[發(fā)明專利]高速數(shù)據(jù)實時采集存儲設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010210307.6
• 申請日: 2010-06-24
• 公開（公告）號: CN101887401A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧明明;梁德祥;盧鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州飛魚星電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F13/28
• 分類號: G06F13/28;G06F3/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種存儲設(shè)備，特別涉及一種高速數(shù)據(jù)實時采集存儲設(shè)備，屬于計算機應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是高速模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲與傳輸技術(shù)和抗干擾技術(shù)。當(dāng)大量的高速實時數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，必須高速存儲，多通道高采樣率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)流。這樣就需要高速大容量的存儲介質(zhì)將數(shù)據(jù)存儲起來，然后再讀回計算機進行處理。

當(dāng)前主流的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)基本上都是國外公司的產(chǎn)品，其中以美國國家儀器公司(National?Instruments)的產(chǎn)品占據(jù)市場領(lǐng)先地位。其主流產(chǎn)品方案是基于PC架構(gòu)的控制主機加上基于PXI/PXIe總線的高速數(shù)據(jù)采集卡和RAID磁盤陣列卡來實現(xiàn)的，最高產(chǎn)品規(guī)格可實現(xiàn)600MB/S的持續(xù)數(shù)據(jù)流盤。

在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，越來越多的應(yīng)用對采樣率和分辨率都提出了更高的要求。高速流盤技術(shù)一直是測控領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。在當(dāng)前數(shù)據(jù)流盤速度受限的情況下，用戶不得不采取一些折衷方案，比如下列幾種方式：

1、采集的數(shù)據(jù)先全部存放在采集卡的內(nèi)存中，停止采集后把數(shù)據(jù)從采集卡的內(nèi)存再讀入到主機中。由于采集卡上內(nèi)存大小的限制，這樣的方式只能連續(xù)采集幾秒甚至幾毫秒的數(shù)據(jù)，無法做到持續(xù)實時存儲。

2、采用NI(美國國家儀器)公司的PXIe采集卡以及工控機，這種方式可以實現(xiàn)較高速度的采集和存儲，但是由于采用通用的X86體系結(jié)構(gòu)，在很多情況下無法滿足苛刻的環(huán)境要求，比如對于溫度和振動有較高要求的情況下，這種方式就無法使用。

3、通過FPGA把采集之后的數(shù)據(jù)直接寫入到Flash陣列中，這種方式可以實現(xiàn)較高速度的采集，并且可以滿足比較苛刻的環(huán)境要求，同時流盤的速度也可以達到接近300MB/S。但是這種方式存在一些比較致命的弱點，主要是Flash的寫入控制很難達到較高的性能，同時，這種方式無法實現(xiàn)方便的擴容。

盡管目前的這些產(chǎn)品或者方案存在各種各樣的缺陷，但是在市場上可選擇的產(chǎn)品中，速度最高也僅能達到600MB/S，用戶也別無選擇。

當(dāng)前市場上的數(shù)據(jù)采集存儲的設(shè)備架構(gòu)一般有以下幾種：

1.使用PCI/PXI架構(gòu)

PCI總線是一種并行總線，最高帶寬132MB/s，持續(xù)帶寬110MB/s，所有的設(shè)備共享該帶寬，存儲順序是數(shù)據(jù)先傳到設(shè)備緩存，再經(jīng)PCI總線傳輸?shù)娇刂破鳎?jīng)過I/O總線，到內(nèi)存RAM，CPU，最后存儲到硬盤上，由于各個設(shè)備共享帶寬，而且數(shù)據(jù)需要經(jīng)過CPU處理最后存儲到硬盤上，普通的IDE硬盤讀寫速度也不快，因此，采用該架構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲速度一般不會超過50MB/s。一般的PXI設(shè)備工作原理與此類似。

2.使用PCIe/PXIe架構(gòu)

PCIe總線是一種串行總線，單線傳輸(x1)可以達到250MB/s，16線(x16)時傳輸速率可達4GB/s，各設(shè)備專用各自總線進行點對點傳輸，因此傳輸速率較高，此時的瓶頸主要存在于讀寫硬盤的速度。一般存儲/讀取的速度均在100MB/s到400MB之間。

3.使用直接寫盤架構(gòu)

以上兩種架構(gòu)，數(shù)據(jù)都要經(jīng)過I/O總線、內(nèi)存和CPU，在一定程度上該過程限制了存儲/讀取的速度，而且CPU的多線程性又增加了丟失數(shù)據(jù)的可能性和系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以出現(xiàn)了直接讀/寫盤結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)從設(shè)備的緩存中讀出后直接寫入磁盤，或者從磁盤中讀取后直接輸出。采用此方案的產(chǎn)品數(shù)據(jù)流盤速度可達600MB/s。但這種方案仍需要主機對采集卡和磁盤陣列卡進行控制，增加了產(chǎn)品的成本和復(fù)雜性，復(fù)雜性的增加導(dǎo)致了系統(tǒng)穩(wěn)定性的下降，同時主機的總線控制器帶寬仍然對數(shù)據(jù)存取速度有一定限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于嵌入式高性能I/O處理器的方案，從根本上解決了PC架構(gòu)帶來的總線瓶頸問題，產(chǎn)品的集成度更高，更加適合于工業(yè)級甚至軍用級的應(yīng)用環(huán)境的高速數(shù)據(jù)實時采集存儲設(shè)備。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高速數(shù)據(jù)實時采集存儲設(shè)備，其包括：高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊和高速數(shù)據(jù)存儲控制模塊，高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊和高速數(shù)據(jù)存儲控制模塊通過PCI-E總線連接；

高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊包括高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊控制器、數(shù)據(jù)采集通道和PCI-E總線，高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊控制器與數(shù)據(jù)采集通道和PCI-E總線連接，高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊控制器接收數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)字信號，將接收到的數(shù)字信號進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇CI-E總線；