專利名稱：脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，具體是指一種基于FPGA的帶網(wǎng)絡(luò)接口的可脫機運行的硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的記錄系統(tǒng)大多是基于計算機操作系統(tǒng)，由于操作系統(tǒng)的存在，在讀寫硬盤的時候需要中斷響應(yīng)、地址轉(zhuǎn)換、譯碼、任務(wù)調(diào)度等操作，使硬盤的讀寫速度不能完全發(fā)揮，尤其是在某些要求無計算機參與的應(yīng)用場合，基于計算機的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)就無法滿足要求。
本實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實現(xiàn)脫機運行，提高記錄速度，降低成本，增加通用性，可擴展性的脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。
本實用新型的技術(shù)解決方案是脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其特征在于它由數(shù)據(jù)采集接口、FPGA模塊、硬盤、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、RTC(實時時鐘芯片)、擴展接口、TCP/IP模塊、模式設(shè)置組成，F(xiàn)PGA模塊分別與硬盤、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、RTC、擴展接口、TCP/IP模塊直接雙向連接，數(shù)據(jù)采集接口和模式設(shè)置的輸出與FPGA模塊的輸入端連接。
本實用新型的原理是FPGA模塊與硬盤直接連接，在無計算機的參與下，由FPGA模塊直接實現(xiàn)對硬盤讀、寫、硬盤檢測等基本操作的協(xié)議，達到對硬盤的操作目的，同時對在數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、RTC、擴展接口、TCP/IP模塊等的協(xié)調(diào)管理都是由FPGA模塊直接實現(xiàn)的；數(shù)據(jù)緩沖存儲器與FPGA模塊連接，由FPGA模塊控制數(shù)據(jù)緩沖存儲器的讀寫，通過數(shù)據(jù)緩沖來協(xié)調(diào)硬盤記錄與數(shù)據(jù)采集之間的速度差異；鍵盤及顯示與FPGA模塊連接，通過4×4的鍵盤矩陣，由按鍵實現(xiàn)命令控制、參數(shù)輸入、時間設(shè)置等，數(shù)碼管或者LCD則可以顯示時間或者當前的工作狀態(tài)，由此，鍵盤與顯示實現(xiàn)了在脫機狀態(tài)下的人機接口；TCP/IP模塊實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，通過網(wǎng)絡(luò)連接，由遠程計算機達到遠程監(jiān)控的目的；由FPGA模塊直接讀取RTC產(chǎn)生的實時時間，作為數(shù)據(jù)的附加信息與數(shù)據(jù)一同存儲到硬盤上，為事后處理提供必要的附加信息；在多次記錄任務(wù)中，EEPROM直接存儲每次記錄的相關(guān)信息，比如該次記錄是第幾次記錄，記錄的數(shù)據(jù)在硬盤中的位置等，通過索引EEPROM中的任務(wù)信息數(shù)據(jù)，就可以在硬盤中找到想要的某次記錄的數(shù)據(jù)；模式設(shè)置采用撥碼開關(guān)，通過開關(guān)的狀態(tài)不同，確定系統(tǒng)的工作模式，這里的工作模式具體是指系統(tǒng)是工作在遠程計算機監(jiān)控狀態(tài)還是現(xiàn)場手動控制狀態(tài)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點如下由于應(yīng)用FPGA的可編程技術(shù)，實現(xiàn)硬盤直寫，并實現(xiàn)了在脫機狀態(tài)下工作運行；TCP/IP模塊可以作為遠程監(jiān)控或者完成通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到計算機的功能，或者二者兼而有之；各接口又由FPGA直接統(tǒng)一調(diào)度管理，不僅實現(xiàn)了脫機運行，提高記錄速度，降低成本，增加通用性，同時又增強了系統(tǒng)的靈活性及應(yīng)用范圍，可擴展性。


圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為圖1的電原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，它由數(shù)據(jù)采集接口1、FPGA模塊2、硬盤3、數(shù)據(jù)緩沖存儲器4、鍵盤及顯示5、EEPROM 6、RTC 7、擴展接口8、TCP/IP模塊9、模式設(shè)置10組成，F(xiàn)PGA模塊2分別與硬盤3、數(shù)據(jù)緩沖存儲器4、鍵盤及顯示5、EEPROM 6、RTC 7、擴展接口8、TCP/IP模塊9直接雙向相連，數(shù)據(jù)采集接口1和模式設(shè)置10的輸出與FPGA連接。FPGA模塊與硬盤直接連接，在無計算機的參與下，由FPGA模塊2直接實現(xiàn)對硬盤讀、寫、硬盤檢測等基本操作的協(xié)議，達到對硬盤的操作目的，即通過FPGA模塊2統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理其他各模塊的工作。鍵盤及顯示5實現(xiàn)人機接口，可以通過鍵盤設(shè)置時間、輸入命令，并通過顯示模塊顯示當前時間及工作狀態(tài)等，通過RTC 7輸出的實時時間作為記錄數(shù)據(jù)的附加信息存儲到硬盤當中，為事后分析數(shù)據(jù)提供時間依據(jù)。根據(jù)實際需要(比如要求更高的記錄速度、更大的數(shù)據(jù)量)，F(xiàn)PGA模塊2可以由一片或一片以上的FPGA組成，硬盤3也可以是一個或一個以上的硬盤組成，或選擇引腳更多，內(nèi)部資源更豐富的FPGA芯片。在記錄數(shù)據(jù)過程中無需計算機參與，同時，如果需要將數(shù)據(jù)在計算機上進行分析處理則可以由TCP/IP模塊9通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治鎏幚碛嬎銠C上。在遠程計算機監(jiān)控工作狀態(tài)下，由遠程計算機通過網(wǎng)線與TCP/IP模塊9交換信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在于連續(xù)多次記錄中，每次記錄的相關(guān)任務(wù)信息存儲到EEPROM 6中，通過索引EEPROM 6中的任務(wù)信息，便能從多次記錄的數(shù)據(jù)中提取到想要的數(shù)據(jù)。擴展接口8直接與FPGA模塊(2)相連，因此通過增加或相應(yīng)改變FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計就可以提供豐富的擴展接口，比如RS232(422)接口、雙口RAM接口等，記錄數(shù)據(jù)的其他附加信息的傳遞，也可以通過擴展接口來實現(xiàn)，并由FPGA模塊2寫入到硬盤3中?？刂泼羁梢杂涉I盤及顯示5通過按鍵發(fā)出，也可以由遠程計算機通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出，而命令發(fā)出方式的選擇由模式設(shè)置10來確定。
本實用新型的兩個主要操作如下(1)寫操作數(shù)據(jù)采集接口1與CCD圖象傳感器(圖中未畫出，下同)的數(shù)據(jù)輸出口相連。數(shù)據(jù)采集接口1輸出的圖象數(shù)據(jù)進入FPGA模塊2，由鍵盤與顯示5通過按鍵發(fā)寫命令或者由遠程計算機由網(wǎng)絡(luò)通過TCP/IP模塊6發(fā)寫命令到FPGA模塊2，F(xiàn)PGA模塊2對接收到的圖象數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚?如將2個8位數(shù)據(jù)合并成1個16位數(shù)據(jù))后將數(shù)據(jù)寫到硬盤3中，在FPGA2將圖象數(shù)據(jù)寫入硬盤3的同時，也將RTC 7傳遞過來的實時時間及擴展接口8傳輸過來的其他信息，一起作為圖象數(shù)據(jù)的附加信息同圖象數(shù)據(jù)一起寫入硬盤。在記錄過程中，通過鍵盤與顯示5上的數(shù)碼管，顯示已經(jīng)記錄的圖象幀數(shù)。在連續(xù)多次記錄的應(yīng)用中，每次記錄的任務(wù)信息(比如每次記錄的數(shù)據(jù)在硬盤中的地址范圍、該次記錄任務(wù)是第幾次記錄等)，在FPGA模塊2的控制下寫到EEPROM 6中。在具體應(yīng)用FPGA模塊2采用Xilinx公司的Spartan-II系列的XC2S200-FG456芯片，TCP/IP模塊9中采用WIZnet公司的IIM701模塊，RTC 7采用的是DALLAS公司的DS1302，EEPROM6采用ATMEL公司AT93C46芯片，數(shù)據(jù)采集接口1采用DB37插頭與CCD圖象傳感器的數(shù)據(jù)輸出口相連，如果圖象數(shù)據(jù)以差分形式輸出，則通過差分接收芯片DS90C32接收，并輸出送入FPGA模塊2，模式設(shè)置10采用撥碼開關(guān)、數(shù)據(jù)緩沖存儲器4采用4片GSI74108J-10J，并每2片組成1組，共2組，形成乒乓形式的數(shù)據(jù)緩存，鍵盤及顯示5采用16個按鍵組成4×4的鍵盤矩陣、擴展接口8采用60芯扁平插座與FPGA模塊2相連。
