一種實時數據采集與存儲系統的實現方法

　1 引言

　　隨著信息科學的飛速發展，數據采集和存儲技術已經是數字信號處理中非常重要的環節，將決定整個系統的性能。它廣泛應用于雷達，通信，遙測遙感等領域。它己經成為人們獲得外界信息的重要手段。基于總線的數據采集與存儲系統，由于可靠且易于實現、經濟等優點，得到了廣泛的應用。但當數據傳輸率很高時，保持高速數據存儲過程的可靠性、實時性將會成為一個比較棘手的問題。為此一些廠商提供了雙總線技術、64位/66MHzPCI總線系統來解決這問題。但這些技術較為昂貴，且忽略了現有的硬件設備。經過實驗與探索，我們選用ADLINK公司的PCI-7300A_RevB超高速數字I/O卡，利用現有的單（32位/33MHz）PCI總線的計算機系統構成低成本的硬件平臺，并利用自己開發的軟件系統，最終實現了高速（45Mbytes/sec）持續的數據采集于存儲。

　　2 硬件組成及注意事項

　　為了利用現有的硬件設備，降低成本；我們采用ADLINK公司出品的PCI-7300A_RevB超高速數字I/O卡作為數據采集部分。該卡的主要特性如下：

　　·32位數字I/O通道

　　·32位PCI總線

　　·通過觸發信號控制數據采集操作的開始。

　　·100針SCSI型連接器

　　·分散/聚攏方式的DMA

　　·最高傳輸速率80Mbytes/sec

　　要實現實時高速的數據存儲，使用的一般的硬盤是不行的。所以我們選用希捷公司出品的型號為ST3146707LC的SCSI硬盤，該硬盤的容量是146GB,能滿足記錄大量數據的需要，其轉速為10Krpm。相應的SCSI硬盤控制器，選用Adaptec公司出品的型號為Adaptec19160的Ultra160-SCSI硬盤控制器。

　　在搭建硬件平臺的過程中有些問題是必須注意的，否則系統不能正常工作。首先，PCI-7300A_RevB卡雖然采用分散/聚攏方式的DMA,但它對CPU資源的占用率是非常高的。經過實驗證明，要保證整個數據采集與存儲系統正常工作，只能使用奔四1.7G以上的計算機系統。其次，Windows系統允許多個設備共享一個中斷請求號（IRQ）。為了保證存儲過程的實時性，必須確保SCSI硬盤控制器和PCI-7300A_RevB卡使用不同的IRQ。可以在主板BIOS里把Pnp（即插即用）/PCI設備的IRQ進行手動配置。最后Windows2000ServicePack2（SP2）及早期版本不支持大于137GB容量的硬盤。須要先安裝ServicePack3,再在注冊表（HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesAtapiParameters）里添加一個REG_DWORD類型的參數EnableBigLba,并把值設成0x1。這樣146GB的硬盤才能工作正常。

　　3 軟件設計

　　軟件設計直接決定硬件是否能正常工作，以及能否充分發揮硬件的性能。

　　3.1 PCIS-DASK及雙緩沖區模式的工作原理

　　PCIS-DASK是ADLINK公司為自己的產品提供的驅動程序包，提供了專門用于實現高速數據采集的連續多緩沖區操作的一組API函數。通過這組API函數，我們可以按照雙緩沖區的原理，非常方便地實現對數據的實時、高速、連續的采集與存儲。

　　雙緩沖區模式，在工程上稱為“乒乓”緩沖區模式。跟常用的單緩沖區模式相比雙緩沖區模式的優點是，它可以使用較小容量的內存，不間斷地緩沖幾乎無限量的數據（輸入與輸出端需協同工作）。這種緩沖區模式的工作原理是：在內存里開辟兩塊容量相等的緩沖區（以下將分別它們稱為第一緩沖區和第二緩沖區）作為連續數據輸入的緩沖區。工作開始時，數據采集卡首先將數據寫入第一緩沖區中，在數據采集卡開始把數據寫入第二緩沖區的同時，用戶程序可以根據自身需要取出第一緩沖區中的數據做特定的處理。當第二緩沖區被寫滿后，數據采集卡回到第一緩沖區的起始處，以覆蓋舊數據的方式，把新數據寫入第一緩沖區中；與此同時用戶程序取出第二緩沖區中的數據。整個數據采集處理過程可以如此不斷地循環進行下去。

　　3.2 板卡驅動設置及注意的問題

　　對板卡驅動的深刻理解是編寫好數據采集于存儲程序的前提。在連續數據輸入模式下，板卡驅動程序需要在系統內存里開辟一塊緩沖區做為二級緩存，用戶可以設置該緩沖區的大小。方法是：從菜單開始/程序/PCI-DASK/NuDAQPCIconfigurationUtility打開DASK2000DeviceDriverConfiguration對話框，從CardType組合框中選擇Pci7300A_RevB項，在DI欄輸入你想要開辟的緩沖區容量，點擊OK按鈕完成設置。需要注意的是板卡驅動設置的緩沖區（簡稱驅動緩沖區）容量與用戶程序開辟的緩沖區（用戶緩沖區）容量存在著一定關系。經過我們多次實驗，得出驅動緩沖區容量大約是用戶緩沖區的3倍；因此，當驅動緩沖區過小，而用戶緩沖區較大時，會出現錯誤。

　　過小，而用戶緩沖區較大時，會出現錯誤。

　　3.3 VisualC++開發環境的設置

　　為了使用PCIS-DASK提供的實現連續多緩沖區操作的API函數，以及初始化板卡、設置板卡工作方式的API函數；需要VisualC++連接PCI-DASK提供的動態連接庫（Pci-dask.lib）。具體方法是：打開工程，從菜單Project/Setting…打開ProjectSetting對話框，切換到Link選項卡，在Object/librarymodules攔中添加Pci-dask.lib,點擊OK按鈕完成設置。最后在工程中加入頭文件Dask.h.。