华中科技大学硕士学位论文高速数据采集系统的设计实现及存储瓶颈问题的解决姓名：王元祥申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：张蕴玉20061216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/33MHzPCI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/66MHzPCI/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。关键字：高速数据采集;存储瓶颈;RAID;PCI;SCSIIAbstractThispaperdescribesaPCI/PCI-Xhigh-speedcontinuousacquisitionandreal-timestorgesystembasedonPLXPCI9656.Theacquisitionrateofthesystemis100Msps,andcontinuoustransferandstoragespeedisupto133MB/s.Itmeetstherequirementofcontinuousacquisitionandreal-timestorge.High-speedAnalog-DigitalConvertisnottheproblemnowadays,butreal-timestoragebecomesthebottle-neckofthewholesystem.Formiddle-speedacquisitionsystembasedon32bit/33MHzPCIbusofpersonalcomputer,itsstoragemediaisIDE/ATAharddisk,subjecttoitsrestrictions,thestabilizedstoragerateisbetween30MB/sto50MB/s.Sostorageistechnicalbottle-neckofacquisitionandstoragesystem.Throughextensiveresearch,decidedtoadoptaserverthatsupport64bit/66MHzPCI-XandSCSIRAIDasthecomputerplatform,andRAIDconstructedbySCSIharddisksasthestoragemedia.Thispaperdescribestheprincipleofsamplingandacquisition,andtakestherequirementoftheacquisitionsystem.Meanwile,itrecitesthehardwaredesignandWDMdriver/MFCapplicationdesign,includingprinciplevalidation,simulation,wiring,flowchartofprogramming.Italsoemphasizestheproblemofbottle-neckofstorage,andshowesthesolution.