CN1045229C - 光盘高速数据记录方法及数据采集记录系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属计算机数据处理技术领域。本发明提出光盘直接扇区读写方式进行数据高速记录的方法，并设置一个页长可浮动的双页缓存器，以实现数据采集和光盘记录同时进行。本发明设计的光盘数据采集记录系统包括高速采集器、通用微机、显示器以及双页缓存器。本方法实现了数据高速采集、实时、连续、可靠的高速记录，本系统结构简单、成本低、数据记录可靠、寿命长、具有广泛的应用领域。
Description
本发明属于计算机数据处理技术领域，特别涉及采用光盘进行数据高速记录的方法及系统。
数据采集记录是一种应用十分广泛的信息处理技术，它在许多科学技术实验和许多工程领域内起着非常重要的作用。目前，对于数据的高速采集、高速A/D转换和信息的实时处理引起人们的广泛关注，并相继取得一些重要技术成果。对于数据的高速、实时记录相对研究较少，使得高速数据采集技术在一些应用领域受到限制。七十年代以来，光盘存储技术迅速发展并日益成熟。光盘作为新的记录介质具有存储密度高，容量大，可靠性好，寿命长，成本低，使用方便等显著优点。采用通用微机和通用光盘机构成的高速数据采集记录系统，具有广阔的发展前景。
光盘具有同磁盘一样的存储特性。通常光盘上的数据信息是以文件方式组织的，即DOS数据格式。数据写入的过程如下：
1.首先建立一个目录项，它包括文件名等文件属性信息，数据存储记录的第一个扇区(簇)号也包含在目录项中。
2.数据的存放由一个文件分配表(链表)安排。第一个写入位置在目录项中规定。
3.进行寻址，即光学读写头移动到上述起始位置。写入一个扇区。
4.查询文件分配表，寻找一个未用的扇区，做为下一个将要写入的扇区。
5.进行寻址，即将光学读写头移动到步骤4分配的扇区位置，写入一个扇区数据。
6.重复步骤4和5，直至数据写完。
在文件管理方式下，扇区写入不要求连续。下一个将要写入的扇区相对于光学头的当前位置是任意的。反复寻址导至光学头来回移动，化费相当多的时间，这就大大的影响了数据记录速度。
已有的一种采用光盘的高速图像数据采集记录系统由图像采集，数据存储处理，计算机和光盘机四个部分组成。其结构如图1所示，其中，图像采集部分实际上就是一个CCD摄像机；数据存储处理包括一个16MB的数据存储器，并且具有与标准图像进行快速比较和相减的功能，通过处理大大减少图像数据量；计算机控制整个采集系统的运行；而光盘机做为计算机的标准外设，记录并保存采集的图像数据。
所述图像数据采集系统可以以非常高的数据率将图像数据存入16MB的先进先出的固态存储器(30MB/S)。当然，最多只能记录16MB数据，这些数据转存入光盘不是实时的，因此没有记录速度和连续长时间记录要求。总之，该系统不能实现实时、高速、连续采集记录大量数据的实际需要。
本发明的目的在于克服已有的光盘数据采集记录系统的不足之处，提出采用光盘直接扇区读写方法，实现数据高速采集，实时、连续、可靠的高速记录。采用所述方法，设计出一种光盘数据高速采集记录系统，使其具有结构简单、成本低、能够实时高速连续记录大容量数据、适用领域广泛等优点。
本发明提出一种用于数据采集记录系统中的光盘高速记录方法，包括将高速数据采集器，通用微机及光盘机连接成一个数据高速采集记录系统，其特征在于采用直接扇区读写方式进行数据高速记录的方法，记录过程如以下步骤：
1.设定数据开始写入光盘的起始扇区号确定相应的起始信道；
2.将光盘机的光学读写头移动到所说光盘的起始位置；
3.所说光学头不动，光盘片旋转，数据连续写入光盘，直到写满一个信道；
4.将所说的光学头移动到下一信道的起始扇区；
5.重复循环进行第3、4步骤，直至数据记录结束。
在大数据量的数据采集记录中，要求连续记录大块数据，而且一般没有修改要求。针对这种情况，可以不用文件分配表链接，而采用本发明提出的直接对光盘扇区进行读写方法，专门设计驱动程序。
本发明的直接扇区读写方法中，除了寻址起始位外，只有十分短暂的过道时间，没有其他寻址时间损失，这就充分利用了光盘所固有的读写速度，大大提高记录速度。光盘写入实际上就是执行一条SCSI写命令。这条命令是从给定的起始扇区号开始，连续的写入规定的扇区数。
