PCI Express接口的数据采集存储系统方案

个数据采集系统的瓶颈，这也是许多仪器带有昂贵板载内存的主要原因之一。而PCI Ex-press的出现，可使测量设备至主机内存的数据传输速率达到一个前所未有的高度。

PCI Express又称3GIO，即第三代输入/输出接口的意思。串行数据传输可使数据传输速率达到惊人的2.5 Gbps (PCI Express 1.0规范)，且采用全双工数据传输，并可扩展为×1、×4、×8、×16通道模式。

以PCI Express×1来计算，扣除数据校验冗余8 bit10 bit，有效数据传输率可以达到200 Mbyte，理论上可以提供100 MHz采样速率和双字节以内的采样精度的传输带宽。

目前，实现PCI Express总线接口控制的方法有两种：一种是采用FPGA/CPLD来实现。目前，Altera等专业FPGA公司都提供了多种PCI Express总线接口实现方案，并提供了相应的MegaCore。但是这种方案设计难度大，调试困难;另一种是采用专用接口芯片，如利用PLX公司的PEX8311来实现局部总线与PCI Express总线的连接。目前，无论从技术还是成本来看，第二种方案都是比较理想的选择。

PEX8311芯片符合PCI Express 1.0基本规范，它支持主模式、从模式以及DMA三种数据传输方式。PEX8311芯片的主要特性如下：

◇集成有单通道、全双工2.5 Gbit/s传输的PCI Express端口;

◇可配置局部总线宽度，支持8位、16位和32位的总线方式;

◇支持数据总线、地址总线独立和复用总线操作模式;

◇双通道高性能的DMA数据传输可支持数据块模式、分散/集中模式、硬连线数据传输模式和命令模式;

◇支持PCI Express规范中的端点和根复合体模式;

◇芯片小型封装，适合紧凑的电路板设计。

本方案中主要使用DMA方式中的命令模式。在命令模式下，可以通过一对硬连线“DREQ”和“DACK”来控制传输，每一个DMA通道都有一对这样的信号。当FIFO在被写满或读空时，命令模式将暂停操作。而当FIFO状态改变以后，又可继续行进数据传输。

2.4 Raid磁盘阵列

从存储容量、读写速度和单位成本等方面综合考虑，可以考虑利用多个硬盘组成Raid磁盘阵列来作为长时高速采集系统的存储载体。即把多块容量、性能、品牌一致的硬盘组合起来形成一个硬盘组，从而提供比单个硬盘更高的读写速率，以解决数据存储容量的速度问题。该方式的磁盘容量可以达到惊人的T字节级别，可充分满足系统长时间高速采集的需要。本系统采用Raid磁盘阵列控制卡，最高可连接8块SATA II硬盘，本系统挂接了4块西数500GSATAⅡ硬盘。用硬盘读写速度测试软件IOmeter可以测得：在256KByte块传输模式下，磁盘写入速度可以达400MB/s以上，而这也符合系统DMA方式的数据传输模式，所以，在磁盘写入速度方面，该方式完全可以满足系统应用需求。

3 性能测试

PLX SDK是由PLX公司提供的专门针对该公司生产的PCI Express接口芯片的软件开发工具包。当安装完PLXSDK软件后，再把PEX8311开发板插入PCI Express插槽中，就可以用PLXMon对PEX8311的DMA模式下的数据传输进行设置和分析。图5所示是本系统的性能测试界面图。

4 结束语

基于PCI Express总线技术和Raid磁盘技术研制的高速大容量数据存储系统，其最高采样速率可达210MHz，存储容量为2TB。如果要扩展存储容量，只需更换Raid磁盘阵列控制卡并增加硬盘数量即可。通过实际使用表明，该系统可以在50MHz采样率下稳定、可靠、持续不间断的完成数据的采集和存储，而且操作方便，扩展性强，具有一定的工程应用价值和参考价值。