[發明專利]一種低功耗大容量存儲系統及應用

有效

• 申請號: 201810042079.2
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108255763B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 楊志國;姜瑩;顧荷炎;劉保華;于凱本;于盛齊;宗樂;張曉波
• 申請（專利權）人: 國家深海基地管理中心;國家海洋局第一海洋研究所;杭州銳訊科技有限公司
• 主分類號: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40;G06F13/20
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

一種低功耗大容量存儲系統及其應用，屬于海洋儀器領域，本發明主要通過構建TF/SD卡矩陣的方式實現低功耗大容量存儲系統，其核心是TF/SD卡矩陣控制器。系統通過矩陣控制器將一路SDIO總線擴張至多路，每路SDIO總線上又同時掛載多張TF/SD卡。數據寫入過程采用時分的方式，由MCU控制同一時刻只選擇一個SDIO通道以及該SDIO通道上的一張TF/SD卡，其他TF/SD卡則關閉供電，進行低功耗處理。數據讀取過程則同時選通所有SDIO通道，各個通道的TF/SD卡數據并行輸出，以到達快速讀取的目的。

技術領域

本發明屬于海洋儀器領域，具體地涉及一種低功耗大容量存儲系統及應用。

背景技術

自容式采集設備目前在海洋儀器領域有著廣泛的應用。自容式采集設備存儲系統的特點是采樣數據按序存儲，設備回收后批量導出，存儲過程要求功耗低，導出過程要求速率高。通常情況下，影響自容式采集設備工作時長的兩個主要因素是存儲容量和功耗。目前常用的大容量存儲介質包括SD/TF卡和硬盤，前者的功耗較低，但是存儲容量有限；后者能提供相對較大的存儲容量，但是功耗較SD/TF卡高出很多，即便是固態硬盤(SSD)，其功耗仍然會高出一個數量級。另外，常規的嵌入式系統控制器配備的SD/TF接口和硬盤接口有限，受到單個存儲器最大容量的限制，存儲系統所能達到的最大容量也非常有限。因此，尋找一種同時解決容量和功耗的存儲系統，是一個需要迫切解決的難題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種低功耗大容量存儲系統及其應用。所述系統能夠解決在存儲容量上的瓶頸，同時只消耗與使用單個SD/TF卡接近的功耗，并且還能提供比使用單個SD/TF卡或者硬盤更高的可靠性。

本發明主要通過構建TF/SD卡矩陣的方式實現低功耗大容量存儲系統，其核心是TF/SD卡矩陣控制器。系統通過矩陣控制器將一路SDIO總線擴張至多路，每路SDIO總線上又同時掛載多張TF/SD卡。數據寫入過程采用時分的方式，由MCU控制同一時刻只選擇一個SDIO通道以及該SDIO通道上的一張TF/SD卡，其他TF/SD卡則關閉供電，進行低功耗處理。數據讀取過程則同時選通所有SDIO通道，各個通道的TF/SD卡數據并行輸出，以到達快速讀取的目的。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

一種低功耗大容量存儲系統，所述系統包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩陣控制器、SDIO總線、擴張SDIO總線、TF/SD卡；TF/SD卡矩陣控制器控制端連接帶SDIO控制器的低功耗MCU；所述系統通過TF/SD卡矩陣控制器將一路SDIO控制器擴張至多路擴張SDIO總線，每路擴張SDIO總線上又同時掛載多張TF/SD卡；數據寫入過程采用時分的方式，由低功耗MCU控制同一時刻只選擇一個擴張SDIO總線通道以及其對應的該通道上的一張TF/SD卡，其他TF/SD卡則關閉供電，進行低功耗處理；數據讀取過程則同時選通所有擴張SDIO總線通道，各個通道的TF/SD卡數據并行輸出，以到達快速讀取的目的；高速接口通過高速總線連接TF/SD卡矩陣控制器控制端。

進一步，所述的TF/SD卡矩陣控制器，它包括邏輯控制單元、多通道選擇開關、SDIO時序單元、錯誤檢測單元、數據匯聚單元、輸入輸出接口。各部分功能如下：輸入輸出接口涵蓋多種接口協議，為采集數據的輸入提供通道；數據匯聚單元負責在讀取數據的時候將多個通道的SDIO數據匯聚到一起并行輸出到外部高速接口；錯誤檢測單元負責監測TF/SD卡操作過程中的各種異常，并及時向邏輯控制單元匯報當前錯誤；SDIO時序單元跟蹤SDIO數據傳輸的狀態機，識別當前數據傳輸的方向和進程，并將該信息及時上報；多通道選擇開關負責在采集過程中選通某個SDIO通道進行讀寫操作；邏輯控制單元負責各個模塊的協調和控制。矩陣控制器可基于FPGA或者ASIC等低功耗器件設計，確保其工作功耗開銷對系統整體功耗不會產生太大的影響。

進一步，高速接口基于包括usb3.0或者PCIE在內的任一高速數據傳輸協議，負責將數據并行導出上傳到上位機，從而實現數據的高速讀取。