[发明专利]高速数据实时采集存储设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储设备，特别涉及一种高速数据实时采集存储设备，属于计算机应用领域。

背景技术

高速数据采集存储系统的关键技术是高速模数转换技术、数据存储与传输技术和抗干扰技术。当大量的高速实时数据经过模数转换后，必须高速存储，多通道高采样率的数据采集系统会产生巨大的数据流。这样就需要高速大容量的存储介质将数据存储起来，然后再读回计算机进行处理。

当前主流的高速数据采集存储系统基本上都是国外公司的产品，其中以美国国家仪器公司(National Instruments)的产品占据市场领先地位。其主流产品方案是基于PC架构的控制主机加上基于PXI/PXIe总线的高速数据采集卡和RAID磁盘阵列卡来实现的，最高产品规格可实现600MB/S的持续数据流盘。

在数据采集领域，越来越多的应用对采样率和分辨率都提出了更高的要求。高速流盘技术一直是测控领域面临的挑战。在当前数据流盘速度受限的情况下，用户不得不采取一些折衷方案，比如下列几种方式：

1、采集的数据先全部存放在采集卡的内存中，停止采集后把数据从采集卡的内存再读入到主机中。由于采集卡上内存大小的限制，这样的方式只能连续采集几秒甚至几毫秒的数据，无法做到持续实时存储。

2、采用NI(美国国家仪器)公司的PXIe采集卡以及工控机，这种方式可以实现较高速度的采集和存储，但是由于采用通用的X86体系结构，在很多情况下无法满足苛刻的环境要求，比如对于温度和振动有较高要求的情况下，这种方式就无法使用。

3、通过FPGA把采集之后的数据直接写入到Flash阵列中，这种方式可以实现较高速度的采集，并且可以满足比较苛刻的环境要求，同时流盘的速度也可以达到接近300MB/S。但是这种方式存在一些比较致命的弱点，主要是Flash的写入控制很难达到较高的性能，同时，这种方式无法实现方便的扩容。

尽管目前的这些产品或者方案存在各种各样的缺陷，但是在市场上可选择的产品中，速度最高也仅能达到600MB/S，用户也别无选择。

当前市场上的数据采集存储的设备架构一般有以下几种：

1.使用PCI/PXI架构

PCI总线是一种并行总线，最高带宽132MB/s，持续带宽110MB/s，所有的设备共享该带宽，存储顺序是数据先传到设备缓存，再经PCI总线传输到控制器，经过I/O总线，到内存RAM，CPU，最后存储到硬盘上，由于各个设备共享带宽，而且数据需要经过CPU处理最后存储到硬盘上，普通的IDE硬盘读写速度也不快，因此，采用该架构数据的存储速度一般不会超过50MB/s。一般的PXI设备工作原理与此类似。

2.使用PCIe/PXIe架构

PCIe总线是一种串行总线，单线传输(x1)可以达到250MB/s，16线(x16)时传输速率可达4GB/s，各设备专用各自总线进行点对点传输，因此传输速率较高，此时的瓶颈主要存在于读写硬盘的速度。一般存储/读取的速度均在100MB/s到400MB之间。

3.使用直接写盘架构

以上两种架构，数据都要经过I/O总线、内存和CPU，在一定程度上该过程限制了存储/读取的速度，而且CPU的多线程性又增加了丢失数据的可能性和系统的不稳定性，所以出现了直接读/写盘结构。数据从设备的缓存中读出后直接写入磁盘，或者从磁盘中读取后直接输出。采用此方案的产品数据流盘速度可达600MB/s。但这种方案仍需要主机对采集卡和磁盘阵列卡进行控制，增加了产品的成本和复杂性，复杂性的增加导致了系统稳定性的下降，同时主机的总线控制器带宽仍然对数据存取速度有一定限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式高性能I/O处理器的方案，从根本上解决了PC架构带来的总线瓶颈问题，产品的集成度更高，更加适合于工业级甚至军用级的应用环境的高速数据实时采集存储设备。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种高速数据实时采集存储设备，其包括：高速数字数据采集模块和高速数据存储控制模块，高速数字数据采集模块和高速数据存储控制模块通过PCI-E总线连接；

高速数字数据采集模块包括高速数字数据采集模块控制器、数据采集通道和PCI-E总线，高速数字数据采集模块控制器与数据采集通道和PCI-E总线连接，高速数字数据采集模块控制器接收数据采集通道的数字信号，将接收到的数字信号进行处理，并将处理后的数据传输到PCI-E总线；