專利名稱：光盤高速數(shù)據(jù)記錄方法及數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用光盤進(jìn)行數(shù)據(jù)高速記錄的方法及系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集記錄是一種應(yīng)用十分廣泛的信息處理技術(shù)，它在許多科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)和許多工程領(lǐng)域內(nèi)起著非常重要的作用。目前，對于數(shù)據(jù)的高速采集、高速A/D轉(zhuǎn)換和信息的實(shí)時(shí)處理引起人們的廣泛關(guān)注，并相繼取得一些重要技術(shù)成果。對于數(shù)據(jù)的高速、實(shí)時(shí)記錄相對研究較少，使得高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)在一些應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。七十年代以來，光盤存儲(chǔ)技術(shù)迅速發(fā)展并日益成熟。光盤作為新的記錄介質(zhì)具有存儲(chǔ)密度高，容量大，可靠性好，壽命長，成本低，使用方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。采用通用微機(jī)和通用光盤機(jī)構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)，具有廣闊的發(fā)展前景。
光盤具有同磁盤一樣的存儲(chǔ)特性。通常光盤上的數(shù)據(jù)信息是以文件方式組織的，即DOS數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)寫入的過程如下1、首先建立一個(gè)目錄項(xiàng)，它包括文件名等文件屬性信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄的第一個(gè)扇區(qū)(簇)號(hào)也包含在目錄項(xiàng)中。
2、數(shù)據(jù)的存放由一個(gè)文件分配表(鏈表)安排。第一個(gè)寫入位置在目錄項(xiàng)中規(guī)定。
3、進(jìn)行尋址，即光學(xué)讀寫頭移動(dòng)到上述起始位置。寫入一個(gè)扇區(qū)。
4、查詢文件分配表，尋找一個(gè)未用的扇區(qū)，做為下一個(gè)將要寫入的扇區(qū)。
5、進(jìn)行尋址，即將光學(xué)讀寫頭移動(dòng)到步驟4分配的扇區(qū)位置，寫入一個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)。
6、重復(fù)步驟4和5，直至數(shù)據(jù)寫完。
在文件管理方式下，扇區(qū)寫入不要求連續(xù)。下一個(gè)將要寫入的扇區(qū)相對于光學(xué)頭的當(dāng)前位置是任意的。反復(fù)尋址導(dǎo)至光學(xué)頭來回移動(dòng)，化費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間，這就大大的影響了數(shù)據(jù)記錄速度。
已有的一種采用光盤的高速圖像數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)由圖像采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理，計(jì)算機(jī)和光盤機(jī)四個(gè)部分組成。其結(jié)構(gòu)如

圖1所示，其中，圖像采集部分實(shí)際上就是一個(gè)CCD攝像機(jī);數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理包括一個(gè)16MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并且具有與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行快速比較和相減的功能，通過處理大大減少圖像數(shù)據(jù)量;計(jì)算機(jī)控制整個(gè)采集系統(tǒng)的運(yùn)行;而光盤機(jī)做為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，記錄并保存采集的圖像數(shù)據(jù)。
所述圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以以非常高的數(shù)據(jù)率將圖像數(shù)據(jù)存入16MB的先進(jìn)先出的固態(tài)存儲(chǔ)器(30MB/S)。當(dāng)然，最多只能記錄16MB數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入光盤不是實(shí)時(shí)的，因此沒有記錄速度和連續(xù)長時(shí)間記錄要求?？傊?，該系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高速、連續(xù)采集記錄大量數(shù)據(jù)的實(shí)際需要。
