大容量数据记录器数据回读设备的制作方法

本发明属于大容量数据记录器数据回读技术领域，涉及一种大容量数据记录器数据回读设备。

背景技术：

随着无人机ISR传感器多样性、先进性和高带宽的发展，高速数据采集、记录与回放系统在信息战中担负着信息获取、存储、重放分析的重任，其战略、战术意义正不断的凸现出来。在处理能力不能满足实时需要的场合或者处理能力受限应用中；或者通信能力有限或需要隐蔽的场合；需要高速大容量缓存处理的应用场合；需要保留数据作分析的场合以及重复实验受限的场合，记录设备都是必不可少的。随着信息技术的不断发展，对记录系统提出了更高的要求，要求记录数据率和容量越来越大，以满足无人机的任务需要。基于此，要求大容量数据记录器回读设备有更快的回放速度，并需满足各种不同存储设备接口的要求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种大容量数据记录器数据回读设备，以兼容不同的存储设备，满足高速数据回读需求，并可以兼顾后续存储设备的发展。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大容量数据记录器数据回读设备，其包括：通过总线底板连接3U标准接口的主控板、CPCIe接口适配板、10Gb以太网接口板、PCIe切换板以及电源模块，CPCIe接口适配板与外部存储体连接，10Gb以太网接口板连接万兆以太网，PCIe切换板实现多路PCIe接口板的切换工作，电源模块为整个数据回读设备供电；主控板通过对应CPCIe接口适配板加载存储体，生成可以被席位终端用户访问的数据文件系统，最终通过10Gb以太网接口板的万兆以太网接口连接存储网络将数据文件保存到存储服务器中；主控板还用于通过10Gb以太网接口板接收用户的交互操作命令，完成数据的转存处理。

其中，所述CPCIe接口适配板设置有多个，CPCIe接口适配板通过SATA接口、FC光纤、或者SRIO接口连接外部存储体。

其中，所述10Gb以太网接口板通过以太网接口连接存储用的文件服务器或交换机，并通过万兆以太网将存储模块中的数据传送到服务器或磁盘阵列中去。

其中，所述CPCIe接口适配板用于将存储阵列中的数据转换为PCIe协议格式，以与总线底板进行通信。

其中，所述CPCIe接口适配板为其所对应的存储体阵列模块供电。

其中，所述CPCIe接口适配板通过SATA接口连接外部存储体。

其中，所述CPCIe接口适配板由转换控制芯片完成由SATA接口数据到PCIe接口数据的转换和传输，即将SATA接口传送过来的存储阵列数据经过SATA物理层、传输层转化为事务级数据协议，通过数据缓存和转化转变为PCIe的应用层和事务层数据协议，最终通过PCIe链路层和物理层发送至工控机终端系统。

其中，所述PCIe接口适配板包括PCIe核、PCIe核配置模块和SATA接口逻辑，PCIe核作为PCIe总线与SATA接口逻辑之间的桥梁，避开SATA接口逻辑与PCI总线直接打交道；PCIe核配置模块负责对PCIe核进行配置，SATA接口逻辑模块负责实现整个SATA接口与PCIe接口数据交互的的内部逻辑功能。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的大容量数据记录器数据回读设备，能够用于连接各种存储阵列，并对存储的数据进行浏览、检索、导出或删除等操作，最终通过网络文件系统将数据保存到文件服务器进行存储和后期处理，回放接口采用万兆以太网接口，回读信息速率可达600MB/s。

附图说明

图1大容量数据记录器回读设备应用框图。

图2大容量数据记录器回读设备原理示意图。

图3数据记录器地面回读工控机功能框图。

图4 10Gb以太网接口板功能框图。

图5 PCIe总线拓扑结构。

图6 CPCIe to SATA转接卡的硬件结构图。

图7 CPCIe to SATA转接卡的内部结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

大容量数据记录器数据回读设备负责连接存储网络进行各种存储体的数据转存，其应用框图如图1所示。大容量数据记录器的回读设备与存储网络之间包含两套网络连接关系，分别为交换机网络和直连网络。用户操作席位终端通过交换机网络完成存储数据的浏览、检索等管理操作，当确定进行数据回读操作时，也通过交换机网络将回读操作指令发送给地面回读设备和存储服务器，而后地面回读设备利用与存储服务器之间的独占直连网络进行高速数据传输，以保证数据传输速率。

大容量数据记录器数据回读设备整体工作原理如图2所示。数据回读设备通过总线底板连接3U标准接口的主控板、CPCIe接口适配板、10Gb以太网接口板、PCIe切换板以及电源模块。

其中，CPCIe接口适配板设置有多个，兼顾各种存储体的外部接口存在差异，使得外部存储体模块通过CPCIe适配板与主控板连接，以达到保证灵活性并统一接口的目的，如图3所示。外部存储体模块可以通过SATA接口连接CPCIe接口适配板，也可以通过FC光纤连接CPCIe接口适配板，或者可以通过SRIO接口连接CPCIe接口适配板。

