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基于儀器儀表中的海量數據存儲解決方案

   日期:2020-03-16     來源:LCEMB    作者:樂誠信息    瀏覽:8    評論:0    
核心提示:在數據采集設備以及具有相關功能的儀器使用中,數據的存儲和傳輸是一個非常重要的環節,本文在成功實踐的基礎上,介紹采用工業級ARM系列32位高性能嵌入式處理器實現數據的采集后的數據存儲及與數據通信的相關內容。
    在數據采集設備以及具有相關功能的儀器使用中,數據的存儲和傳輸是一個非常重要的環節,本文在成功實踐的基礎上,介紹采用工業級ARM系列32位高性能嵌入式處理器實現數據的采集后的數據存儲及與數據通信的相關內容。

    在數據采集和測量儀器尤其是便攜式設備中,需要可支持大容量數據儲存的便攜式設備,本文介紹一種超大容量的RS232/485串口轉SD/TF內存卡數據存儲器,數據存儲器采用模塊化設計,不需要用戶對現有設備進行改造,實現數據實時存儲。

系統結構:



數據自動存儲的客觀要求

  在許多測量過程中,不僅要求讀取簡單的儀表值,而且還需要對一段時間的數據進行科學的分析和處理以取得預測和分析的目的。在這種情況下,可能要求測量時間長,采集要求自動進行,無需人工值守,所以數據必須自動存儲;另一個原因,采集數據的頻率比較高,人的觀察不能滿足實際需要,這就要求對采集的據進行有效的存儲。

  為實現系統高可靠性、高效率的工作,必須采用基于ARM架構的高性能32位嵌入式微處理器作為系統的管理核心,通過與高效的嵌入式操作系統相結合,采用獨特的動態內存分配算法,以此管理文件系統對內存的消耗和釋放,提高數據的傳輸效率,避免數據丟失,實現實時數據的可靠存儲。

SD/TF卡與ARM接口軟件設計:

a  首先初始化SD/TF卡、檢查狀態、扇區讀寫等基本操作。文件系統層按照PC文件系統要求設計,如FAT表、文件目錄表等兼容PC機的文件管理系統,從而能夠大大簡化后端數據的分析和處理。文件操作層包括文件的建立、讀寫、刪除等。


b  當檢測到有串口數據,系統自動在SD/TF卡上創建一個事先定義好的文件夾,目錄下生成一個存儲數據文件,進行實時數據存儲。文件夾名稱可通過配置軟件自定義命名,例如2011年的數據,文件夾名稱可以定義為20111001;數據存儲文件為.TXT文件,系統自動創建,自動編號,不重復覆蓋,便于文件管理。


c  由于數據采集系統的限制和具體環境的要求,便攜式RS232/485數據存儲必需適合長期無人值守、速度快、通用性好。為了能夠長期進行數據存儲除了采用更大容量的SD/TF卡外,如果幾G甚至幾十G的數據同時存儲在同一個文件中,這樣大量的數據后端分析和處理必定會給我們造成巨大的麻煩,因此要求便攜式數據存儲的FAT32文件系統的處理更加完善、更加智能化。這就需要探索一種更好的文件管理方式,經過多次的實驗與嘗試,采用定時創建數據存儲文件進行存儲,有利于對數據進行更有效的管理,更好的分析處理。例如:假定用戶通過配置軟件設置間隔24個小時即一天(根據用戶設備具體的存儲數據量大小情況決定時間)創建一個數據儲存文件,那么N天后,文件夾20111001下將自動創建有N個TXT文件分別為0001.TXT、0002.TXT……N.TXT,各個時段的數據將完整的保存在相對應的文件中,不丟失任何字節。

d  在一些特定應用場合,并不需要對數據進行實時處理和顯示,只是記錄下原始數據,將其作為一個“黑匣子”,為后端處理做準備。這就需要SD/TF卡可以循環使用,當數據量達到已設定的存儲卡容量后,自動覆蓋原有的存儲文件。

f  以往的大容量數據儲存系統只具有被動的接收數據進行保存功能,然而隨著技術的不斷更新,已經遠遠不能滿足現有數據采集設備的需求;更多的用戶設備,需要由數據儲存系統處于主機狀態,主動發送握手信號,用戶設備接收到信號后被動反饋信息,然后由數據儲存系統存儲數據。串行通信接口由用戶來控制,用戶可以設置10多條不同的“輪詢”指令,和間隔時間。系統在主程序中初始化,采用串行口工作方式由系統主機向數據設備進行呼叫,定期讀取數據或者寫入數據,其程序流程圖如下 :

硬件接口設計:

a   提供RS232/485接口,支持2400~115200寬范圍波特率。串口全透明數據傳輸,無需傳輸協議,透明保存用戶的數據,100%可靠存儲,支持高達14K 字節/秒的數據儲存能力。

耐震動設計:

  無論是在存儲管道在線檢測數據,還是無人航載信息黑匣子都需要數據存儲設備具有一定強度的耐震動能力,對此硬件設計上采用自鎖式卡座,內嵌存儲卡,具有防震功能;避免由于意外使存儲卡與卡座接觸不良,而造成數據無法儲存。

蜂鳴器報警功能:

  對于重要數據,丟失數據給我們帶來的損失是慘痛的,系統軟件設計了系統出錯報警。系統上電后,首先對SD/TF卡進行初始化,初始化成功蜂鳴器響一下,說明系統運行正常;蜂鳴器長響為出錯報警。

典型應用


數據的傳輸  

  數據傳輸是存儲在內存卡中的數據到達計算機的有效途徑,數據上傳到計算機最常用的是串行(RS232)接口,現在由于USB技術的不斷成熟,通過USB可以方便快捷實現數據傳輸,而且可以滿足速率和設備外觀的要求,但是USB的驅動程序設計是比較復雜的工作,我們采用特殊的處理方式,無需安裝驅動便具有USB拷貝數據功能,U盤式管理, 方便快捷。

結論  

  在數據采集和測量儀器尤其是便攜式設備中,數據存儲和傳輸是不可避免的問題,大量的重要數據是否能可靠的保存至關重要。

 
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