[发明专利]一种基于FPGA和固态硬盘的高速采集记录装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集记录领域，特别涉及一种基于FPGA和固态硬盘的高速采集记录装置。

背景技术

随着可见光、红外等图像传感器的分辨率和精度越来越高，其输出数据接口的速率也越来越高，单个传感器输出速率高达GB/s，对数据采集记录装置的要求也越来越高。目前，主流的数据采集记录装置是采用标准的计算机平台实现，主要由高性能的CPU主板、数据采集卡、磁盘阵列组成，其中CPU主板上运行标准的操作系统，如Linux、Windows操作系统，实现对输入和输出数据流的控制和对磁盘阵列的管理。在该系统中，数据由采集卡输入，通过计算机内部总线传输到计算机的CPU板的内存中，数据在操作系统的文件系统管理下，在内存中交互多次，最终写入到磁盘阵列中。由于计算机内部总线和操作系统的复杂文件系统操作，会导致记录数据带宽很难突破1GB/s的带宽。由于使用高性能的CPU，系统的功耗和体积很难降低，无法实现嵌入式系统对低功耗和小体积的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有数据采集记录装置记录数据带宽低、无法实现嵌入式系统对低功耗和小体积的要求的问题。为实现上述目的，本发明提供了一种基于FPGA和固态硬盘的高速采集记录装置，包括：FPGA主控单元、数据输入单元、数据输出单元、监控接口单元、辅助信号输入单元、数据缓存单元、SATA3固态硬盘阵列、电源管理单元。

所述FPGA主控单元，连接数据输入单元、数据输出单元、监控接口单元、辅助信号输入单元、数据缓存单元、SATA3固态硬盘阵列、电源管理单元，用于协调各个单元的运行，并根据监控接口单元的命令，实现输入数据、输出数据的综合控制和存储。

所述数据输入单元，一端连接FPGA主控单元，一端连接外部的数据输入接口，用于对外部输入的数据进行协议解析和电平转换。

所述数据输出单元，一端连接FPGA主控单元，一端连接外部的数据输出接口，用于实现数据输出的协议和电平转换。

所述监控接口单元，一端连接FPGA主控单元，一端连接外部的监视和控制单元，用于对基于FPGA和固态硬盘的高速采集记录装置的运行实现控制以及状态监控。

所述辅助信号输入单元，一端连接FPGA主控单元，一端连接外部的数据输入接口，用于实现触发信号、掉电保护信号、时间信息、位置信息的输入。

所述数据缓存单元，连接FPGA主控单元，实现对输入和输出数据的数据缓存，数据缓存单元由多片DDR3SDRAM并行组合而成。

所述SATA3固态硬盘阵列，连接FPGA主控单元，多个SATA3固态硬盘组成SATA3固态硬盘阵列，实现高带宽的数据存储。

所述电源管理单元，连接FPGA主控单元、数据输入单元、数据输出单元、监控接口单元、辅助信号输入单元、数据缓存单元、SATA3固态硬盘阵列，用于给各个单元供电。

所述基于FPGA和固态硬盘的高速采集记录装置的记录数据带宽最高可达4GB/s。

所述FPGA主控单元支持硬件加密算法，在不降低数据记录带宽的前提下，实现对记录数据的加密。

所述数据输入单元支持Camera Link、SDI、光纤通道和以太网协议的数据输入。

所述数据输出单元支持Camera Link、SDI、光纤通道和以太网协议的数据输出。

所述监控接口单元支持RS422、RS232和以太网协议的数据输入输出。

所述辅助信号输入单元支持掉电保护，即基于FPGA和固态硬盘的高速采集记录装置正常工作过程中，遇到非正常掉电时，辅助信号输入单元发送掉电信号给FPGA主控单元，FPGA主控单元将缓存的数据写入到SATA3固态硬盘阵列中，保护SATA3固态硬盘阵列中的数据不受损坏。

所述辅助信号输入单元支持在数据记录过程中添加经度、纬度、时间信息。

所述的SATA3固态硬盘阵列与FPGA主控单元之间采用加固接插件连接，带有锁紧功能，抗振动、抗冲击。

由上述技术方案可知，本发明通过采用FPGA控制SATA3固态硬盘阵列实现高速数据采集记录，根据应用需求，采用Camera Link、SDI、光纤通道和以太网协议等不同种类的数据输入，输入数据经过接口转换直接进入数据缓存单元，在FPGA主控单元控制下，写入SATA3固态硬盘阵列中，输出数据也支持Camera Link、SDI、光纤通道和以太网协议等不同种类输出，具有以下有益效果：

1.记录数据带宽高，最高可达4GB/s，存储容量易扩展。