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高速資料采集存儲系統分類

前言:

      随着計算機技術發展,計算機總線速率、處理能力與存儲技術得到了快速發展。就存儲技術而言相比于五年前,現在不論是傳輸速率,存儲速度與存儲容量均有了不同數量級的變化。如現在的PCIe Express總線可以實作3GB/s (Gen2.0, X8)以上,或6GB/s(Gen3.0, X8)以上的傳輸速率;而SATA磁盤容量也可以輕易實作動辄幾T,多動幾十T的規模。

      在高速資料采集領域(一般指的雷達、衛星、無線電、光電、雷射等高頻實體信号),因試驗、監測及裝備的需要,對于原始信号的長時間捕捉與存儲需求也日益增強。做為實作這些需求的手段,一般搭建一套高速資料采集存儲系統是比較正常的方式。坤馳科技做為商用級的采集存儲供應商,一般會基于不同應用場景提供了不同的資料采集存儲方案。下面列出了常見的幾種不同的存儲系統:

1、基于PCIe總線計算機采集存儲系統:

這種系統一般采用PCIe高速資料采集卡做為高速AD轉換的入口,高頻模拟電信号經高速資料采集卡轉換成數字信号後經PCIeX8總線,将數字信号傳送至計算機。它的系統的中心是一款仔細挑選的性能卓越的基礎計算機,它可以配備有8或 16個驅動器托架和6個PCIe插槽的超微4U塔式機, 并擁有2.4 GHz四核處理器,闆載圖形處理器,8 GBRAM,專門用于系統安裝的256 GB固态硬碟,Windows7作業系統等配置。機箱上自帶的865W電源采用風扇靜音冷卻配置。

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根據現場應用需求,并不是伺服器型的計算機是唯一選擇,便攜式計算機搭建成采集存儲系統也是可行的。

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當為适應超大容量的需求,可以采取采集系統與存儲系統分離的方式,存儲系統采用專門的塔式伺服器陳列列架構。采集單元可以通過萬兆光纖口進行資料傳輸。

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坤馳科技提供的QTS采集存儲系統,可以通過搭配不同的QT11XX系列闆卡和配置不同的計算機存儲速率和容量,以适配不同客戶需求。QT11XX采集卡的采樣率可以從80MS/s到5GS/s,通過設定不同的采樣模式,在計算機可以承載的存儲帶寬内,可以實作連續流盤和長時間記錄的目的。

這種系統的核心架構為:PCIe高速資料采集卡、高性能計算機、RAID控制卡、磁盤陣列等。

坤馳科技提供了API函數可以供使用者二次開發使用,也提供了圖形化界面Qt capturelab進行直接的操作控制。

2,VPX架構的SATA采集存儲系統:

對于軍用、惡劣環境及外場等應用場合,桌面計算機形态的系統相對不太适合。而基于vpx總線的高速采集存儲系統可以規避普通計算機的一些不足,特别是抗震性方面的局限。vpx先天的優勢,如高密度接插件,歐卡規格,牢固安裝的高可靠導軌等,為在振動等場合(如機載,車載)提供了合适的選擇。

VPX采集存儲系統的主要架構一般為:VPX高速采集闆,VPX FPGA SATA控制闆,VPX 磁盤闆(一般選用SSD固态硬碟)及VPX機箱平台等,如下圖:

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分别形态如下:

高速AD闆:FPGA SATA控制闆:磁盤存儲闆:

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FPGA SATA控制闆:該模闆實作sata的協定解析與sata磁盤的控制,檔案系統的構架等

RTM闆:

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系統框圖為:

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3,嵌入式采集存儲系統

某些應用場合除了對于采集存儲系統要求堅固,可靠,小巧外,他對計算機的依賴比較低。那麼一種嵌入式的采集記錄儀器也應運而生。它采用自定義的總線結構,FPGA SATA控制與存儲單元內建在一起,而外部信号接口采用fmc的方式做為靈活适配的部件,如用于雷達采集的AD轉換闆,用于圖像采集的mameralink闆,用于光纖采集的光纖采集闆等。

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這種采集記錄儀的産品定位為類似于一個黑匣子,可以啟動記錄,使用者可以不必關注它的工作狀态,到時直接讀取資料即可。

除此,它具備這樣的主要特點:

1) 超便攜式:超便攜式數字存儲裝置是一種通用的海量資料實時記錄與存儲裝置,可以為産品的多種資料提供記錄、存儲、下載下傳,讀寫通路等功能。該裝置完成客戶要求的光纖接口的資料記錄與回放,裝置主要完成光纖資料記錄、回放;同時具有資料查詢、檢索、提取、預覽等對資料管理功能;可通過控制台操作控制; 

2) 全嵌入式架構:

采集記錄過程無OS參與,全FPGA資料采集和直接寫入高速SSD盤。架構簡潔,資料流程短,可靠性高;光纖數字存儲裝置可以單台使用,也可以多台叢集使用,應對客戶需求的全套配置(兩台裝置叢集)和半套配置(單台單獨使用)。

3) 高性能:

高速SATA3 6Gbs資料寫入協定,成熟的并發寫入架構,單盤穩定持續寫入可以達到400MB/s以上,單台裝置裝有至多8塊盤,性能不低于3.2GB/s,單台裝置支援容量1T、2T、4T、8T、16T,最大可支援32T。

4) 資料安全性:

先進的metadata資料管理機制,全部資料檔案分塊記錄,確定後續記錄過程中發生意外不影響前面已經記錄的資料完整性,以及海量檔案檢索的可靠性;

5) 易用性:

針對不同應用在上位機更改系統配置,支援友好的使用者界面。

高速資料采集存儲系統分類

總結:

      上述介紹是用在科研及裝備領域的常見的幾種采集存儲系統,當然形式不止于上述幾種。這些系統根據自身的特點,可以分别應用在實驗室、車載、機載、野外等場合。它們可以現實衛星中頻、雷達、無線通訊、光纖數字信号、圖像信号的記錄。

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