数据流盘高速存储读取技术最新进展

总线结构

　　PCI总线
　　PCI是将外部设备互连到一块主板上的接口标准，由英特尔公司1991年推出。此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到133MB/s(33MHz * 32bit/s)，基本上满足了当时处理器的发展需要。1993年又提出了64bit的PCI总线，后来又提出把PCI 总线的频率提升到66MHz。目前广泛采用的是32bit、33MHz的PCI 总线，64bit的PCI插槽更多是应用于服务器产品。

　　PXI总线
　　PCI eXtensions for Instrumentation (PXI)标准由NI公司在1997年率先提出，PXI基于CPCI标准，增加了时钟和同步触发总线，特别适合于测控领域的应用，但是其核心仍然是PCI总线。最高传输速度为133MB/s。

　　PCIe
　　PCI Express (PCIe)总线在2003年由Intel提出，用于替代PCI总线标准，新的PCIe标准不再向下兼容PCI。二者之间的主要差别在于PCIe总线是串行总线，采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，x1(单线)传输可以达到250MB/s，如果使用x16线连接，传输速率可以达到8GB/s的理论带宽。2007年1月，PCIe 2.0标准发布，除了向下兼容PCIe 1.0之外，将单线速度提高到了500MB/s，x16的带宽则达到了16GB/s。

　　PXIe
　　PXIe该标准是2005年8月根据PCIe的出台而发布的，不像PCI和PCIe的不向下兼容性，在一个PXIe混合插槽里即可以安装PXI板卡，又可以兼容PXIe板卡。

流盘架构

　　要实现高效率的数据流盘，并不是采用高速的总线加高速读取的磁盘就可以实现的，还需要采用合理的流盘架构。下面介绍不同的流盘架构及特点。

　　使用普通PCI架构
　　PCI总线是一种并行总线，最高带宽132MB/s，持续带宽110MB/s，所有的设备共享该带宽，存储顺序是数据先传到设备缓存，再经PCI总线传输到控制器，经过I/O总线，到内存RAM、CPU、最后存储到硬盘上，由于各个设备共享带宽，而且数据需要经过CPU处理最后存储到硬盘上，普通的IDE硬盘读写速度也不快，因此，采用该架构数据的存储速度一般不会超过20MB/s。如图1所示，一般的PXI设备工作原理与次类似。

图1 PCI总线数据存储/读取

　　使用普通PCIe架构
　　PCIe总线是一种串行总线，单线传输(x1)可以达到250MB/s，16线(x16)时传输速率可达4GB/s，各设备专用各自总线，因此传输速率较高，如图2所示，数据先存储到设备缓存上，再直接传递到I/O总线，经过RAM、CPU、传递到硬盘上，此时的瓶颈主要存在于读写硬盘的速度。一般存储/读取的速度均在100MB/s以上。

图2 PCIe数据存储/读取

　　使用直接读/写盘结构
　　以上结构，数据都要经过I/O总线、内存和CPU，在一定程度上该过程限制了存储/读取的速度，而且CPU的多线程性又增加了丢失数据的可能性和系统的不稳定性，所以出现了直接读/写盘结构。该结构原理如图3所示，数据从设备的缓存中读出后直接写入磁盘，或者从磁盘中读取后直接输出。

图3 直接读/写盘结构

该结构有两种典型应用，一种是NI的PXI系统配合Express Card接口卡、RAID磁盘阵列，数据从设备缓存读取后经PCI总线不经过系统内存和CPU直接经过Express Card接口卡存入RAID磁盘阵列，持续存储速度可达100MB/s(见图4所示)。

图4 PXI总线直接读/写硬盘

另一种典型结构是NI的PXIe总线结构，该结构通过PXIe总线上的一款专门的数据流盘卡，对RAID磁盘阵列进行数据的写入/读取。持续写入/读取速度可以达到300MB/s、600MB/s甚至更高(见图5所示)。

图5 PXIe流盘系统(NI的600MB/s流盘设备)

结语

　　流盘即持续从或者向存储器中传输数据，要达到较高的流盘速度和效率，需要综合考虑存储器、总线和系统架构等因素，如果选择成熟的产品进行测控方面的应用，NI的产品是个不错的选择。
　　
参考文献：

1. http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6253
2. http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3221