分布式測試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)研究

　　摘要：在一些大海域進行的分布式測試系統(tǒng)實驗中，對大量、多種類測試數(shù)據(jù)的有效存儲管理是必要的。NAND Flash存儲器具有非易失、大容量、可擦除與重復性編程等優(yōu)點，并可基于其構建文件系統(tǒng)實現(xiàn)文件的有效存儲管理。無線實時回傳處理大量數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的瓶頸，因此存儲數(shù)據(jù)時可提取數(shù)據(jù)特征并存儲特征，為實現(xiàn)基于特征提取的高效數(shù)據(jù)傳輸提供可能，提高系統(tǒng)的實時性。

　　關鍵詞：分布式測試;NAND Flash;特征提取;文件系統(tǒng)

　　引言

　　本課題研究的數(shù)據(jù)存儲與管理技術可應用于在大型海域進行的水中爆炸效能參數(shù)測試的分布式測試系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)中基站與主站通過無線傳輸。由于在海域中的測試環(huán)境比較惡劣，對于測試設備的布置比較困難，因此有時需要在短時間內(nèi)做多次重復性實驗。重復性實驗就要求將每次所采集的數(shù)據(jù)實時回傳處理或存儲管理，為下次實驗作準備。本系統(tǒng)所采用的無線傳輸方式?jīng)Q定不可能在短時間內(nèi)把大量數(shù)據(jù)回傳。NAND Flash存儲器作為一種非易失、大容量、可擦除與重復性編程等優(yōu)點，在其內(nèi)部構建文件系統(tǒng)，把多次重復性采集的多種數(shù)據(jù)以文件格式存儲，可為系統(tǒng)由無線傳輸引起的瓶頸提供另一種解決方案。在存儲沖擊波數(shù)據(jù)時，沖擊波信號有其典型的特征(最大值特征)，可提取其最大值特征作為該文件的信息一同存儲。事后數(shù)據(jù)快速分析處理時，最關心的是沖擊波壓力峰值(即最大值)，因此可通過傳輸特征值少量數(shù)據(jù)快速分析提高系統(tǒng)實時性。

　　1 系統(tǒng)組成

　　本課題研究的數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)是分布式測試系統(tǒng)基站的重要組成部分。該模塊實現(xiàn)了對沖擊波數(shù)據(jù)、水聲定位信號、環(huán)境溫度等多種數(shù)據(jù)的存儲管理，為事后數(shù)據(jù)分析處理提供可靠保證，并通過與基站中的無線收發(fā)模塊通信，實現(xiàn)與主站的通信。圖1為系統(tǒng)結(jié)構框圖。數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)主要由單片機與CPLD組成，本系統(tǒng)通過在CPLD內(nèi)部擴展SPI接口電路，完成沖擊波、水聲定位等信號的存儲;并在NAND Flash存儲器中構建文件系統(tǒng)，實現(xiàn)對多種大量數(shù)據(jù)的存儲管理。

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　　2 數(shù)據(jù)傳輸接口電路設計

　　本數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)以單片機和CPLD作為核心控制器。由于單片機的端口、內(nèi)部串口等資源數(shù)目有限，需在CPLD內(nèi)部擴展SPI接口電路，不僅簡化了接口和控制，提高了系統(tǒng)的整體性能及工作靈活性，還使系統(tǒng)擴展變得可行。CPLD擴展SPI接口框圖如圖2所示。

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　　在CPLD內(nèi)部編寫雙向I/O總線、譯碼電路、時鐘發(fā)生器、移位寄存器等電路完成SPI接口電路設計。READY為從機(沖擊波模塊)與主機(數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng))通信時狀態(tài)標志位，供主機與從機通信時查詢使用。READY為1時，主從機可通信。

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　　圖3為CPLD擴展SPI接口電路讀取沖擊波模塊數(shù)據(jù)時的波形。bit8為READY信號，從機高電平時主機讀取數(shù)據(jù);bit9為SCK時鐘信號，主機查詢READY為高時主機產(chǎn)生8個SCK時鐘，啟動SPI傳輸;bit10為MOSI，主機輸出端口;bit11為MISO，主機輸入端口，SCK上升沿讀取數(shù)據(jù)。圖3連續(xù)兩個周期讀取的數(shù)據(jù)為0x07(00000111)、0xb0(10110000)，兩周期時間間隔為20.400μs，傳輸速度可達4×105bps。