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基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的SCSI硬盤高速記錄系統(tǒng)
摘要：介紹了由基于VxWorks的實時嵌入式操作系統(tǒng)、多個SCSI硬盤陣列以及高幀頻CCD數(shù)字相機構(gòu)成的嵌入式高速記錄系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：VxWorks 實時 嵌入式 SCSI CCD
在一些特別的科學研究和工程應用領(lǐng)域，需要采用高幀頻、大面陣的ＣＣＤ相機以獲取高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)，用于對變化較快的觀測對象的運動軌跡及其變化特性分析或?qū)崟r計算。由此可產(chǎn)生高達５０ＭＢ／ｓ以上的實時數(shù)據(jù)流，需要持續(xù)地實時記錄，以便于事后分析。
本文介紹中科院光電技術(shù)研究所針對高速實時圖像記錄任務的要求，專門設計開發(fā)的ＶｘＷｏｒｋｓ嵌入式操作系統(tǒng)下的高速嵌入式ＳＣＳＩ硬盤陣列記錄系統(tǒng)。
在本系統(tǒng)中采用的高幀頻ＣＣＤ數(shù)字相機其工作幀頻為：２００幀／秒，分辨率為：５３２×５１６像素，８ｂｉｔ灰度級，有效數(shù)據(jù)率約為５５ＭＢ／ｓ。要求能對其長時間地持續(xù)記錄，且不允許中間有丟幀現(xiàn)象。
實際工程項目中，在技術(shù)上采用了嵌入式計算機和Ｖｘｗｏｒｋｓ嵌入式操作系統(tǒng)以及ＳＣＳＩ硬盤陣列系統(tǒng)，成功地完成了上述任務。
１ 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
１．１ 硬件框圖
硬件框圖如圖１所示。
整個系統(tǒng)在硬件上由嵌入式計算機、ＣＣＤ相機、ＰＣＩ采集卡、ＳＣＳＩ控制卡及ＳＣＳＩ硬盤陣列組成。系統(tǒng)基于ＰＣＩ總線架構(gòu)。目前使用３２位３３ＭＨｚ的ＰＣＩ總線，可實現(xiàn)約１３２ＭＢ／ｓ的數(shù)據(jù)傳輸率。以后將使用６４位６６ＭＨｚ的ＰＣＩ總線，以達到更高的數(shù)據(jù)傳輸率。來自ＣＣＤ相機的高速數(shù)據(jù)流經(jīng)ＰＣＩ采集卡交叉緩沖存儲后送往ＰＣＩ總線，ＳＣＳＩ控制卡與ＰＣＩ采集卡在ＰＣＩ總線上通過ＤＭＡ方式直接交換數(shù)據(jù)。記錄存儲介質(zhì)的接口采用ＳＣＳＩ總線接口。
１．２ ＳＣＳＩ總線接口
ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）小型計算機系統(tǒng)接口是一種連接主機與外圍設備的接口，支持包括磁盤驅(qū)動器、磁帶機、光驅(qū)、掃描儀在內(nèi)的多種設備。它由ＳＣＳＩ控制器進行數(shù)據(jù)操作。ＳＣＳＩ控制器相當于一塊小型ＣＰＵ，有自己的命令集和緩存。ＳＣＳＩ 接口是智能化的，可以彼此通信而不增加ＣＰＵ 的負擔。當向ＳＣＳＩ硬盤讀寫數(shù)據(jù)時，主機ＣＰＵ只需向ＳＣＳＩ控制卡發(fā)出讀寫命令，ＳＣＳＩ控制卡會自動處理并以ＤＭＡ方式執(zhí)行相應的讀寫操作，完全不需要主機的干預，使主機和ＳＣＳＩ卡可以并行地工作。與ＩＤＥ接口相比，速度、性能和穩(wěn)定性都要比ＩＤＥ好得多，具體區(qū)別如表１。
表1 SCSI接口與ID
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