本发明在上述方法的基础上，还设置一个页长可浮动的双页缓存器，以实现数据采集和光盘记录同时进行。即所说的数据采集器通过接口将高速数据流交替的存入所说缓存器A页和B页中，A、B页通过所说微机控制自动切换，交替的将数据输入光学头写入光盘；所说的自动切换过程包括，若当前A页存满数据时，查看B页数据是否已写完，若是，则A、B页进行切换；若不是，A页存储长度浮动，继续接收数据，直到B页中数据写完后再进行换页。
由于许多光盘机，其光盘盘片每个信道上的扇区数并不是都相同的，而盘的转速不变，这导致了实际数据写入速度的不均匀性。另外采集的数据流由于各种各样的因素，数据传输率也有可能产生波动。这些都会引起数据传输和光盘记录速度不匹配，从而造成数据丢失。双页缓存器时序控制设计保证当一页数据采集满而准备换页时，另一页中的数据已经完全记录到光盘上。如果尚未完成，则不允许换页，而使采集数据的缓存器页加长，继续接收数据，直至另一页中的数据记录完毕，再进行换页。这样保证了既连续记录数据又不丢失数据的目的。
本发明设计出采用上述方法的一种光盘数据采集记录系统，包括用于高速采集各种信息数据的高速采集器，用于对系统各功能进行控制的通用微机以及显示数据的显示器。其特征在于还包括与所说采集器的接口及微机总线相连接的双页缓存器，通过SCSI接口与所说微机连接的光盘机，以及固化在该系统的存储器中的采用直接扇区读写技术的读写管理软件和控制程序。其结构如图2所示。
框图中用虚线框起来的部分，即高速采集器不属于本发明的基本构成，是可选的。如果数据采集记录系统接受的是模拟信号，高速数据采集器主要功能就是高速A/D转换。系统也可以将扫描器、CCD摄像机等其他数据采集设备做为数据采集器，直接接收数字化的信息。
微计算机是系统的控制和数据处理核心，它控制双页缓存器的一个页接收数据采集器来的高速数据流，并同时将另一个缓存器页中的数据通过PC总线和SCSI接口写入光盘。光盘上的数据由计算机管理，例如可读取出来，或者列于监示器上，或者复原为波形显示。通过微机还可以把光盘记录的数据转换为通用的DOS文件格式并存入硬磁盘，方便后续数据处理。该系统不是一个专用系统。计算机在不进行数据采集记录时，其他的功能不受任何影响。
光盘是高密度、大容量信息存储记录介质，光盘驱动器作为计算机的外部存储设备，通过SCSI适配器联接到计算机上。在数据采记录中，光盘不像普通外存设备那样采用DOS格式的文件数据结构，而是采用直接扇区读写技术，专门设计相应的读写管理软件，以提高光盘的记录速度。
双页缓存器是系统中专门设计的硬件，是一块带有两个长度可以浮动的双端口数据缓存器页的控制卡。光盘可以高速的采集记录数据，但需要双页缓存器的配合，方能将大数据量的高速数据流连续的，没有数据丢失的写入光盘。系统一面将采集器来的数据写入一个缓存器页，例如A页，另一面将B中的数据写入光盘，从而保证记录的连续性。接口卡的逻辑控制根据A是否已存满和B中的数据是否已完全写入光盘来决定并实现两个缓存器页总线的切换以及其他控制功能。如果由于种种原因当A页已经写满，而B页中的数据尚未完全写入光盘，不允许换页时，后续不断来的采集数据将会丢失，采用长度浮动使A可以继续接收数据直至B页全部写入光盘，从而避免了数据丢失。
图3为双页数据缓存器逻辑框图。其中缓存器A和B是两个缓存器页，它们的存储容量可以浮动。开始时，A页连到数据采集器接口的总线上，而B页连在PC计算机总线上。两组总线可以互相切换；时钟控制器为不同的控制环节提供各种时钟脉冲序列；时序控制器控制总线的切换、缓存器地址的生成和移动、存储容量的浮动、工作状态检测和反馈控制。根据需要，时序控制器还产生特定的控制时序提供给数据采集器接口；总线控制器按照控制时序实现总线切换、地址移动等。
本发明具有如下特点：
1.系统由通用微机和光盘机组成，不是专用设备。在非数据采集记录任务中，它是一个配备了存储密度高、容量大、可靠性好、寿命长的光盘驱动器的高性能的微计算机系统。
2.专门设计了长度浮动的双页双端口的数据缓存器。两个缓存器页自动切换，数据采集和光盘记录同时进行，保证数据记录的连续性；数据缓存页的长度可以浮动，即具有一定的缓冲量，以避免在换页时可能发生的数据丢失。
