[發明專利]一種小型多通道串行數據記錄器

有效

• 申請號: 201310208566.9
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103631976A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 李和平;王巖飛;李賀軍;吳海挺;張建龍;蔣孝恩
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G06F17/40
• 分類號: G06F17/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及數據記錄器，特別涉及一種小型多通道串行數據記錄器，用于記錄飛參、慣導、雷達圖像、列車行車狀態等串行數據。

背景技術

串行數據記錄器廣泛應用于飛行器、機車、艦船、工業現場等需要實時記錄設備運行參數的環境中。具有高穩定性的記錄器能確保數據記錄的準確性，有利于正確評判設備的狀態和性能，從而保證設備正常的運轉。

串行數據記錄器的存儲模式分為轉存和直存兩種。轉存是指將數據存儲到大容量存儲芯片中，等任務完成后將存儲芯片上的數據轉存到計算機中。采用轉存方式的一些設計中，輸入數據首先被存儲到記錄器的Nand?Flash/BBSRAM/FRAM/NVSRAM等存儲芯片，然后通過串行接口(RS232、RS422、USB等)或專門的回放設備將數據傳輸到計算機。轉存方式的優點是：設備的集成度高、功耗低、抗震性強、可靠性高；不足之處：增加了數據導出這個環節，任務結束后需要將設備拆下來進行數據轉存或者將計算機布置到任務設備旁邊轉存數據，費時費力，不便于使用。

直存方式是指直接將輸入數據傳輸給嵌入式計算機(如PC104或ARM等)，然后由計算機將數據存入到存儲設備中，如硬盤、U盤等。采用這種方式，系統研制周期短，難度低，人機界面友好，修改靈活，數據以文件的形式存儲，任務結束后，只需要將存儲介質取走即可，省去轉存的環節。嵌入式計算機安裝的操作系統一般都內嵌成熟的文件系統，研發人員不用過多介入文件系統的格式和實現過程，只需要調用文件操作的Api函數，即可完成對數據的文件操作功能。

目前，有些采取直存方式的記錄器也能夠不借助操作系統直接將數據以文件的形式寫入存儲介質，節省轉存環節。但是，對于直存方式，由于采取標準的文件系統導致存儲效率比較低。

FAT32文件系統是優秀的文件系統之一，它結構合理，穩定性高，應用廣泛。基于U盤、SD卡、CF卡等存儲介質的FAT32文件系統以簇作為基本存儲單元。由DOS引導區(DOS?Boot?Recording-DBR)、文件分配表(File?Allocation?Table-FAT)和數據區等三部分組成。DBR引導區從第一扇區開始，保存每個扇區的字節數、每簇對應的扇區數等參數和引導記錄。FAT區保存兩個相同的文件分配表，以簇鏈的形式記錄每個文件的存儲位置。

FAT32文件系統中，文件夾和文件名都以目錄項的形式存在，保存在動態的文件目錄表(File?Directory?Table-FDT)中，與文件數據一起存儲在數據區中，并登記在FAT區中。

FAT32文件系統將文件數據以簇為單位分成若干個塊，存儲時這些塊不必相鄰。各個簇號以鏈表的結構形式存儲在FAT表中，首簇號存放在文件名目錄項中。簇鏈存儲結構使得文件數據不必存儲在連續的物理空間中，從而大大提高了物理存儲空間的利用率。但是，隨著文件系統逐漸變得龐大，空簇搜索時間將嚴重制約文件的創建速度。FAT32文件系統創建文件的流程如圖1所示。搜索文件夾(包括子文件夾)、文件名以及從FAT表中搜索空簇等過程需要不斷與CF卡交換數據。特別是當文件系統變得龐大并且文件較小時，上述搜索過程的耗時將成為文件創建的主要時間開銷。

綜上，FAT32文件系統的優點為：采用帶FAT的鏈表結構，物理存儲空間能夠得到充分利用；缺點為：當存儲器中文件比較多，并且文件比較零碎的情況下，文件的建立耗費大量時間，嚴重制約了數據讀寫速度。

轉存方式的不足之處為：增加了數據導出這個環節，任務結束后需要將設備拆下來轉存數據或者拿計算機到任務設備旁邊轉存數據，費時費力，不方便使用。

直存方式的問題為：1)采用嵌入式計算機后，系統的體積、功耗、重量、冗余度都比較大，成本高，不利于掉電時刻數據的保存；2)采用嵌入式操作系統，異常掉電會引起系統崩潰，造成無法記錄數據；3)效率低。為了保證通用性，操作系統自帶的文件系統有較大的冗余度，降低了文件操作的效率，浪費存儲介質寶貴的讀寫帶寬；4)使用的接插件比較多，系統的抗震性能差。。

發明內容

為了克服上面提到的現有串行數據記錄器和FAT32文件系統存在的不足，綜合兩種記錄方式的優點，本發明提供一種小型多通道串行數據記錄器。

本發明提出的一種小型多通道串行數據記錄器包括：數據接收及緩存單元、ARM處理器、外置存儲裝置、系統供電單元、電源檢測和掉電保護單元，其中：