数据流盘高速存储读取技术最新进展

摘要： 本文阐述了测控领域高速数据存储/读取的基本概念和方式，从存储介质、总线架构方面介绍了流盘技术，其中涉及到了最新的流盘系列产品，便于用户了解流盘领域的最新进展。
关键词： 流盘；存储介质；总线；PXIe

前言

　　在测控领域，从多通道低采样率到多通道高采样率的数据采集，只要存储/读取速度超过20MB/s，总量超过2GB，工程师们都需要花费较多的精力或财力以解决数据存储/读取的问题， 

　　传统仪器如示波器的存储能力是有限的，采集周期由仪器上缓存大小决定，采样结束以后，需要通过网络、GPIB或者是USB总线将数据传送到计算机中进行存储。举例来讲，如果采样率为100MS/s，采样通道缓存为256MB，那么当数据填满缓存时采集过程只持续了2.56s，缓存中的数据通过GPIB总线传输到计算机(传输速率1MB/s)，传递过程需费时256s，即4分多钟内系统只连续采集了256M的数据；而使用最新的采集和流盘设备，如NI的PXIe设备，使用相同采样率、相同大小的板上缓存，采集存储过程可以一直持续下去，直到存储的硬盘被填满(最高2TB即2000GB)。采集的数据还可被直接从硬盘上通过相关设备完全回放出来，整个文件完全是Windows系统文件。

　　本文的目的就是介绍高速数据传输的关键限制因素，进而说明数据流盘的原理及其应用，最后介绍最新的数据流盘产品。

　　所谓流盘即持续从或者向存储器(Memory)中传输数据。存储器可以是设备的板上缓存(Onboard Memory)、控制器上的RAM或者是控制器上的硬盘。数据向这些存储器上传输的速率受到多种因素的限制，包括系统的带宽和存储器介质的读写速度等。本文介绍了流盘中使用到的总线种类和存储介质类型，以提供关于流盘的应用信息，便于应用于不同总线不同存储器的流盘应用，涉及了最新的数据流盘产品。

存储介质

　　IDE
　　IDE集成驱动电子设备是由Western Digital、ATA和APTI在1986年联合开发的较早的应用于硬盘和其它存储介质的一种接口规范。1990年11月，美国国家标准机构采用了IDE接口标准。将IDE命名为ATA(高级技术附加装置)。随着技术的发展，存储介质的容量越来越大，原先的规范已不适应更大容量的存储介质，于是EIDE(Enhanced IDE)被开发出来，它可以支持的磁盘容量达到8.4GB，同时该协议也发展成为可支持其它类型的存储介质，如CD、DVD-ROMS、磁带存储器和大容量软盘。随着磁盘容量的进一步增大，ATA标准也不断的修改，以支持137GB进而160GB的容量，现在是128PiB(或者144PetaBytes)的硬盘容量。在串行ATA(SATA) 标准出现之前，IDE、EIDE和ATA都是同义词，并且与并行ATA接口(PATA)具有互换性。

　　SATA
　　SATA在2003年被开发出来以代替旧的PATA规范，SATA采用串行连接方式，以连续串行的方式传送数据，采用类似于以太网、光纤和PCI总线的形式以8B/10B的方式对数据进行编码，能对传输数据进行纠错检查。SATA接口针脚数目更少，仅用四支针脚完成所有工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时该架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。传输信号采用LVDS形式(低电压差分信号，更稳定、速度更快)。SATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，比最快的PATA(即ATA/133)所能达到133MB/s的数据传输率更高，SATA 2.0的数据传输率达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。

　　SATA还具有热插拔的功能。在连接形式上，每个SATA硬盘独占一个传输通道，所以不存在像并行ATA那样的主/从控制的问题。

　　RAID系统
　　RAID廉价磁盘的冗余阵列，主要架构就是将多块磁盘通过软件或者硬件形成一个逻辑上的存储单元，目前RAID根据工作方式可以分为很多类型，以下主要介绍RAID0~5。

　　·RAID0：磁盘没有奇偶数目的要求，数据被平均分割存储到多个磁盘上，总的读写速度就是磁盘数量乘以单个磁盘的读写速度，缺点在于一块磁盘损坏，则整个磁盘阵列即坏，数据无法被修复。

　　·RAID1：磁盘数目必须为偶数，数据被平均分割存储到多个磁盘上，但是每个磁盘又配置一个镜像磁盘，用于备份数据，因此RAID1型的数据读取速度比写速度要快，而且RAID1型当一个磁盘忙或者损坏时，可以从其镜像磁盘中读取/写入数据，提高了数据的可靠性。

　　·RAID2：在位(bit)的层面上将数据分割存储到各个磁盘上，RAID2使用称为“加重平均纠错码”的编码技术来提供错误检查及恢复。除了平均分割数据并存储到多个磁盘上外，还需要磁盘存放校验码，RAID2技术实施复杂。因此，在商业环境中很少使用。

　　·RAID3和RAID4：平均分割存储数据，类似于RAID0，但是需要一块磁盘作为奇偶校验盘，写盘速度主要受奇偶校验盘的影响，该阵列在任何一块磁盘损坏时，仍然可以恢复数据。商业上很少使用该类型磁盘阵列。

　　·RAID5：类似于RAID3和RAID4，但是奇偶校验不是制定某一个盘，而是所有磁盘轮流存储数据和校验信息，当某一块磁盘损坏时仍然可以重建数据。性能比RAID0稍低，但是可靠性高。