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一种专用高速数据记录器的设计和实现

齐亚军 赵凤军?? 2008年08月22日 ?? 收藏0

  在持续数据采集存储系统中,数据存储是一项关键技术。常规的数据记录器多采用总线型设计思路。过去的做法是通过内存将采集和存储联系起来。外部采集到的数据经由PCI总线送入系统内存,然后再由主机把数据写入磁介质存储器。由于数据两次经由PCI总线进出内存,总线效率降低一半,速度也降低很多。随着对PCI总线和SCSI总线接口协议以及计算机系统结构的了解愈加深入,现在多采用映射内存及总线主控技术,使SCSI适配器对PCI采集设备直接进行访问。由于避开了系统内存这一环节,速度得到了很大的提高。一种常规的做法是在微机系统加一块PCI-SCSI接口卡,使数据通过高速PCI接口,由SCSI总线处理器将高速数据写入SCSI硬盘。其缺点在于数据速度受到PCI带宽的限制,而且由于对微机系统的依赖,系统难以实现模块化设计。本文提出了一种专用的高速数据记录系统设计。设计脱离了微机系统,由DSP控制将高速数据实时持续的写入SCSI硬盘,在存储容量和传输速度等方面都具有很大的优势。此外,设备还支持数据的高速回写。

  1.??? SCSI总线和硬盘

  SCSI是英文Small Computer System Interface的缩写,译为小型计算机系统接口。SCSI是美国ANSI9.2委员会定义的计算机和外设之间的接口标准。本系统采用SCSI硬盘,因为SCSI接口本身具有很多优点:(1)SCSI提供了一个高速传输通道,目前Ultra320 SCSI总线数据传输速度可以达到320MB/s,虽然在实际应用中达不到这个理论值,但百兆比特的数据传输速度完全可以达到;(2)由于有专门的SCSI协议控制器和内嵌的处理器处理SCSI信号和数据传输,因此SCSI设备对CPU占用率低。此外还支持多任务工作模式;(3)SCSI总线占用系统资源少,还可以同时串接多台不同设备,最多时可达15个;(4)SCSI硬盘在标识硬盘扇区时使用了线形的概念,即硬盘只有顺序的第1扇区、第2扇区,第n扇区,不像IDE硬盘的“柱面/磁头/扇区”三维格局。这种线形编排方式的优点是访问时间小,可以有效地加快磁盘存取速度,尤其在持续大容量数据存储时,优势更为明显。此外,通过挂接多个硬盘组成磁盘阵列可以大大地增加数据的存储容量。

  2.??? 系统结构设计

  整个系统的设计结构[1]框图如图1所示,主要包括以下几部分:高速数据源(不在本文设计中)、光电转换和串并转换单元、高速大容量的数据缓存、微处理器、DMA控制器、SCSI协议处理器以及高速SCSI硬盘。下面逐一介绍。

  2.1 光电转换和串并转换单元

  系统的高速数据源为光接口,记录器接收到光信号后,首先经过光电转换变为串行的电信号,再经过串并转换变为16位的并行数据。

  采用光接口的主要原因在于:光纤通道(Fibre Channel) 是一种高性能的串行数据接口,支持SCSI、ATM等上层数据传输协议,具有可靠性高、速度快和传输距离远的特点,特别适合高速大容量的信息传输。

  2.2 高速大容量的数据缓存

高速数据记录器结构框图