摘? 要: 針對(duì)遙測(cè)遙感數(shù)據(jù)碼速率高,、數(shù)據(jù)量大以及系統(tǒng)造價(jià)盡量低的要求,，采用PC機(jī)控制多硬盤并行工作對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及存儲(chǔ),，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只在緩沖存儲(chǔ)器和硬盤數(shù)據(jù)端口之間進(jìn)行,，不占用系統(tǒng)機(jī)時(shí)?？刂齐娐酚肊PLD集成,，制成PC接口卡。

　　關(guān)鍵詞: 遙測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 多硬盤 并行

?

　　隨著遙感遙測(cè)系統(tǒng)被測(cè)參數(shù)的迅速增加,，其數(shù)據(jù)傳輸碼速率越來越高，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)的無丟失存儲(chǔ),，已經(jīng)成為遙測(cè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究的一個(gè)重要方面。采用單個(gè)硬盤對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),，在存儲(chǔ)容量及存儲(chǔ)速率方面都有一定的限制,，滿足不了某些遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸速率及存儲(chǔ)容量的要求。

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

1 系統(tǒng)分析

　　由于硬盤的工作時(shí)序與遙測(cè)數(shù)據(jù)的速率不匹配,，需要對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)由一塊硬盤構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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(shí)間：

　　為了不丟失數(shù)據(jù),，應(yīng)該遵照寫盤時(shí)間要小于PCM存滿一塊緩存時(shí)間的原則，即T₁≥T,?？紤]到硬盤的實(shí)際工作情況，T₁對(duì)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(shí)序如圖1所示。

?

　　若將PCM 遙測(cè)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(shí)間為T/2，將R KB的緩存數(shù)據(jù)寫到硬盤仍需要T秒時(shí)間,，遙測(cè)數(shù)據(jù)存滿每一塊緩存所用的時(shí)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(shí)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(gè)硬盤并行工作。因此,，在單硬盤達(dá)到存儲(chǔ)速度極限時(shí),，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(shí)序如圖2所示,。

?

?

　　由圖2可以看出:用雙硬盤三塊RAM就可以使存儲(chǔ)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(chǔ)速率就能提高一倍,。若想對(duì)碼速率為NS Mbps的遙測(cè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行存儲(chǔ)，只需要N塊硬盤,、N+1塊RAM即可實(shí)現(xiàn),。

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)由遙測(cè)數(shù)據(jù)(PCM碼)的采集和存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)電路,。基于雙硬盤并行工作的遙測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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,。

?

?

　　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(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)，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(dòng)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(shí)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(jì)算機(jī)的從盤,。當(dāng)對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí),，該從盤和遙測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分接通，而不干涉主機(jī)的工作,。當(dāng)遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸完畢之后,，計(jì)算機(jī)又可以方便地訪問遙測(cè)數(shù)據(jù)盤，對(duì)其進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)處理,。軟件流程如圖4所示,。

?

??? 實(shí)驗(yàn)證明，遙測(cè)數(shù)據(jù)不經(jīng)過PC機(jī)外部總線直接存入硬盤,，可以達(dá)到硬盤的長(zhǎng)時(shí)間無故障寫盤的上限速度,。由于每增加一個(gè)硬盤就可使存儲(chǔ)速度提高一倍，理論上可以使系統(tǒng)整體存儲(chǔ)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(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)速度可達(dá)到100mb/s，此時(shí)系統(tǒng)的存儲(chǔ)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(chǔ)系統(tǒng)，增加硬盤數(shù)量可繼續(xù)提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度,。?

?

參考文獻(xiàn)?

1 v.Catania,，a.Puliafito，et al. Design and performance analysis of a disk array system.Ieee trans. On computers. 1995;44(10):1236～1247?

2 吳芝路,，任廣輝等. 基于ide硬盤的高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器研究. 電子技術(shù)應(yīng)用. 2000;26(5):16～17?

3 趙雅琴.基于raid0方式的遙測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.