本發(fā)明的目的在于克服已有的光盤數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)的不足之處，提出采用光盤直接扇區(qū)讀寫方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集，實(shí)時(shí)、連續(xù)、可靠的高速記錄。采用所述方法，設(shè)計(jì)出一種光盤數(shù)據(jù)高速采集記錄系統(tǒng)，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能夠?qū)崟r(shí)高速連續(xù)記錄大容量數(shù)據(jù)、適用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出一種用于數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)中的光盤高速記錄方法，包括將高速數(shù)據(jù)采集器，通用微機(jī)及光盤機(jī)連接成一個(gè)數(shù)據(jù)高速采集記錄系統(tǒng)，其特征在于采用直接扇區(qū)讀寫方式進(jìn)行數(shù)據(jù)高速記錄的方法，記錄過程如以下步驟1.設(shè)定數(shù)據(jù)開始寫入光盤的起始扇區(qū)號(hào)確定相應(yīng)的起始信道;
2.將光盤機(jī)的光學(xué)讀寫頭移動(dòng)到所說光盤的起始位置;
3.所說光學(xué)頭不動(dòng)，光盤片旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)連續(xù)寫入光盤，直到寫滿個(gè)信道;
4.將所說的光學(xué)頭移動(dòng)到下一信道的起始扇區(qū);
5.重復(fù)循環(huán)進(jìn)行第3、4步驟，直至數(shù)據(jù)記錄結(jié)束。
在大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)采集記錄中，要求連續(xù)記錄大塊數(shù)據(jù)，而且一般沒有修改要求。針對這種情況，可以不用文件分配表鏈接，而采用本發(fā)明提出的直接對光盤扇區(qū)進(jìn)行讀寫方法，專門設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序。
本發(fā)明的直接扇區(qū)讀寫方法中，除了尋址起始位外，只有十分短暫的過道時(shí)間，沒有其他尋址時(shí)間損失，這就充分利用了光盤所固有的讀寫速度，大大提高記錄速度。光盤寫入實(shí)際上就是執(zhí)行一條SCSI寫命令。這條命令是從給定的起始扇區(qū)號(hào)開始，連續(xù)的寫入規(guī)定的扇區(qū)數(shù)。
本發(fā)明在上述方法的基礎(chǔ)上，還設(shè)置一個(gè)頁長可浮動(dòng)的雙頁緩存器，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和光盤記錄同時(shí)進(jìn)行。即所說的數(shù)據(jù)采集器通過接口將高速數(shù)據(jù)流交替的存入所說緩存器A頁和B頁中，A、B頁通過所說微機(jī)控制自動(dòng)切換，交替的將數(shù)據(jù)輸入光學(xué)頭寫入光盤;所說的自動(dòng)切換過程包括，若當(dāng)前A頁存滿數(shù)據(jù)時(shí)，查看B頁數(shù)據(jù)是否已寫完，若是，則A、B頁進(jìn)行切換;若不是，A頁存儲(chǔ)長度浮動(dòng)，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，直到B頁中數(shù)據(jù)寫完后再進(jìn)行換頁。
由于許多光盤機(jī)，其光盤盤片每個(gè)信道上的扇區(qū)數(shù)并不是都相同的，而盤的轉(zhuǎn)速不變，這導(dǎo)致了實(shí)際數(shù)據(jù)寫入速度的不均勻性。另外采集的數(shù)據(jù)流由于各種各樣的因素，數(shù)據(jù)傳輸率也有可能產(chǎn)生波動(dòng)。這些都會(huì)引起數(shù)據(jù)傳輸和光盤記錄速度不匹配，從而造成數(shù)據(jù)丟失。雙頁緩存器時(shí)序控制設(shè)計(jì)保證當(dāng)一頁數(shù)據(jù)采集滿而準(zhǔn)備換頁時(shí)，另一頁中的數(shù)據(jù)已經(jīng)完全記錄到光盤上。如果尚未完成，則不允許換頁，而使采集數(shù)據(jù)的緩存器頁加長，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，直至另一頁中的數(shù)據(jù)記錄完畢，再進(jìn)行換頁。這樣保證了既連續(xù)記錄數(shù)據(jù)又不丟失數(shù)據(jù)的目的。
本發(fā)明設(shè)計(jì)出采用上述方法的一種光盤數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)，包括用于高速采集各種信息數(shù)據(jù)的高速采集器，用于對系統(tǒng)各功能進(jìn)行控制的通用微機(jī)以及顯示數(shù)據(jù)的顯示器。其特征在于還包括與所說采集器的接口及微機(jī)總線相連接的雙頁緩存器以及通過SCSI接口與所說微機(jī)連接的光盤機(jī)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
框圖中用虛線框起來的部分，即高速采集器不屬于本發(fā)明的基本構(gòu)成，是可選的。如果數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)接受的是模擬信號(hào)，高速數(shù)據(jù)采集器主要功能就是高速A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)也可以將掃描器、CCD攝像機(jī)等其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備做為數(shù)據(jù)采集器，直接接收數(shù)字化的信息。
微計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理核心，它控制雙頁緩存器的一個(gè)頁接收數(shù)據(jù)采集器來的高速數(shù)據(jù)流，并同時(shí)將另一個(gè)緩存器頁中的數(shù)據(jù)通過PC總線和SCSI接口寫入光盤。光盤上的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)管理，例如可讀取出來，或者列于監(jiān)示器上，或者復(fù)原為波形顯示。通過微機(jī)還可以把光盤記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用的DOS文件格式并存入硬磁盤，方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)不是一個(gè)專用系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)在不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄時(shí)，其他的功能不受任何影響。
光盤是高密度、大容量信息存儲(chǔ)記錄介質(zhì)，光盤驅(qū)動(dòng)器作為計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)設(shè)備，通過SCSI適配器聯(lián)接到計(jì)算機(jī)上。在數(shù)據(jù)采記錄中，光盤不像普通外存設(shè)備那樣采用DOS格式的文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而是采用直接扇區(qū)讀寫技術(shù)，專門設(shè)計(jì)相應(yīng)的讀寫管理軟件，以提高光盤的記錄速度。
雙頁緩存器是系統(tǒng)中專門設(shè)計(jì)的硬件，是一塊帶有兩個(gè)長度可以浮動(dòng)的雙端口數(shù)據(jù)緩存器頁的控制卡。光盤可以高速的采集記錄數(shù)據(jù)，但需要雙頁緩存器的配合，方能將大數(shù)據(jù)量的高速數(shù)據(jù)流連續(xù)的，沒有數(shù)據(jù)丟失的寫入光盤。系統(tǒng)一面將采集器來的數(shù)據(jù)寫入一個(gè)緩存器頁，例如A頁，另一面將B中的數(shù)據(jù)寫入光盤，從而保證記錄的連續(xù)性。接口卡的邏輯控制根據(jù)A是否已存滿和B中的數(shù)據(jù)是否已完全寫入光盤來決定并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)緩存器頁總線的切換以及其他控制功能。如果由于種種原因當(dāng)A頁已經(jīng)寫滿，而B頁中的數(shù)據(jù)尚未完全寫入光盤，不允許換頁時(shí)，后續(xù)不斷來的采集數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，采用長度浮動(dòng)使A可以繼續(xù)接收數(shù)據(jù)直至B頁全部寫入光盤，從而避免了數(shù)據(jù)丟失。
圖3為雙頁數(shù)據(jù)緩存器邏輯框圖。其中緩存器A和B是兩個(gè)緩存器頁，它們的存儲(chǔ)容量可以浮動(dòng)。開始時(shí)，A頁連到數(shù)據(jù)采集器接口的總線上，而B頁連在PC計(jì)算機(jī)總線上。兩組總線可以互相切換;時(shí)鐘控制器為不同的控制環(huán)節(jié)提供各種時(shí)鐘脈沖序列;時(shí)序控制器控制總線的切換、緩存器地址的生成和移動(dòng)、存儲(chǔ)容量的浮動(dòng)、工作狀態(tài)檢測和反饋控制。根據(jù)需要，時(shí)序控制器還產(chǎn)生特定的控制時(shí)序提供給數(shù)據(jù)采集器接口;總線控制器按照控制時(shí)序?qū)崿F(xiàn)總線切換、地址移動(dòng)等。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1.系統(tǒng)由通用微機(jī)和光盤機(jī)組成，不是專用設(shè)備。在非數(shù)據(jù)采集記錄任務(wù)中，它是一個(gè)配備了存儲(chǔ)密度高、容量大、可靠性好、壽命長的光盤驅(qū)動(dòng)器的高性能的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