主控板是大容量数据记录器的回读设备的核心，主控板运行操作系统，通过对应接口适配板的PCIe驱动程序加载存储体，并生成可以被席位终端用户访问的数据文件系统，最终通过网络接口板的万兆以太网接口连接存储网络将数据文件保存到存储服务器中。

主控板用于接收用户的交互操作命令，完成数据的转存处理。利用PCIe接口连接转接板进行数据文件的传输，可实现对两路PCI-E×8接口板的控制，同时包括两路显示接口可实现对显示器或显示屏的控制，并与交互设备连接接收用户指令。

各硬件模块通过对应的驱动程序加载到操作系统，用户执行操作系统中专用的数据处理程序，实现对数据文件的浏览、检索等功能。此外，用户根据自身需求对指定文件下达删除或导出等指令，并通过操作系统和驱动程序的发送给硬件模块进行对应的处理操作。

以太网接口板功能框图如图4所示。10Gb以太网接口板主要功能是通过以太网接口连接存储用的文件服务器或交换机，并通过以太网将存储模块中的数据传送到服务器或磁盘阵列中去。

由于主控板所能提供的PCIe×8接口数量有限，PCIe切换板主要功能是实现多路PCIe接口板的切换工作，以满足不同厂家接口适配板的切换工作需求。

PCIe总线拓扑结构如图5所示。PCIe系统的基本结构是由一个RootComplex(功能上类似于北桥芯片)、Switch(包含多个PCIe-to-PCIe桥，以保证兼容性)以及不同的设备终端。点对点传输可以让一个终端设备通过RootComplex将数据传送到另一个终端设备，或者从一个终端设备经过一个Switch到另一个Switch，然后再到另一个终端设备，当提供的输出接口数量不足且终端设备又过多时，会通过这种开关式装置来连接起发送端与接收端。另一种方式称之为高级点对点传输，附加的功能可以实现未来的“PCIe高级信息包转换器”。一个RootComplex通过高级转换功能来实现主机软件之间的点对点传输。

接口适配板负责将存储阵列中的数据转换为PCIe协议格式，以便与总线底板进行通信。实际应用中可能需要连接多种接口(如FC接口、SRIO接口或SATA接口等)的存储阵列单元，为了兼顾地面设备的灵活性和标准化要求，通过更换不同转接板统一转换为PCIe接口。同时接口适配板需为其所对应的存储阵列模块供电。

本文以SATA接口存储阵列模块为例进行说明。

接口适配板的硬件结构如图6所示，接口适配板由转换控制芯片完成由SATA接口数据到PCIe接口数据的转换和传输，即将SATA接口传送过来的存储阵列数据经过SATA物理层、传输层转化为事务级数据协议，通过数据缓存和转化转变为PCIe的应用层和事务层数据协议，最终通过PCIe链路层和物理层发送至工控机终端系统。接口适配板的内部架构图7所示。

接口适配板主要包含PCIe核和SATA接口两部分，主要由转换控制芯片实现主要功能，转接卡其他部分由电源、时钟和编程调试接口部分组成。接口适配板直接采用两个异步FIFO来桥接PCIe接口模块和SATA数据收发模块，组成整个接口的功能逻辑，并实现在一个转换控制芯片中，从而有利于优化通信接口的性能。

接口适配板的主要功能模块由PCIe核、PCIe核配置模块和SATA接口逻辑三大部分组成。PCIe核作为PCIe总线与SATA接口逻辑之间的桥梁，避开SATA接口逻辑与PCI总线直接打交道。PCIe核配置模块负责对PCIe核进行配置，SATA接口逻辑模块负责实现整个SATA接口与PCIe接口数据交互的的内部逻辑功能。在此板卡设计中，SATA接口逻辑模块完成与PCIe应用层中数据的通信、收发及缓冲，具体包含PCIe读写FIFO的状态机、发送/接收FIFO模块、SATA接口逻辑以及接口收发器，接收控制逻辑等功能模块。

整个接口适配板的工作过程可分为两个数据流程：一是接收数据。从SATA接口传来的串行数据信号，由SATA串行数据收发器完成接收并做串/并转换，然后在接收逻辑控制下将接收数据暂存到接收FIFO中。当PCI需要读取数据时，在读写状态机控制下从接收FIFO中读出数据并送到工控机。二是发送数据。当工控机发送数据时，控制PCIe进行写操作，由读写状态机控制下将发送数据暂存到发送FIFO中，然后在发送逻辑控制下从发送FIFO内取出数据，送到SATA串行高速数据收发器，由其做并/串转换后，将串行数据发送至存储阵列卡进行检索或删除操作。

上述给出了大容量数据记录器数据回读设备的整体架构以及设计方案，兼顾了灵活性、标准化和文件系统要求，可以满足多种存储体单元的连接与处理，并提供用户交互与高速数据传输功能，将数据文件转存到存储服务器以便后续处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。