遥测数据多硬盘并行存储方法的研究

2006-05-07 15:49:35来源: 电子技术应用

随着遥感遥测系统被测参数的迅速增加,其数据传输码速率越来越高,对数据存储系统的速度和容量都提出了更高的要求。以硬盘以代替其它的的存储介质实现遥测数据的无丢失存储,已经成为遥测数领域数据存储研究的一个重要方面。采用单个的硬盘对遥测数据进行存储,在存储容量及存储速率方在都有一定的限制,满足不了某些遥测数据传速率及存储容量的要求。

基于以上原因,本文提出了采用PC机控制多硬盘并行工作并形成磁盘阵列,存储容量及存储速率都有了很大提高。其最大优点是数据传输存储不经过主机,只在缓冲存储器和硬盘端口寄存器之间进行,极大地提高了数据的传输存储速度。主机只对存储系统进行逻辑控制和参数设置,节省了系统机时。

1 系统分析

由于硬盘的工作时序与遥测数据的速率不匹配, 需要对遥测数据进行缓存,然后成块写入硬盘。缓存通常由高速静态RAM、或双端口RAM或FIFO完成,从容量及成本考虑,本系统采用静态RAM。

一个由一块硬盘构成的数据存储系统需要两块RAM配合据缓存。假设PCM数据码速率为S(Mbps)每一块缓存的容量为RKB,将每一块缓存的数据存入硬盘所需要的时间设为T秒,则有:

    经串并转换后的并行数据速率为S=S/8Mbps,存满一块缓存时间:

T1=R×1024/S1×1000×1000=R×1024×8/S×1000×1000秒

为了不丢失数据,应遵照写盘时间要小于PCM存满一块缓存时间的原则,即T≥1.1T,则单硬盘所能接收的最大码速率:

Smax=R×1024/T1×1000×1000=R×1024×8/T×1.1×1000×1000秒

单硬盘的具体工作时序如图1所示。

若将PCM遥测数据流提高到2SMbps每块缓存仍为RKB,则PCM写完一块所需要时间为T/2,将RKB的缓存数据写到硬盘仍需要T秒时间,遥测数据存满每一块缓存所用的时间为:

T2=R×1024×8/2×S×1000×1000秒

由此可以得出T=1/2T。这样,在读缓存写硬盘其间,需要2块容量为R(KB)的缓存的才能暂存T时间内的输入数据。由于输入串行数据的码速率提高了一倍,写硬盘数据量也增加了一倍,而单硬盘的写盘速度已达极退,所以只能再增加一个硬盘并行工作。因此在单硬盘达到存储速度极限时,要提高一倍友速率,只需要增加一块硬盘和一块缓存就可以满足2S(Mbps)速率的要求,其工作时序如图2所示。

由图2可以看出:用双硬盘三块RAM就可以便存储速率比单硬盘双RAM提高一倍。依次类推,每增加一块硬盘和一块RAM,数据存储速率就能提高一倍。若想对码速率为NS Mbps遥测数据进行存储,只需要N块硬盘、N+1块RAM即可实现。

2 硬件结构设计

本系统由遥测数据(PCM码)的采集和存储两部分组成。数据采集部分包括PCM码的串/并转换电路和采集控制电。数据存储部分包括:读写缓冲地址产生电路、读写控制电路、数据选择电路、主存储电路。基于双硬盘并行工作的遥测数据存储系统的结构框图,如图3所示。其中数据总线有3组:Ad-一串并转换后的数据到缓存的数据总线;Bd-缓存到硬盘1的数据总线;Cd-缓存到硬盘2的数据总线。地址总线有3组:Aa -输入数据存入缓存时的地址总线,由输入地址发生器产生;Ca-从缓存到硬盘1的数据读出地址总线,由输出地址发生器1产生;Da-从缓存到硬盘2的数据读出地址总线,由输出地址发生器II产生。数据选择隔离器和地址选择器和功能表1所示。

串行PCM数据流行经过串并转换到数据总线Aa上,通过数据选择隔离分时分别写到硬盘1和硬盘2中。例如将输入数据写到RAM-I中,此时数据选择隔离I和Ad选择为RAM-I的Ed,地址选择器I交将Aa选择为RAM-I的Yi。当写满RAM-I后,输入地址发生器产生进位,以此来控制数据地址选择器的逻辑控制器:Sa1,Sa2,Sa3,Sb1,Sb2,Sb3,使数据选择隔离及地址选择器将输入缓存的数据存入下一片的缓存,即数据选择隔离II将Ad选择为RAM-II的Ed地址选择器II将Aa选择为RAM-II的YII。同时,数据选择隔离I将RAM-I的Ed为Bd,并通向硬盘I;地址发生器I将Ca选择为RAM-I的YI,并启动输出地址发生器I,将RAM-I中的数据写入硬盘I。依次类推,接收的数据依次缓存到RRAM-I、RAM-II和RAM-III册时存满的数据依次轮流分别写到硬盘I和硬盘2中。

3 控制软件流程

在本系统中,磁盘阵列中的硬盘只作为控制计算机的从盘。娄对遥测数据进行存储时,该从盘和遥测数据存储部分接通,而不干涉主机的工作。当遥测数据传输完毕之后,计算机又可以方便地访问遥测数据盘,对其进行正常的数据处理。软件流程图4所示。

实验证明,遥测数据不经过PC机外总的总线直接存入硬盘,可以达到硬盘的长时间无故障写盘的上限速度。由于每增加一个硬盘就可使存储速度提高一倍,理论上可以使系统整体存储速度达到串并转换器件的极限指标。采用适当的写盘方法,利用双硬盘对遥测数据进行存储速度可达到100Mb/s,此时系统的存储速率主要由串并转换器件的速度。如果将PCM码的并转换器替换为A/D转换器,就可组成高速数据采集存储系统,增加硬盘数量可继续提高数据存储速度。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/memory/200605/1566.html
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