實(shí)時(shí)數據采集與存儲系統的實(shí)現方法

1 引言

　　隨著(zhù)信息科學(xué)的飛速發(fā)展，數據采集和存儲技術(shù)已經(jīng)是數字信號處理中非常重要的環(huán)節，將決定整個(gè)系統的性能。它廣泛應用于雷達，通信，遙測遙感等領(lǐng)域。它己經(jīng)成為人們獲得外界信息的重要手段?；诳偩€(xiàn)的數據采集與存儲系統，由于可靠且易于實(shí)現、經(jīng)濟等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應用。但當數據傳輸率很高時(shí)，保持高速數據存儲過(guò)程的可靠性、實(shí)時(shí)性將會(huì )成為一個(gè)比較棘手的問(wèn)題。為此一些廠(chǎng)商提供了雙總線(xiàn)技術(shù)、64位/66MHzPCI總線(xiàn)系統來(lái)解決這問(wèn)題。但這些技術(shù)較為昂貴，且忽略了現有的硬件設備。經(jīng)過(guò)實(shí)驗與探索，我們選用ADLINK公司的PCI-7300A_RevB超高速數字I/O卡，利用現有的單(32位/33MHz)PCI總線(xiàn)的計算機系統構成低成本的硬件平臺，并利用自己開(kāi)發(fā)的軟件系統，最終實(shí)現了高速(45Mbytes/sec)持續的數據采集于存儲。

　　2 硬件組成及注意事項

　　為了利用現有的硬件設備，降低成本;我們采用ADLINK公司出品的PCI-7300A_RevB超高速數字I/O卡作為數據采集部分。該卡的主要特性如下：

　　·32位數字I/O通道

　　·32位PCI總線(xiàn)

　　·通過(guò)觸發(fā)信號控制數據采集操作的開(kāi)始。

　　·100針SCSI型連接器

　　·分散/聚攏方式的DMA

　　·最高傳輸速率80Mbytes/sec

　　要實(shí)現實(shí)時(shí)高速的數據存儲，使用的一般的硬盤(pán)是不行的。所以我們選用希捷公司出品的型號為ST3146707LC的SCSI硬盤(pán)，該硬盤(pán)的容量是146GB,能滿(mǎn)足記錄大量數據的需要，其轉速為10Krpm。相應的SCSI硬盤(pán)控制器，選用Adaptec公司出品的型號為Adaptec19160的Ultra160-SCSI硬盤(pán)控制器。

　　在搭建硬件平臺的過(guò)程中有些問(wèn)題是必須注意的，否則系統不能正常工作。首先，PCI-7300A_RevB卡雖然采用分散/聚攏方式的DMA,但它對CPU資源的占用率是非常高的。經(jīng)過(guò)實(shí)驗證明，要保證整個(gè)數據采集與存儲系統正常工作，只能使用奔四1.7G以上的計算機系統。其次，Windows系統允許多個(gè)設備共享一個(gè)中斷請求號(IRQ)。為了保證存儲過(guò)程的實(shí)時(shí)性，必須確保SCSI硬盤(pán)控制器和PCI-7300A_RevB卡使用不同的IRQ?？梢栽谥靼錌IOS里把Pnp(即插即用)/PCI設備的IRQ進(jìn)行手動(dòng)配置。最后Windows2000ServicePack2(SP2)及早期版本不支持大于137GB容量的硬盤(pán)。須要先安裝ServicePack3,再在注冊表(HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesAtapiParameters)里添加一個(gè)REG_DWORD類(lèi)型的參數EnableBigLba,并把值設成0x1。這樣146GB的硬盤(pán)才能工作正常。

　　3 軟件設計

　　軟件設計直接決定硬件是否能正常工作，以及能否充分發(fā)揮硬件的性能。

　　3.1 PCIS-DASK及雙緩沖區模式的工作原理

　　PCIS-DASK是ADLINK公司為自己的產(chǎn)品提供的驅動(dòng)程序包，提供了專(zhuān)門(mén)用于實(shí)現高速數據采集的連續多緩沖區操作的一組API函數。通過(guò)這組API函數，我們可以按照雙緩沖區的原理，非常方便地實(shí)現對數據的實(shí)時(shí)、高速、連續的采集與存儲。

　　雙緩沖區模式，在工程上稱(chēng)為“乒乓”緩沖區模式。跟常用的單緩沖區模式相比雙緩沖區模式的優(yōu)點(diǎn)是，它可以使用較小容量的內存，不間斷地緩沖幾乎無(wú)限量的數據(輸入與輸出端需協(xié)同工作)。這種緩沖區模式的工作原理是：在內存里開(kāi)辟兩塊容量相等的緩沖區(以下將分別它們稱(chēng)為第一緩沖區和第二緩沖區)作為連續數據輸入的緩沖區。工作開(kāi)始時(shí)，數據采集卡首先將數據寫(xiě)入第一緩沖區中，在數據采集卡開(kāi)始把數據寫(xiě)入第二緩沖區的同時(shí)，用戶(hù)程序可以根據自身需要取出第一緩沖區中的數據做特定的處理。當第二緩沖區被寫(xiě)滿(mǎn)后，數據采集卡回到第一緩沖區的起始處，以覆蓋舊數據的方式，把新數據寫(xiě)入第一緩沖區中;與此同時(shí)用戶(hù)程序取出第二緩沖區中的數據。整個(gè)數據采集處理過(guò)程可以如此不斷地循環(huán)進(jìn)行下去。

　　3.2 板卡驅動(dòng)設置及注意的問(wèn)題

　　對板卡驅動(dòng)的深刻理解是編寫(xiě)好數據采集于存儲程序的前提。在連續數據輸入模式下，板卡驅動(dòng)程序需要在系統內存里開(kāi)辟一塊緩沖區做為二級緩存，用戶(hù)可以設置該緩沖區的大小。方法是：從菜單開(kāi)始/程序/PCI-DASK/NuDAQPCIconfigurationUtility打開(kāi)DASK2000DeviceDriverConfiguration對話(huà)框，從CardType組合框中選擇Pci7300A_RevB項，在DI欄輸入你想要開(kāi)辟的緩沖區容量，點(diǎn)擊OK按鈕完成設置。需要注意的是板卡驅動(dòng)設置的緩沖區(簡(jiǎn)稱(chēng)驅動(dòng)緩沖區)容量與用戶(hù)程序開(kāi)辟的緩沖區(用戶(hù)緩沖區)容量存在著(zhù)一定關(guān)系。經(jīng)過(guò)我們多次實(shí)驗，得出驅動(dòng)緩沖區容量大約是用戶(hù)緩沖區的3倍;因此，當驅動(dòng)緩沖區過(guò)小，而用戶(hù)緩沖區較大時(shí)，會(huì )出現錯誤。

　　過(guò)小，而用戶(hù)緩沖區較大時(shí)，會(huì )出現錯誤。

　　3.3 VisualC++開(kāi)發(fā)環(huán)境的設置

　　為了使用PCIS-DASK提供的實(shí)現連