分布式測試系統中數據存儲管理系統研究

摘要：在一些大海域進行的分布式測試系統實驗中，對大量、多種類測試數據的有效存儲管理是必要的。NAND Flash存儲器具有非易失、大容量、可擦除與重復性編程等優點，并可基于其構建文件系統實現文件的有效存儲管理。無線實時回傳處理大量數據是系統的瓶頸，因此存儲數據時可提取數據特征并存儲特征，為實現基于特征提取的高效數據傳輸提供可能，提高系統的實時性。

　　關鍵詞：分布式測試;NAND Flash;特征提取;文件系統

　　引言

　　本課題研究的數據存儲與管理技術可應用于在大型海域進行的水中爆炸效能參數測試的分布式測試系統中，整個系統中基站與主站通過無線傳輸。由于在海域中的測試環境比較惡劣，對于測試設備的布置比較困難，因此有時需要在短時間內做多次重復性實驗。重復性實驗就要求將每次所采集的數據實時回傳處理或存儲管理，為下次實驗作準備。本系統所采用的無線傳輸方式決定不可能在短時間內把大量數據回傳。NAND Flash存儲器作為一種非易失、大容量、可擦除與重復性編程等優點，在其內部構建文件系統，把多次重復性采集的多種數據以文件格式存儲，可為系統由無線傳輸引起的瓶頸提供另一種解決方案。在存儲沖擊波數據時，沖擊波信號有其典型的特征(最大值特征)，可提取其最大值特征作為該文件的信息一同存儲。事后數據快速分析處理時，最關心的是沖擊波壓力峰值(即最大值)，因此可通過傳輸特征值少量數據快速分析提高系統實時性。

　　1 系統組成

　　本課題研究的數據存儲管理系統是分布式測試系統基站的重要組成部分。該模塊實現了對沖擊波數據、水聲定位信號、環境溫度等多種數據的存儲管理，為事后數據分析處理提供可靠保證，并通過與基站中的無線收發模塊通信，實現與主站的通信。圖1為系統結構框圖。數據存儲管理系統主要由單片機與CPLD組成，本系統通過在CPLD內部擴展SPI接口電路，完成沖擊波、水聲定位等信號的存儲;并在NAND Flash存儲器中構建文件系統，實現對多種大量數據的存儲管理。

　　2 數據傳輸接口電路設計

　　本數據存儲管理系統以單片機和CPLD作為核心控制器。由于單片機的端口、內部串口等資源數目有限，需在CPLD內部擴展SPI接口電路，不僅簡化了接口和控制，提高了系統的整體性能及工作靈活性，還使系統擴展變得可行。CPLD擴展SPI接口框圖如圖2所示。

　　在CPLD內部編寫雙向I/O總線、譯碼電路、時鐘發生器、移位寄存器等電路完成SPI接口電路設計。READY為從機(沖擊波模塊)與主機(數據存儲管理系統)通信時狀態標志位，供主機與從機通信時查詢使用。READY為1時，主從機可通信。

　　圖3為CPLD擴展SPI接口電路讀取沖擊波模塊數據時的波形。bit8為READY信號，從機高電平時主機讀取數據;bit9為SCK時鐘信號，主機查詢READY為高時主機產生8個SCK時鐘，啟動SPI傳輸;bit10為MOSI，主機輸出端口;bit11為MISO，主機輸入端口，SCK上升沿讀取數據。圖3連續兩個周期讀取的數據為0x07(00000111)、0xb0(10110000)，兩周期時間間隔為20.400μs，傳輸速度可達4×105bps。