专利名称：Pci总线结构的直接硬盘存取数据采集系统及方法
技术领域：
本发明属于一种计算机数据采集系统，具体是一种基于PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集系统及方法。
背景技术：
衡量计算机数据采集系统效率的主要参数主要包括通道采样率(KS/S)、连续采集时长(S)和数据采集精度(BIT)。数据采集精度取决于所选择的A/D转换芯片的规格，不在讨论范围之内。
目前通用的数据采集系统多采用板载高速缓存或DMA(直接内存存取)数据传输方式将数据传输到计算机系统的内存进行数据存储。第一种方式中，由于采集到的数据直接保存在采集卡本身的高速缓存中，可以实现高速的数据采集过程。但是由于板载缓存容量和硬件成本的限制，使用这种方式的数据采集系统不能实现任意时长的数据采集工作。因此，其应用也受到了很大的应用限制。而使用DMA数据传输的方式则突破了存储空间的限制，可以将采集得到的数据使用DMA方式实时传送到计算机系统内存。使用这种方式的数据采集系统理论上可以实现任意时长的数据采集。但是这种方式受到计算机系统本身总线速度的限制和计算机操作系统一级应用软件速度的限制，同时这种方式的数据采集过程受到计算机系统的影响，因此这种数据采集系统的通道数据采样率是有限的，并且其长时间数据采集的稳定性也成为一个重要的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集系统及方法，结合了数据采集卡与硬盘两种数据采集系统的优点，在实现高通道采样速率的同时，理论上也实现了无限长时间的数据采集。
PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集系统，包括数据采集卡，其特征在于数据采集卡有IDE接口和硬盘上的IDE接口之间通过数据线连接。
PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集方法，其特征在于包括以下步骤(1)、计算机通过PCI总线将采样频率、采样时长参数发送到数据采集卡控制逻辑寄存器；(2)、数据采集卡根据检测到外部硬件触发信号后，进入采集过程；(3)、在板逻辑控制器控制数据采集过程，并将对应的各通道数据进行处理后，提交给板高速SDRAM存储器；(4)、在板控制逻辑定时将SDRAM存储器中的数据通过板载高速数据总线传送至IDE硬盘接口控制器；(5)、IDE硬盘接口控制器对数据处理后，传送到板载IDE硬盘；(6)、数据采集卡根据计算机的指令，决定是否结束采集；(7)、采集过程结束，IDE接口控制器将IDE硬盘中的数据进行读操作，通过板载高速数据总线传送到PCI接口控制器；(8)、PCI接口控制器将数据通过PCI数据总线传送至计算机系统内存。
本发明解决了通用数据采集系统局限性。方法是在保证高的通道采样速度的条件下尽量提高数据采集系统自带的高速缓存的容量。通常所使用的高速缓存为各种规格的存储器芯片，虽然目前单片存储芯片的容量可以达到百兆量级，但是对于高速、长时间的数据采集来说是远远不够的，并且其价格也是必须考虑的因素。而目前的计算机硬盘容量已经达到了百吉(G)量级，并且价格低廉，同时最新的IDE接口硬盘数据总线速度可以达到133MB/S甚至更高。因此使用计算机硬盘进行实时数据存取是一种可行的方案。
本发明的数据采集系统，在连续的数据采集过程中，不受操作系统的影响，可以完全独立于操作系统进行工作，并且也不占用系统任何资源。同时，对于采集系统软件部分也进行了相应的优化处理，在采集过程结束以后通过DMA方式将存储在采集硬盘上的数据通过PCI总线传输至计算机系统内存，从而保证系统运行的稳定。
图1是本发明硬盘直接存储数据采集系统硬件结构图。
图2是本发明数据采集方法流程图。
图3是本发明IDE硬盘接口控制器逻辑内部逻辑框图。
具体实施例方式
参见图1-图3。
本发明使用大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)以及硬件编程语言VHDL编程实现IDE接口控制器的功能，从而实现数据采集卡与板载IDE硬盘的高速数据传输，解决存储空间和数据采集通道采样频率的瓶颈。
采用本发明的数据采集硬件和软件系统进行数据采集，目前可以实现16个采集通道并行数据采集；每个通道的数据采样率最高为250KS/S的长时间稳定工作。该数据采集系统目前应用于中国科学院等离子体物理研究所HT-7托卡马克装置数据系统中，目前正在此基础上发展具有更高采样频率和具有实时数据传送机制的采集硬件和软件。
权利要求
1.PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集系统，包括数据采集卡，其特征在于数据采集卡有IDE接口和硬盘上的IDE接口之间通过数据线连接。
2.PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集方法，其特征在于包括以下步骤(1)、计算机通过PCI总线将采样频率、采样时长参数发送到数据采集卡控制逻辑寄存器；(2)、数据采集卡根据检测到外部硬件触发信号后，进入采集过程；(3)、在板逻辑控制器控制数据采集过程，并将对应的各通道数据进行处理后，提交给板高速SDRAM存储器；(4)、在板控制逻辑定时将SDRAM存储器中的数据通过板载高速数据总线传送至IDE硬盘接口控制器；(5)、IDE硬盘接口控制器对数据处理后，传送到板载IDE硬盘；(6)、数据采集卡根据计算机的指令，决定是否结束采集；(7)、采集过程结束，IDE接口控制器将IDE硬盘中的数据进行读操作，通过板载高速数据总线传送到PCI接口控制器；(8)、PCI接口控制器将数据通过PCI数据总线传送至计算机系统内存。
全文摘要
本发明公开了一种PCI总线结构的直接硬盘存取数据采集系统及方法，是结构是在数据采集卡有IDE接口和硬盘上的IDE接口之间通过数据线连接。通过使用大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)以及硬件编程语言VHDL编程实现IDE接口控制器的功能，从而实现数据采集卡与板载IDE硬盘的高速数据传输，解决存储空间和数据采集通道采样频率的瓶颈。采用本发明的数据采集硬件和软件系统进行数据采集，目前可以实现16个采集通道并行数据采集；每个通道的数据采样率最高为250KS/S，可长时间稳定工作。
文档编号G06F17/40GK1924846SQ20061004103
公开日2007年3月7日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年7月19日
发明者李贵明, 罗家融 申请人:中国科学院等离子体物理研究所