2.專門設(shè)計(jì)了長度浮動(dòng)的雙頁雙端口的數(shù)據(jù)緩存器。兩個(gè)緩存器頁自動(dòng)切換，數(shù)據(jù)采集和光盤記錄同時(shí)進(jìn)行，保證數(shù)據(jù)記錄的連續(xù)性;數(shù)據(jù)緩存頁的長度可以浮動(dòng)，即具有一定的緩沖量，以避免在換頁時(shí)可能發(fā)生的數(shù)據(jù)丟失。
3.光盤記錄采用直接扇區(qū)讀寫技術(shù)。與雙頁數(shù)據(jù)緩存器相配合，設(shè)計(jì)了專門的光盤讀寫管理軟件。讀寫程序放棄了通常的DOS文件格式，大大減少了在文件管理方式下由于反復(fù)查詢文件分配表和因扇區(qū)記錄不連續(xù)而引起的尋址時(shí)間損耗，從而提高數(shù)據(jù)記錄速度。
4.系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)連續(xù)記錄10分鐘，記錄速度不低于500KB/秒，連續(xù)記錄數(shù)據(jù)量300MB。
附圖簡要說明圖1是已有技術(shù)的一種采用光盤的圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖2為本發(fā)明提出的光盤高速數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明系統(tǒng)中的雙頁數(shù)據(jù)緩存器邏輯框4是一個(gè)實(shí)施例中雙頁數(shù)據(jù)緩存器結(jié)構(gòu)框5為實(shí)施例中雙頁數(shù)據(jù)緩存器電氣原理6為實(shí)施例中光盤直接扇區(qū)讀寫流程圖本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種光盤數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)實(shí)施例。系統(tǒng)中的PC微機(jī)選用Super型的386兼容機(jī)，主頻4MHz，硬盤容量120MB;光盤驅(qū)動(dòng)器采用日本松下公司的多功能光盤機(jī)，PanasonicLF-7010，盤片為雙面1000MB可擦除重寫型的LM-D702;光盤驅(qū)動(dòng)器與微機(jī)的接口卡采用Corel公司的LS2000型SCSI適配器;
圖4是本實(shí)施例中的雙頁緩存器的結(jié)構(gòu)塊圖，圖中浮動(dòng)緩存器A和B選用兩個(gè)型號(hào)為HM628128SRAM的128KB靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器芯片;選用大規(guī)?？删幊涕T陣列XILINXFPGA芯片，型號(hào)為XC3042PC84，以實(shí)現(xiàn)總線控制、時(shí)序控制、時(shí)鐘控制等整個(gè)雙頁緩存器的邏輯控制;這些邏輯操作和數(shù)據(jù)的接收及向SCSI接口的輸出，均通過固化在控制程序存儲(chǔ)器，型號(hào)為XC1736A的PROM芯片中的程序的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。圖5是雙頁緩存器的電氣原理圖。
本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集器主要是一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器，它連續(xù)將檢測波形數(shù)字化后記錄在光盤上。光盤扇區(qū)直接寫入的基本過程如圖6的程序流程圖所示。首先對雙頁緩存器進(jìn)行初始化，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定將要寫入的起始扇區(qū)位置;判斷緩存器頁總線切換是否完成。如果尚未完成，系統(tǒng)等待。換頁過程完程后，測量接收的數(shù)據(jù)量，即頁長。頁基本長度為56KB，如果浮動(dòng)，則延長到60KB。將頁長值設(shè)定后，執(zhí)行SCSI寫命令，即可將緩存器中的數(shù)據(jù)寫入光盤上的指定位置。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)寫完，寫入過程結(jié)束，否則自動(dòng)修定接下去將寫入的起始地址，繼續(xù)上述寫光盤的循環(huán)，直至數(shù)據(jù)全部寫完。
