PC北桥端高速采集存储系统研究

　　系统的结构图如图4所示，整个系统围绕PCI-E Switch构建而成，通过两个Cable PCI-E将系统的各个模块独立开来。由于采集卡采用的为PEX8311，故采集卡与PCI-E Switch连接的通道数为1，在后续的研究中可以升级采集的采集和接口速度从而实现整个系统的升级。磁盘阵列卡是一款消费类产品，Rocket RAID 2680不能提供HOST功能，因此本案构建的是一个透明桥系统。

　　图4 PCI-E Switch采集存储系统结构图

　　数据的采集、传输和存储

　　数据采集

　　采集板AD采用TI ADS6145芯片，采样位数为14bit，最高采样频率为125Mbps。AD采集后的数据接入到Xilinx公司Spartan-3ADSP系列的FPGA芯片XC3SD3400A。因为PEX8311接口芯片可支持8位、16位、32位数据的传输，为了提高数据传输的效率，同时也为了使得数据采集速率获得相对提升。本设计中PEX8311中采用32位数据传输。所以在本方案FPGA数据流逻辑控制中，不仅要完成数据的缓存以及数据传输逻辑的控制，还要进行数据位的变换扩展，由14位数据扩展为32位数据。

　　数据传输和存储

　　数据传输是指的从PEX8311到主机内存的过程。本方案选择DMA方式进行，由于PEX8311内建两个DMA通塑封电感器道。本方案使用其中的一个，DMA通道0。在安装PLX提供的SDK以及驱动后，可以通过其提供的API开发包中的函数对PEX8311和PEX8616进行控制和访问。一般的DMA传输过程是无需CPU的参与的，但是含Burst的DMA操作还是要通过CPU的参与的，与单独的一次读写操作相比，Burst只需要提供一个起始地址就行了，以后的地址依次加1，而非Burst操作每次都要给出地址，以及需要中间的一些应答、等待状态等等。如果是对地址连续的读取，Burst效率高得多，但如果地址是跳跃的，则无法采用Burst操作。PEX8311的DMA传输支持Single Burst 、Burst-4LW和Infinite Burst三种突发方式，表1为三种突发方式在不同单次传输字节数的情况下的传输速度对比。

　　表1 DMA传输在三种突发方式下的速度对比(MB/s)

　　由表1数据可观察出，采用后两种突发方式进行DMA传输时，速度较普通DMA传输方式有明显的提高，因此本方案采用Infinite Burst突发方式进行DMA传输，使用连续的地址，以提高DMA传输的速度。

　　PLX公司SDK中提供的函数可对PE磁环电感X8311和PEX8616进行一系列控制和操作，DMA通道的参数设置在打开DMA通道的时候一并完成一体电感，通过设置函数PlxPci_DeviceOpen()中的PLX_DMA_PROP结构体可以设置DMA传输的突发方式、本地总线带宽和传输方向等参数。在系统初始化过程中设置以上参数。当整个采集存储过程完成时，则需要进行对整个工程的关闭工作，同样是通过SDK中的函数PlxPci_DeviceClose()来关闭DMA通道。然后释放开辟的所有内存块空间，并将指针赋NULL值。系统连续存储的整个过程从开始到结束，虽然进行了很多个DMA传输的操作，但是只进行了一次DMA通道的打开和关闭，从而尽可能低的减小由于这部分时间带来的速度影响。软件流程如图5所示。

　　图5 采集存储系统软件流程图

　　根据图5可以观察到系统引入了多线程技术，多线程技术的实现是通过分别创建两个函数，一个控制DMA控制器进行连续的数据传输，另一个用于将内存中的数据快速的存储到磁盘阵列中，然共模电感器后创建成为两个线程。当准备开始进行数据传输的时候，首先是设置DMA传输的参数并打开DMA通道。在此过程中还需要申请多块内存空间进行缓存数据，由于使用多线程技术，因此一块内存空间不能同时供两个函数同时读写，因此创建多个内存块，然后将两个线程同时打开，对开辟的多个内存块依次进行读写操作，但是由于整个过程只包含一个极短的时间延迟，因此完全可以将整个读写内存的过程近似的看成一个同时进行读写操作，因此达到提高存储的速度的目的。传输速度分析

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