剝絲抽繭，搞清楚他的運作原理和二進制數據的數據結構。

首先介紹一下力科示波器波形的保存格式，如圖1所示，力科示波器可以把波形保存成多種格式：Binary、ASCII、Excel、Matlab和Mathcad等。 Binary的格式其實就是原始的二進制數據。對ASCII、Excel、Matlab這三種格式其實示波器已經對原始的二進制波形進行了解析，已經轉換成了string類型，雖然這幾種格式便于觀察，已經解析出了幅值和時間，但是他們最大的問題就是保存下來的波形文件非常的巨大而且保存的時間相對較長，因為示波器還要對其運算和解析來得到string類型。使用二進制的格式來保存波形無論是對數據的后期處理和保存速度相對于前幾種都是有很大優勢的，通常情況下二進制波形的大小只有前幾種格式大小的十分之一左右，問題就是我們如何解析和讀懂其中的波形內容？

圖1：示波器保存波形界面

在保存的二進制波形數據中，我們每一個采樣點的電壓值是用一串二進制數字表示的，力科的HDO系列示波器使用的是12位的ADC，也就是說一個采樣點的電壓會被量化成一串12bit的數據，使用2個字節去傳輸，2個字節是16bit，多出的四個字節補零處理即可。

想解析二進制波形那么就必須知道我們保存下來的二進制文件中都有些什么？力科官網有相應的格式模板（如圖2），目前的版本是template2_4。其中解釋了二進制波形文件中都包含哪些數據塊，每個數據塊的內容和含義是什么還有每個數據塊出現的順序。

圖2：力科波形解析模板

通常情況下我們的波形包括幾部分（如圖3）：頭字節（一些數字）；WAVEDESC1(波形描述符，解析二進制數據的關鍵)；DATA_ARRAY_1(其中存儲的就是我們采樣點的數據)。在我們使用上位機指令去讀取波形時，數據塊也就是block是指令中的可選參數，通常情況下解析出波形需要WAVEDESC1和DATA_ARRAY_1就足夠了。在這里的DATA_ARRAY_1里面的數據是示波器ADC采到的原始數據，我們稱它為raw data，它在這里只有大小沒有單位，可以把它理解成一個波形的形狀，通過raw data乘上相應的系數再加上相應的偏置才可以得到我們最終的電壓值。

圖3：數據block示意圖

上面提到了原始數據需要加工才能得到最終的電壓值，那么需要乘的系數和加的偏置從哪里獲得呢？就是需要從WAVEDESC1這個數據塊獲得。WAVEDESC1數據塊由346字節組成，每幾個字節就會代表一些信息，這些信息對我們解析波形有至關重要的作用，我們可以把WAVEDESC1理解成解析二進制數據的字典。

圖4：WAVEDESC1數據塊描述

可以看到WAVEDESC1中包含的內容非常的多。

圖5：WAVEDESC1數據塊內部結構（1）

圖6：WAVEDESC1數據塊內部結構（2）

圖7：WAVEDESC1數據塊內部結構（3）

下面介紹一些在WAVEDESC1中比較重要的參數。0-15字節是他的一個標識符用ASCII編碼翻譯過來就是WAVEDESC，標志著WAVEDESC1數據塊的開始（如圖8）。

圖8：wavedesc標識符示意圖

第34字節開始的COMM_ORDER字段就代表著高位讀取還是低位讀取。第60字節開始的WAVE_ARRAY1字段讀取出的內容就是DATA_ARRAT1的字節長度也就是它的數據量。（如圖9）

圖9：字段截圖

第156字節開始的VERTICAL_GAIN字段和第160字節開始的VERTICAL_OFFSET字段就是我們需要加工raw data（DATA_ARRAY1）的比例系數和偏置。

在圖10中，也可以看到最終數據的計算方式VERTICAL_GAIN*data -VERTICAL_OFFSET。

圖10：VERTICAL_GAIN和VERTICAL_OFFSET字段

總結

在處理二進制數據的時候，我們需要DATA_ARRAY1和WAVEDESC1兩個數據塊。在WAVEDESC1中最重要的就是VERTICAL_GAIN和VERTICAL_OFFSET。找到這些信息就可以解析出具體的電壓，連點成線恢復出我們采集的波形。

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