CN108255763A - 一种低功耗大容量存储系统及应用 - Google Patents

一种低功耗大容量存储系统及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108255763A
CN108255763A CN201810042079.2A CN201810042079A CN108255763A CN 108255763 A CN108255763 A CN 108255763A CN 201810042079 A CN201810042079 A CN 201810042079A CN 108255763 A CN108255763 A CN 108255763A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sdio
data
power consumption
cards
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810042079.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108255763B (zh
Inventor
杨志国
姜莹
顾荷炎
刘保华
于凯本
于盛齐
宗乐
张晓波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Rui News Technology Co Ltd
First Institute of Oceanography SOA
National Deep Sea Center
Original Assignee
Hangzhou Rui News Technology Co Ltd
First Institute of Oceanography SOA
National Deep Sea Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Rui News Technology Co Ltd, First Institute of Oceanography SOA, National Deep Sea Center filed Critical Hangzhou Rui News Technology Co Ltd
Priority to CN201810042079.2A priority Critical patent/CN108255763B/zh
Publication of CN108255763A publication Critical patent/CN108255763A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108255763B publication Critical patent/CN108255763B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • G06F13/4004—Coupling between buses
    • G06F13/4022—Coupling between buses using switching circuits, e.g. switching matrix, connection or expansion network
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/14—Handling requests for interconnection or transfer
    • G06F13/20—Handling requests for interconnection or transfer for access to input/output bus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Sources (AREA)

Abstract

一种低功耗大容量存储系统及其应用，属于海洋仪器领域，本发明主要通过构建TF/SD卡矩阵的方式实现低功耗大容量存储系统，其核心是TF/SD卡矩阵控制器。系统通过矩阵控制器将一路SDIO总线扩张至多路，每路SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡。数据写入过程采用时分的方式，由MCU控制同一时刻只选择一个SDIO通道以及该SDIO通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理。数据读取过程则同时选通所有SDIO通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的。

