基于fpga和dsp控制的高速ide硬盘存储技术

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1、万方数据基于FPGA#DDSP控制的高速IDE硬盘存储技术李亚轲李登科(中国空空导弹研究院)摘要利，甩FPGA和DsP控制IDE硬盘。采用PIo传输模式来对硬盘进行读写操作，从而实现对高速数据漉的实时、无丢失的存储。关键词数据存储IDE接口印GAPIO模式随着数据采集技术的发展，数据传输速率越来越高，对系统的存储容量、体积、造价、稳定性等都提出了更高要求。为了实现较高的传输速率和较大的数据量．往往采用多处理机并行处理、传输和并行记录技术。但这类系统对工作环境要求较高，加之体积大、占用系统机时等缺点。很难适用于受空问限制的特殊环境。因此，研制性能可靠

2、、体积小、造价低的数据存储系统是十分必要的。作为数据存储媒介的IDE硬盘，具有容量大、接u智能化程度高、控制方便等优点。充分发挥硬盘的优势，脱离系统主机。可为用户开发速度高、存储量大、性能可靠的遥测数据存储系统。本文提出了采用DSP与可编程f】阵列(FP(3A)控制IDE硬盘读写操作的方案，对高速数据进行长时间实时无压缩无丢失存储。该系统用于记录红外焦平面探测器采集到的红外图象数据，由于系统和技术的通用性，也可应用于其他相似的高速数据采集于处理系统。'系统硬件设计方案前端的数据采集部分将高速的数据流通过H饥1LINK传送到数据处理和存储控制部分。由

3、于数据采集部分传送来的数据是未经过处理的原始数据，所以首先要通过数据处理部分来进行数据处理，然后再存入硬盘。但是数据处理部分的I／OW的操作速度相对于速度较高的数据流有些慢，数据先进入时序逻辑控制部分，将数据的时序调整后送入数据处理中心来进行数据处理。处理后的数据再经过时序和逻辑控制部分的调整，写入硬盘的指定区域。原理图如图l：田l糸纯原理框田1．1时序和逻辑控制部分为了提高电路的稳定性和可靠性，本系统采用了Xilinx公司的Sparlanll系列的FPGAxc2s200来控制时序和逻辑关系，基于FleA的在线可编程的特性，可以在不改变硬件的情况下

4、适应各种场合的需求，方便的进行硬件调试。该型号的FP6A有s2921-逻辑单元，最高系统时钟可达200MHZ，还拥有分布式和块式的片上内存，同时功耗也很低。基本结构如图2：探测器采集到的数据首先进入FPGA进行时序整理，然后再送入数据处理部分做图象的预处理。由于采集到的数据流速度很高，通过DSP的FOIl传输速度不够。所以利用HPI(主机通信接口)口来传送．通过FPGA的控制将数据直接写入指定的DsP数据存贮空间。一露霜勰DSP把数据处理完后，再发送给圈2Sp-manll，,IH'OA基奉岵构后端来显示和存贮。由于时序不匹配，高速的数据无法直接写入

5、硬盘。因此需要—个存储器进行缓冲或匹配，使数据和硬盘分别以不同的时序对存储器进行操作，从而解决不同时序匹配的

6、’口l题。考虑到电路的集成和稳定性等因素，利用FPGA内部的BLOCKROM来产生一个异步FIFO存储器。基于FIFO的先入先出的特性。数据利用FIFo进行缓冲，只要写硬盘所用的时间不超过存满FIFO深度的时间即可达到数据无丢失完全存储。FPGA还用于控制硬盘的读写时序。系统上电以后，FP(3A产生一个复位信号，使硬盘复位，然后通过DSP的FOIl读取硬盘状态寄存器的内容，根据硬盘的状态进入不阿的工作流程。1．2数据处理部分选用TI公司的T

7、MS320VC．5409．C54x系列是为实现低功耗、高性能而专『】设计的定点DsP芯片，有很高的操作灵活性和速度。它具有一个先进的修正哈佛结构(1条程序总线，3条数据总线，绦地址总线)和高度平行且带有专门硬件逻辑的先进cPu没计。同时，还拥有位快速算法而设计的高度专用的指令系统，以及优化的高级语言开发系统。C54x系列DSP采用了模块化设计和高性能低功耗的先进Ic工艺技术。DSP在席：系统内主要做为数据的预处理中心和硬盘的控制中心。它首先对探测器采集到的原始数据进行校正．然后经过FPGA读取硬盘的状态信息，向IDE硬盘发送控制指令来控制硬盘的读写

8、。当探测器停止采集，所有数据都存入硬盘后。DsP再将硬盘内数据分布的信息(扇区数。柱面数等)读取出来，生成FAT表写入硬盘。这样存贮在硬盘上的图象数据就可以按照一定格式组成被操作系统识别文件。便于在Pc机上对图象数据进行分析和处理。2系统软件设计方案2．1敷据传输模式选择IDE接口的硬盘驱动器提供了两种数据传输模式：DMA模式和PIo模式。由于Ho模式控制相对容易，提供了一种编程控制输入输出的快速传输方法，所以本系统选择了P10模式。为了使写盘速度提高，所以选择Pi04模式。它是P10模式中数据传输速度最快的方式，可以达到16．6MBff{I，。通

9、常情况下，IDE接口的硬盘数据传输以扇区为单位，每传输一个扇区的数据就产生—个中断信号，为了提高速度，选择了以块为单位的传