赵雅琴 吴芝路 张 博

     来源：《电子技术应用》

     摘要：针对遥测数据码速率高、数据量大以及系统造价尽量低的要求。采用PC机控制硬盘并行工作对遥测数据进行实时采集及存储，使数据存储只在缓冲存储器和硬盘数据端口之间过行，不占用系统机时。控制电路用EPLD集成，制成PC接口卡。

     关键词：遥测数据存储

     多硬盘 并行

     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。