3.光盘记录采用直接扇区读写技术。与双页数据缓存器相配合，设计了专门的光盘读写管理软件。读写程序放弃了通常的DOS文件格式，大大减少了在文件管理方式下由于反复查询文件分配表和因扇区记录不连续而引起的寻址时间损耗，从而提高数据记录速度。
4.系统的主要性能指标：连续记录10分钟，记录速度不低于500KB/秒，连续记录数据量300MB。
附图简要说明：
图1是已有技术的一种采用光盘的图像数据采集系统。
图2为本发明提出的光盘高速数据采集记录系统结构示意图。
图3为本发明系统中的双页数据缓存器逻辑框图。
图4是一个实施例中双页数据缓存器结构框图。
图5为实施例中双页数据缓存器电气原理图。
图6为实施利中光盘直接扇区读写流程图。
本发明设计出一种光盘数据采集记录系统实施例。系统中的PC微机选用Super型的386兼容机，主频4MHz，硬盘容量120MB；光盘驱动器采用日本松下公司的多功能光盘机，Panasonic LF-7010，盘片为双面1000MB可擦除重写型的LM-D702；光盘驱动器与微机的接口卡采用Corel公司的LS2000型SCSI适配器；
图4是本实施例中的双页缓存器的结构块图，图中浮动缓存器A和B选用两个型号为HM628128 SRAM的128KB静态随机存取存储器芯片；选用大规模可编程门阵列XILINX FPGA芯片，型号为XC3042 PC84，以实现总线控制、时序控制、时钟控制等整个双页缓存器的逻辑控制；这些逻辑操作和数据的接收及向SCSI接口的输出，均通过固化在控制程序存储器，型号为XC1736A的PROM芯片中的程序的运行实现。图5是双页缓存器的电气原理图。
本实施例的数据采集器主要是一个高速A/D转换器，它连续将检测波形数字化后记录在光盘上。光盘扇区直接写入的基本过程如图6的程序流程图所示。首先对双页缓存器进行初始化，系统自动设定将要写入的起始扇区位置；判断缓存器页总线切换是否完成。如果尚未完成，系统等待。换页过程完程后，测量接收的数据量，即页长。页基本长度为56KB，如果浮动，则延长到60KB。将页长值设定后，执行SCSI写命令，即可将缓存器中的数据写入光盘上的指定位置。如果数据已经写完，写入过程结束，否则自动修定接下去将写入的起始地址，继续上述写光盘的循环，直至数据全部写完。
采集记录实验结果表明，本实施例的系统可以连续采集记录数据10分钟，记录速度可达500KB/S而无信息丢失。连续记录数据量可达300MB以上。
Claims (4)
1.一种用于数据采集记录系统中的光盘高速记录方法，包括将高速数据采集器，通用微机及光盘机连接成一个数据高速采集记录系统，其特征在于采用直接扇区读写方式进行数据高速记录的方法，记录过程如以下步骤：
(1).设定数据开始写入光盘的起始扇区号确定相应的起始信道；
(2).将光盘机的光学读写头移动到所说光盘的起始信道位置；
(3).所说光学头不动，光盘片旋转，数据连续写入光盘，直到写满一个信道；
(4).将所说的光学头移动到下一信道的起始扇区；
(5).重复循环进行第3、4步骤，直至数据记录结束。
2.如权利要求1所述记录方法，其特征在于，在所说的数据采集记录系统中还设置一个页长可浮动的双页缓存器，实现数据采集和光盘记录同时进行的方法，即所说的数据采集器通过接口将高速数据流交替的存入所说缓存器A页和B页中，A、B页通过所说微机控制自动切换，交替的将数据输入光学头写入光盘；所说的自动切换过程包括，若当前A页存满数据时，查看B页数据是否已写完，若是，则A、B页进切换；若不是，A页存储长度浮动，继续接收数据，直到B页中数据写完后再进行换页。
3.一种光盘数据采集记录系统，包括用于高速采集各种信息数据的高速采集器，用于对该系统各功能进行控制的通用微机以及显示数据的显示器，其特征在于还包括与所说采集器的接口及微机总线相连接的双页缓存器，通过SCSI接口与所说微机连接的光盘机，以及固化在该系统的存储器中的采用直接扇区读写技术的读写管理软件和控制程序。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于所说的双页缓存器由两个存储长度可浮动的缓存器页，实现换页、时序、时钟控制的大规模可编程门阵列芯片及控制程序存储器所组成。
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