摘? 要: 針對遙測遙感數(shù)據(jù)碼速率高、數(shù)據(jù)量大以及系統(tǒng)造價盡量低的要求，采用PC機控制多硬盤并行工作對遙測數(shù)據(jù)進行實時采集及存儲，使數(shù)據(jù)存儲只在緩沖存儲器和硬盤數(shù)據(jù)端口之間進行，不占用系統(tǒng)機時?？刂齐娐酚肊PLD集成，制成PC接口卡。

　　關(guān)鍵詞: 遙測數(shù)據(jù)存儲 多硬盤 并行

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　　隨著遙感遙測系統(tǒng)被測參數(shù)的迅速增加，其數(shù)據(jù)傳輸碼速率越來越高，對數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的速度和容量都提出了更高的要求。以硬盤代替其它的存儲介質(zhì)實現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)的無丟失存儲，已經(jīng)成為遙測領(lǐng)域數(shù)據(jù)存儲研究的一個重要方面。采用單個硬盤對遙測數(shù)據(jù)進行存儲，在存儲容量及存儲速率方面都有一定的限制，滿足不了某些遙測數(shù)據(jù)傳輸速率及存儲容量的要求。

　　基于以上原因，本文提出了采用PC機控制多硬盤并行工作形成磁盤陣列，存儲容量及存儲速率都有了很大提高。其最大優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸存儲不經(jīng)過主機，只在緩沖存儲器和硬盤端口寄存器之間進行，極大地提高了數(shù)據(jù)的傳輸存儲速度。主機只對存儲系統(tǒng)進行邏輯控制和參數(shù)設(shè)置，節(jié)省了系統(tǒng)機時。

1 系統(tǒng)分析

　　由于硬盤的工作時序與遙測數(shù)據(jù)的速率不匹配，需要對遙測數(shù)據(jù)進行緩存，然后成塊寫入硬盤。緩存通常由高速靜態(tài)RAM、或雙端口RAM或FIFO完成，從容量及成本考慮，本系統(tǒng)采用靜態(tài)RAM。

　　一個由一塊硬盤構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)需要兩塊RAM配合數(shù)據(jù)緩存。假設(shè)PCM數(shù)據(jù)碼速率為S(Mbps)，每一塊緩存的容量為RKB，將每一塊緩存的數(shù)據(jù)存入硬盤所需時間設(shè)為T秒，則有:

　　經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)速率為S₁=S/8Mbps，存滿一塊緩存時間：

　　為了不丟失數(shù)據(jù)，應(yīng)該遵照寫盤時間要小于PCM存滿一塊緩存時間的原則，即T₁≥T。考慮到硬盤的實際工作情況，T₁對T應(yīng)該有余量，我們?nèi)₁=1.1T，則單硬盤所能接收的最大碼速率:

　　單硬盤的具體工作時序如圖1所示。

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　　若將PCM 遙測數(shù)據(jù)流提高到2SMbps，每塊緩存仍為RKB，則PCM寫完一塊所需時間為T/2，將R KB的緩存數(shù)據(jù)寫到硬盤仍需要T秒時間，遙測數(shù)據(jù)存滿每一塊緩存所用的時間為：

　　由此可以得出。這樣，在讀緩存寫硬盤期間，需要2塊容量為R(KB)的緩存才能暫存T時間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)。由于輸入串行數(shù)據(jù)的碼速率提高了一倍，寫硬盤數(shù)據(jù)量也增加了一倍，而單硬盤的寫盤速度已達(dá)極限，所以只能再增加一個硬盤并行工作。因此，在單硬盤達(dá)到存儲速度極限時，要提高一倍碼速率，只需要增加一塊硬盤和一塊緩存就可以滿足2S(Mbps)速率的要求，其工作時序如圖2所示。

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　　由圖2可以看出:用雙硬盤三塊RAM就可以使存儲速率比單硬盤雙RAM提高一倍。依次類推，每增加一塊硬盤和一塊RAM，數(shù)據(jù)存儲速率就能提高一倍。若想對碼速率為NS Mbps的遙測數(shù)據(jù)流進行存儲，只需要N塊硬盤、N+1塊RAM即可實現(xiàn)。