如圖2所示，J1為DB37插座，U1、U2、U3、U4、U5為DS90C32，J1、U1、U2、U3、U4、U5組成數(shù)據(jù)采集接口1；U6、U7、U8、U9為GSI74108J-10J，同時U6、U7組成一組存儲器，U8、U9組成一組存儲器，兩組存儲器組成數(shù)據(jù)緩沖存儲器4；DS1、DS2、DS3、DS4、DS5、DS6為共陰極型七段數(shù)碼管，顯示時間和工作狀態(tài)；U10為AT93C46，U10也即是EEPROM 6；U11為DS1302，U11也即是RTC 7；U12為XC2S200-FG456，U12也即是FPGA模塊2，在FPGA模塊中采用VHDL語言設(shè)計，完成整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制；IIM701既是TCP/IP模塊9；SWI為撥碼開關(guān)，完成系統(tǒng)的模式設(shè)置，SWI也即是模式設(shè)置10，PowerSupply提供3.3v和2.5v直流電源，作為系統(tǒng)工作電源，這里采用的芯片是R104G33和R104G25；4×4KeyBoard為4×4鍵盤矩陣。
(2)讀操作在讀操作中，數(shù)據(jù)采集接口1關(guān)閉，由鍵盤與顯示5或者由TCP/IP模塊6發(fā)送讀命令及要讀取的記錄任務(wù)號到FPGA模塊2，F(xiàn)PGA模塊2根據(jù)任務(wù)號去讀取EEPROM 6中的任務(wù)信息，由任務(wù)信息去索引硬盤中的數(shù)據(jù)。從硬盤讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)TCP/IP模塊6由網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到處理計算機進行事后分析處理。在讀過程中，通過鍵盤與顯示5上的數(shù)碼管，顯示已經(jīng)讀出的圖象幀數(shù)。
總之，本實用新型是針對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)在計算機的干預(yù)下不能完全發(fā)揮硬盤的存儲速度，以及在某些無法實現(xiàn)計算機控制的應(yīng)用場合而提出的，在完全沒有計算機的參與下，通過FPGA即可實現(xiàn)讀寫硬盤等操作；在某些需要遠程監(jiān)控的應(yīng)用場合，則可以由遠程計算機通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對系統(tǒng)的間接控制；記錄數(shù)據(jù)的再現(xiàn)與分析則通過網(wǎng)絡(luò)接口由計算機來實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其特征在于它由數(shù)據(jù)采集接口、FPGA模塊、硬盤、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、實時時鐘芯片RTC、擴展接口、TCP/IP模塊、模式設(shè)置組成，F(xiàn)PGA模塊分別與硬盤、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、RTC、擴展接口、TCP/IP模塊直接雙向連接，數(shù)據(jù)采集接口和模式設(shè)置的輸出與FPGA模塊的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其特征在于所述的FPGA模塊可以由一片或一片以上的FPGA組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其特征在于所述的硬盤可以由一個或一個以上的硬盤組成。
專利摘要脫機硬盤數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其特征在于它由數(shù)據(jù)采集接口、FPGA模塊、硬盤、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、RTC(實時時鐘芯片)、擴展接口、TCP/IP模塊、模式設(shè)置組成，F(xiàn)PGA模塊分別與硬盤、數(shù)據(jù)緩沖存儲器、鍵盤及顯示、EEPROM、RTC、擴展接口、TCP/IP模塊直接雙向連接，數(shù)據(jù)采集接口和模式設(shè)置的輸出與FPGA模塊的輸入端連接。本實用新型應(yīng)用FPGA模塊，實現(xiàn)了對硬盤的直寫，各接口又由FPGA直接統(tǒng)一調(diào)度管理，不僅實現(xiàn)了脫機運行，提高記錄速度，降低成本，增加通用性，同時又增強了系統(tǒng)的靈活性及應(yīng)用范圍，可擴展性。
文檔編號G06F3/06GK2804949SQ20042000998
公開日2006年8月9日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者欒志超, 徐啟明 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所