高速数据采集系统的设计实现及存储瓶颈问题的解决

摘要

本文介绍了一种PCI/PCI-X高速数据采集存储系统，本系统为一种通用的高速数据采集平台，其采样速率高达100Msps，连续不间断传输和存储速率达133MB/s，可以满足数据的连续采集、实时存储的需求。
　　 目前，上GHz的高速ADC采集已经不成问题，但是实时数据存储成了整个系统的瓶颈。对目前基于个人计算机的32bit/33MHz PCI总线的中速采集系统而言，其存储介质一般为IDE/ATA硬盘，受其限制，实时稳定存储速率只能达到30MB/s到50MB/s左右。因此，实时数据存储是高速采集存储系统的一个技术瓶颈。通过大量研究，决定采用支持64bit/66MHz PCI/PCI-X总线和SCSI独立磁盘冗余阵列（RAID）的工控服务器作为计算机平台，采用SCSI硬盘构成的RAID作为采集系统的存储介质。单个Ultra-320接口的SCSI硬盘有高达50MB/s的存储速率，多个SCSI硬盘并行工作，使系统的存储速率达到133MB/s以上，实现简单，工作稳定可靠。
　　 本文对数据采集系统的基本理论进行了叙述，并对本采集系统的性能指标提出要求。同时用大量篇幅对本采集系统的硬件实现和WDM驱动程序/MFC应用程序的设计进行了详细描述，包括理论验证、仿真结果分析、具体连线以及程序流程图。并着重提出了数据采集系统存在的存储瓶颈问题，并针对性的提出了有效的解决方案。
　　 采用高性能的数据拆分重组方法，在硬件上采用RAID0技术以获得最大化的磁盘访问速率，在软件上通过增大内存缓冲区以提高磁盘的存储效率。通过这些优化，本系统解决了采集系统中经常遇到的存储速率瓶颈的问题，可广泛应用于电子侦察、电子对抗、雷达信号处理、软件无线电、数字通信、图像采集、视频采集、空间信息采集等需要持续采集并存储的项目中。