基于PC主机北桥的长时间不间断高速采集和存储的系统介绍

PCI总线号、设备号和功能号来确定。一个PCI-E Switch可以看成多个P2P桥的集合，并且在上游设备和下游设备之前还虚拟了一条总线。
系统与桥

透明桥系统是指整个系统中只含一个主机设备，其余所有设备都是以端点设备的形式出现。所有下游设备不能自发进行数据传输，只有在上位机引导下进行数据传输。采集卡可以通过DMA等方式将数据传输到上位机的内存中的某个区域，然后再将内存中的数据存储到磁盘阵列中。由于存储和读取同一块内存，因此在软件上可以多开辟几块内存，利用多线程规避系统顺序执行所带来的延迟，提高传输和存储的速度。

图3 基于PCI-E Switch的非透明桥系统

PEX8616提供非透明桥，非透明端口保持处理器的电气及逻辑隔离,可以防止主机列举端口后面的设备,从而隔离其后的处理器及内存空间。非透明端口允许打开窗口以交换数据，通过地址转换,数据从端口的一侧中传输另外一侧。每个处理器把非透明端口的另一端当作一个下游设备，并把它映射到自己的地址空间。利用非透明端口的地址翻译能力,处理器之间可以通过PCI-E总线进行通信。因此系统构建可以考虑引入非透明桥，在上位机存在的情况下，让采集卡或者存储卡也作为一个主机端，数据在采集存储过程中可以直接绕开PC主机进行，当数据进行反演时，上位机再作为上游，对磁盘阵列进行操作和控制。

图3为一种非透明桥的系统，其中包含两个Host Bridge和PCI-E Root Complex，其中本地设备系统中的Root Complex连接到PCI-E Switch的一个NT端口上，从而在主系统的PCI结构中把它作为一个下游设备。PCI-E Switch连接两个独立的处理器域，本地设备的资源和地址对主系统是不可见的。允许本地处理器独立地配置和控制其子系统。主系统和本地系统的时钟完全独立。主系统和本地系统的地址完全独立，在主系统和本地系统之间可以进行地址翻译。增加了隔离主系统、本地系统总线之间地址域的功能。

在构建采集存储系统的过程中可以将采集模块或者存储模块以构建本地系统的方式实现，从而可以在采集数据后直接对数据进行预处理然后再送到PCI-E总线进行存储或者可以在存储之后直接在本地系统进行回放或者提供网口访问存储数据等功能。

采集存储系统的实现

系统结构

系统由PC主机、PCI-E Switch背板、采集卡和RAID存储卡组成。在完成背板设计后，先利用一块PEX8311接口芯片的采集卡，Rocket RAID 2680磁盘阵列卡，实现一种高速采集存储的系统。然而因为普通的PC机箱的空间有限，如果将PCI-E Switch背板与上位机的接口直接以PCI-E金手指的形式，则当背板接入主机后，很难创造一个空间可以容纳其他板卡插到背板上。并且由于磁盘阵列是由多个Western Digest WD3200AAJS的硬盘构成，发热量也成为一个很显著的问题。

因此本方案考虑通过引入Cable PCI-E来改善系统。Cable PCI-E是基于PCI-E用于服务器、台式机和笔记本的下一代外围总线，它具有以下的优点：

• 成本较低，由于PCI-E广泛用于各种主机;

• 高带宽，Gen1 ×4 Cable的带宽即达到1GB/s;

• 低延迟，300ns～700ns;

• 兼容性强，系统软件上完全兼容PCI模式;

• Cable PCI-E至少由15种标准形成;

• 唯一可以同时应用于Chip-to-Chip、board-to-board和box-to-box的标准。

PCI-SIG标准组织将Cable PCI-E定义为一种基于PCI-E的基本规范的扩展，通过线缆化将PCI-E协议扩展到box-to-box应用和实现长距离的传输是产生Cable PCI-E标准的目的。Cable PCI-E提供一种简单而且具有高性能的总线，方便扩展PC以及测试I/O等设备。本方案就是利用Cable PCI-E方便扩展设备的特点，将整个采集存储系统完全分离到PC机箱外，最终可以独立构建成一个机箱形成一种box-to-box的模式，使得整个系统的可扩展性很强，PCI-E ×4及其以下的COST采集板卡和存储卡均可以很好的应用于本系统中。独立的机箱也为磁盘阵列中的硬盘提供足够的空间，系统的散热也能得到很好的保障。

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Xi