摘? 要: 針對遙測遙感數據碼速率高、數據量大以及系統造價盡量低的要求，采用PC機控制多硬盤并行工作對遙測數據進行實時采集及存儲，使數據存儲只在緩沖存儲器和硬盤數據端口之間進行，不占用系統機時。控制電路用EPLD集成，制成PC接口卡。
關鍵詞: 遙測數據存儲 多硬盤 并行
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隨著遙感遙測系統被測參數的迅速增加，其數據傳輸碼速率越來越高，對數據存儲系統的速度和容量都提出了更高的要求。以硬盤代替其它的存儲介質實現遙測數據的無丟失存儲，已經成為遙測領域數據存儲研究的一個重要方面。采用單個硬盤對遙測數據進行存儲，在存儲容量及存儲速率方面都有一定的限制，滿足不了某些遙測數據傳輸速率及存儲容量的要求。
基于以上原因，本文提出了采用PC機控制多硬盤并行工作形成磁盤陣列，存儲容量及存儲速率都有了很大提高。其最大優點是數據傳輸存儲不經過主機，只在緩沖存儲器和硬盤端口寄存器之間進行，極大地提高了數據的傳輸存儲速度。主機只對存儲系統進行邏輯控制和參數設置，節省了系統機時。
1 系統分析
由于硬盤的工作時序與遙測數據的速率不匹配，需要對遙測數據進行緩存，然后成塊寫入硬盤。緩存通常由高速靜態RAM、或雙端口RAM或FIFO完成，從容量及成本考慮，本系統采用靜態RAM。
一個由一塊硬盤構成的數據存儲系統需要兩塊RAM配合數據緩存。假設PCM數據碼速率為S(Mbps)，每一塊緩存的容量為RKB，將每一塊緩存的數據存入硬盤所需時間設為T秒，則有:
經串并轉換后的并行數據速率為S1=S/8Mbps，存滿一塊緩存時間：
為了不丟失數據，應該遵照寫盤時間要小于PCM存滿一塊緩存時間的原則，即T1≥T。考慮到硬盤的實際工作情況，T1對T應該有余量，我們取T1=1.1T，則單硬盤所能接收的最大碼速率:
單硬盤的具體工作時序如圖1所示。
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若將PCM 遙測數據流提高到2SMbps，每塊緩存仍為RKB，則PCM寫完一塊所需時間為T/2，將R KB的緩存數據寫到硬盤仍需要T秒時間，遙測數據存滿每一塊緩存所用的時間為：
由此可以得出
。這樣，在讀緩存寫硬盤期間，需要2塊容量為R(KB)的緩存才能暫存T時間內的輸入數據。由于輸入串行數據的碼速率提高了一倍，寫硬盤數據量也增加了一倍，而單硬盤的寫盤速度已達極限，所以只能再增加一個硬盤并行工作。因此，在單硬盤達到存儲速度極限時，要提高一倍碼速率，只需要增加一塊硬盤和一塊緩存就可以滿足2S(Mbps)速率的要求，其工作時序如圖2所示。
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由圖2可以看出:用雙硬盤三塊RAM就可以使存儲速率比單硬盤雙RAM提高一倍。依次類推，每增加一塊硬盤和一塊RAM，數據存儲速率就能提高一倍。若想對碼速率為NS Mbps的遙測數據流進行存儲，只需要N塊硬盤、N+1塊RAM即可實現。
2 硬件結構設計
本系統由遙測數據(PCM碼)的采集和存儲兩部分組成。數據采集部分包括PCM碼的串/并轉換電路和采集控制電路。數據存儲部分包括:讀寫緩沖地址產生電路、讀寫控制電路、數據選擇電路、主存儲電路。基于雙硬盤并行工作的遙測數據存儲系統的結構框圖，如圖3所示。其中數據總線有3組:Ad—串并轉換后的數據到緩存的數據總線;Bd—緩存到硬盤1的數據總線;Cd—緩存到硬盤2的數據總線。地址總線有3組:Aa—輸入數據存入緩存時的地址總線，由輸入地址發生器產生;Ca—從緩存到硬盤1的數據讀出地址總線，由輸出地址發生器I產生;Da—從緩存到硬盤2的數據讀出地址總線，由輸出地址發生器II產生。數據選擇隔離器和地址選擇器的功能表如表1所示。
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串行PCM數據流經過串并轉換后輸出到數據總線Ad上，通過數據選擇隔離分時分別順序寫到RAM-I、RAM-Ⅱ和RAM-Ⅲ中，然后再分別寫到硬盤1和硬盤2中。例如將輸入數據寫到RAM-I中，此時數據選擇隔離I將Ad選擇為RAM-I的Ed，地址選擇器I將Aa選擇為RAM-I的YI。當寫滿RAM-I后，輸入地址發生器產生進位，以此來控制數據地址選擇器的邏輯控制端:Sa1，Sa2，Sa3，Sb1，Sb2，Sb3，使數據選擇隔離及地址選擇器將輸入緩存的數據存入下一片的緩存，即數據選擇隔離II將Ad選擇為RAM-II的Ed，地址選擇器II將Aa選擇為RAM-II的YII。同時，數據選擇隔離I將RAM-I的Ed為Bd，并通向硬盤1;地址選擇器I將Ca選擇為RAM-I的YI，并啟動輸出地址發生器I，將RAM-I中的數據寫入硬盤1。依此類推，接收的數據依次緩存到RAM-I、RAM-Ⅱ和RAM-Ⅲ，同時存滿的數據依次輪流分別寫到硬盤1和硬盤2中。
3 控制軟件流程
在本系統中，磁盤陣列中的硬盤只作為控制計算機的從盤。當對遙測數據進行存儲時，該從盤和遙測數據存儲部分接通，而不干涉主機的工作。當遙測數據傳輸完畢之后，計算機又可以方便地訪問遙測數據盤，對其進行正常的數據處理。軟件流程如圖4所示。
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??? 實驗證明，遙測數據不經過PC機外部總線直接存入硬盤，可以達到硬盤的長時間無故障寫盤的上限速度。由于每增加一個硬盤就可使存儲速度提高一倍，理論上可以使系統整體存儲速度達到串并轉換器件的極限指標。采用適當的寫盤方法，利用雙硬盤對遙測數據進行存儲速度可達到100mb/s，此時系統的存儲速率主要由串并轉換器件的速度決定。如果將pcm碼的串并轉換器替換為a/d轉換器，就可組成高速數據采集存儲系統，增加硬盤數量可繼續提高數據存儲速度。?
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參考文獻?
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