采集記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)施例的系統(tǒng)可以連續(xù)采集記錄數(shù)據(jù)10分鐘，記錄速度可達(dá)500KB/S而無信息丟失。連續(xù)記錄數(shù)據(jù)量可達(dá)300MB以上。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)中的光盤高速記錄方法，包括將高速數(shù)據(jù)采集器，通用微機(jī)及光盤機(jī)連接成一個(gè)數(shù)據(jù)高速采集記錄系統(tǒng)，其特征在于采用直接扇區(qū)讀寫方式進(jìn)行數(shù)據(jù)高速記錄的方法，記錄過程如以下步驟(1).設(shè)定數(shù)據(jù)開始寫入光盤的起始扇區(qū)號(hào)確定相應(yīng)的起始信道；(2).將光盤機(jī)的光學(xué)讀寫頭移動(dòng)到所說光盤的起始信道位置；(3).所說光學(xué)頭不動(dòng)，光盤片旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)連續(xù)寫入光盤，直到寫滿一個(gè)信道；(4).將所說的光學(xué)頭移動(dòng)到下一信道的起始扇區(qū)；(5).重復(fù)循環(huán)進(jìn)行第3、4步驟，直至數(shù)據(jù)記錄結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述記錄方法，其特征在于，在所說的數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)中還設(shè)置一個(gè)頁長可浮動(dòng)的雙頁緩存器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和光盤記錄同時(shí)進(jìn)行的方法，即所說的數(shù)據(jù)采集器通過接口將高速數(shù)據(jù)流交替的存入所說緩存器A頁和B頁中，A、B頁通過所說微機(jī)控制自動(dòng)切換，交替的將數(shù)據(jù)輸入光學(xué)頭寫入光盤;所說的自動(dòng)切換過程包括，若當(dāng)前A頁存滿數(shù)據(jù)時(shí)，查看B頁數(shù)據(jù)是否已寫完，若是，則A、B頁進(jìn)行切換;若不是，A頁存儲(chǔ)長度浮動(dòng)，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，直到B頁中數(shù)據(jù)寫完后再進(jìn)行換頁。
3.一種采用權(quán)利要求2所述方法的光盤數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)，包括用于高速采集各種信息數(shù)據(jù)的高速采集器，用于對系統(tǒng)各功能進(jìn)行控制的通用微機(jī)以及顯示數(shù)據(jù)的顯示器，其特征在于還包括與所說采集器的接口及微機(jī)總線相連接的雙頁緩存器以及通過SCSI接口與所說微機(jī)連接的光盤機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的雙頁緩存器由兩個(gè)存儲(chǔ)長度可浮動(dòng)的緩存器頁，實(shí)現(xiàn)換頁、時(shí)序、時(shí)鐘控制的大規(guī)?？删幊涕T陣列芯片及控制程序存儲(chǔ)器所組成。
全文摘要
本發(fā)明屬計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出光盤直接扇區(qū)讀寫方式進(jìn)行數(shù)據(jù)高速記錄的方法，并設(shè)置一個(gè)頁長可浮動(dòng)的雙頁緩存器，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和光盤記錄同時(shí)進(jìn)行。本發(fā)明設(shè)計(jì)的光盤數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)包括高速采集器、通用微機(jī)、顯示器以及雙頁緩存器。本方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)高速采集、實(shí)時(shí)、連續(xù)、可靠的高速記錄。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、數(shù)據(jù)記錄可靠、壽命長，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1095838SQ9410284
公開日1994年11月30日 申請日期1994年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月25日
發(fā)明者賈惠波, 裴京, 齊國生, 戴逸俊, 章繼中, 朱益群 申請人:清華大學(xué), 中國航天工業(yè)總公司第三研究院第35研究所