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　本系統(tǒng)由遙測數(shù)據(jù)(PCM碼)的采集和存儲兩部分組成。數(shù)據(jù)采集部分包括PCM碼的串/并轉(zhuǎn)換電路和采集控制電路。數(shù)據(jù)存儲部分包括:讀寫緩沖地址產(chǎn)生電路、讀寫控制電路、數(shù)據(jù)選擇電路、主存儲電路?；陔p硬盤并行工作的遙測數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示。其中數(shù)據(jù)總線有3組:A_d—串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)到緩存的數(shù)據(jù)總線;B_d—緩存到硬盤1的數(shù)據(jù)總線;C_d—緩存到硬盤2的數(shù)據(jù)總線。地址總線有3組:A_a—輸入數(shù)據(jù)存入緩存時的地址總線，由輸入地址發(fā)生器產(chǎn)生;C_a—從緩存到硬盤1的數(shù)據(jù)讀出地址總線，由輸出地址發(fā)生器I產(chǎn)生;Da—從緩存到硬盤2的數(shù)據(jù)讀出地址總線，由輸出地址發(fā)生器II產(chǎn)生。數(shù)據(jù)選擇隔離器和地址選擇器的功能表如表1所示。

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　　串行PCM數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后輸出到數(shù)據(jù)總線Ad上，通過數(shù)據(jù)選擇隔離分時分別順序?qū)懙絉AM-I、RAM-Ⅱ和RAM-Ⅲ中，然后再分別寫到硬盤1和硬盤2中。例如將輸入數(shù)據(jù)寫到RAM-I中，此時數(shù)據(jù)選擇隔離I將A_d選擇為RAM-I的E_d，地址選擇器I將A_a選擇為RAM-I的YI。當(dāng)寫滿RAM-I后，輸入地址發(fā)生器產(chǎn)生進位，以此來控制數(shù)據(jù)地址選擇器的邏輯控制端:S_a1，S_a2，S_a3，S_b1，S_b2，S_b3，使數(shù)據(jù)選擇隔離及地址選擇器將輸入緩存的數(shù)據(jù)存入下一片的緩存，即數(shù)據(jù)選擇隔離II將Ad選擇為RAM-II的Ed，地址選擇器II將A_a選擇為RAM-II的YII。同時，數(shù)據(jù)選擇隔離I將RAM-I的E_d為B_d，并通向硬盤1;地址選擇器I將C_a選擇為RAM-I的YI，并啟動輸出地址發(fā)生器I，將RAM-I中的數(shù)據(jù)寫入硬盤1。依此類推，接收的數(shù)據(jù)依次緩存到RAM-I、RAM-Ⅱ和RAM-Ⅲ，同時存滿的數(shù)據(jù)依次輪流分別寫到硬盤1和硬盤2中。

3 控制軟件流程

　　在本系統(tǒng)中，磁盤陣列中的硬盤只作為控制計算機的從盤。當(dāng)對遙測數(shù)據(jù)進行存儲時，該從盤和遙測數(shù)據(jù)存儲部分接通，而不干涉主機的工作。當(dāng)遙測數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，計算機又可以方便地訪問遙測數(shù)據(jù)盤，對其進行正常的數(shù)據(jù)處理。軟件流程如圖4所示。

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??? 實驗證明，遙測數(shù)據(jù)不經(jīng)過PC機外部總線直接存入硬盤，可以達(dá)到硬盤的長時間無故障寫盤的上限速度。由于每增加一個硬盤就可使存儲速度提高一倍，理論上可以使系統(tǒng)整體存儲速度達(dá)到串并轉(zhuǎn)換器件的極限指標(biāo)。采用適當(dāng)?shù)膶懕P方法，利用雙硬盤對遙測數(shù)據(jù)進行存儲速度可達(dá)到100mb/s，此時系統(tǒng)的存儲速率主要由串并轉(zhuǎn)換器件的速度決定。如果將pcm碼的串并轉(zhuǎn)換器替換為a/d轉(zhuǎn)換器，就可組成高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)，增加硬盤數(shù)量可繼續(xù)提高數(shù)據(jù)存儲速度。?

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參考文獻(xiàn)?

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