Description

一种低功耗大容量存储系统及应用
技术领域
本发明属于海洋仪器领域，具体地涉及一种低功耗大容量存储系统及应用。
背景技术
自容式采集设备目前在海洋仪器领域有着广泛的应用。自容式采集设备存储系统的特点是采样数据按序存储，设备回收后批量导出，存储过程要求功耗低，导出过程要求速率高。通常情况下，影响自容式采集设备工作时长的两个主要因素是存储容量和功耗。目前常用的大容量存储介质包括SD/TF卡和硬盘，前者的功耗较低，但是存储容量有限；后者能提供相对较大的存储容量，但是功耗较SD/TF卡高出很多，即便是固态硬盘(SSD)，其功耗仍然会高出一个数量级。另外，常规的嵌入式系统控制器配备的SD/TF接口和硬盘接口有限，受到单个存储器最大容量的限制，存储系统所能达到的最大容量也非常有限。因此，寻找一种同时解决容量和功耗的存储系统，是一个需要迫切解决的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种低功耗大容量存储系统及其应用。所述系统能够解决在存储容量上的瓶颈，同时只消耗与使用单个SD/TF卡接近的功耗，并且还能提供比使用单个SD/TF卡或者硬盘更高的可靠性。
本发明主要通过构建TF/SD卡矩阵的方式实现低功耗大容量存储系统，其核心是TF/SD卡矩阵控制器。系统通过矩阵控制器将一路SDIO总线扩张至多路，每路SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡。数据写入过程采用时分的方式，由MCU控制同一时刻只选择一个SDIO通道以及该SDIO通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理。数据读取过程则同时选通所有SDIO通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种低功耗大容量存储系统，所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。
进一步，所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、数据汇聚单元、输入输出接口。各部分功能如下：输入输出接口涵盖多种接口协议，为采集数据的输入提供通道；数据汇聚单元负责在读取数据的时候将多个通道的SDIO数据汇聚到一起并行输出到外部高速接口；错误检测单元负责监测TF/SD卡操作过程中的各种异常，并及时向逻辑控制单元汇报当前错误；SDIO时序单元跟踪SDIO数据传输的状态机，识别当前数据传输的方向和进程，并将该信息及时上报；多通道选择开关负责在采集过程中选通某个SDIO通道进行读写操作；逻辑控制单元负责各个模块的协调和控制。矩阵控制器可基于FPGA或者ASIC等低功耗器件设计，确保其工作功耗开销对系统整体功耗不会产生太大的影响。
进一步，高速接口基于包括usb3.0或者PCIE在内的任一高速数据传输协议，负责将数据并行导出上传到上位机，从而实现数据的高速读取。
进一步，低功耗MCU负责对TF/SD卡矩阵控制器的实际时序操作以及扩张SDIO总线通道的选择。
本发明还提供一种所述系统的应用。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)大容量存储
通常情况下，SDIO接口和硬盘接口都只能挂载一个设备，并不支持设备扩展，所以系统所能达到的存储容量非常有限。
本系统搭建的SDIO矩阵将单路SDIO总线扩展至N+K路，每路扩展SDIO总线上可挂在M张TF/SD卡，因此系统支持的TF/SD卡总共为M*(N+K)张，只要扩张SDIO总线的路数足够多，系统的存储容量就可以足够大，而且不存在理论上限。
(2)写入过程低功耗
传统的存储方式下，TF/SD卡的功耗虽然低，但容量十分有限，如果采用硬盘，容量有所扩大，但是功耗势必增加很多。
在系统中，针对自容式应用的特点，同一时刻只会操作一张TF/SD卡，因此其他的TF/SD卡都可以下电，另外高速接口部分只用于数据读取，工作过程完全下电，由于矩阵控制器部分的功耗非常有限，整个系统的功耗基本与单卡功耗接近。
(3)高可靠性
在传统系统中，由于只有单个存储设备，一旦出现设备异常，数据存储就无法继续进行，严重的可能发生数据完全丢失。
在本系统中，存储单元由很多相同的TF/SD卡组成，很容易在结构上形成备份的关系。系统在设计时预留N个通道用于主卡，K个通道用于备卡，一旦在对某张卡的写入过程中出错，可以非常快速的切换启用备卡，从而可以有效避免数据丢失所造成的的灾难性后果。
(4)读取过程高速率
相对于单TF/SD卡系统，由于SDIO总线的速率有限，因此数据导出的过程相对缓慢。本系统的矩阵控制器具备数据汇聚单元，在读取数据时可以通过逻辑控制同时选中所有扩张SDIO总线通道上的TF/SD卡，使其数据并行输出，与传统的单卡系统相比，数据导出的速率可大大提高，其速度上限可逼近所选取的高速传输接口。
附图说明
图1低功耗大容量存储系统架构；
图2 TF/SD卡矩阵控制器结构。
具体实施方式
下面通过某次海上实验来对本发明的技术方案作进一步解释，但本发明的保护范围不受实例任何形式上的限制。
实施例1
一种低功耗大容量存储系统，如图1所示,所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；如图2所示,所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。
所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、数据汇聚单元、输入输出接口。各部分功能如下：输入输出接口涵盖多种接口协议，为采集数据的输入提供通道；数据汇聚单元负责在读取数据的时候将多个通道的SDIO数据汇聚到一起并行输出到外部高速接口；错误检测单元负责监测TF/SD卡操作过程中的各种异常，并及时向逻辑控制单元汇报当前错误；SDIO时序单元跟踪SDIO数据传输的状态机，识别当前数据传输的方向和进程，并将该信息及时上报；多通道选择开关负责在采集过程中选通某个SDIO通道进行读写操作；逻辑控制单元负责各个模块的协调和控制。矩阵控制器可基于FPGA或者ASIC等低功耗器件设计，确保其工作功耗开销对系统整体功耗不会产生太大的影响。
高速接口基于包括usb3.0或者PCIE在内的任一高速数据传输协议，负责将数据并行导出上传到上位机，从而实现数据的高速读取。
低功耗MCU负责对TF/SD卡矩阵控制器的实际时序操作以及扩张SDIO通道的选择。
通过ACTEL系列FPGA实现了64张TF卡矩阵控制器，按照目前可以获得的最大TF/SD卡容量512GB计算，本系统可实现32TB的存储容量。结合STM32L系列低功耗MCU与Cypress高速USB3.0接口芯片实现本系统，系统工作功耗不超过200mW，远低于普通硬盘功耗(约1～3W)，数据读取速率则可达100MB/S以上。
基于本发明研制的低功耗大容量存储系统应用于自容式长时序水声信号采集系统中，实现了128kHz采样率下180天的连续存储，实际占用存储6TB，整机功耗低于300mW，使用电池容量约1300WH。

Claims (5)

1.一种低功耗大容量存储系统，其特征在于所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、数据汇聚单元、输入输出接口；各部分功能如下：输入输出接口涵盖多种接口协议，为采集数据的输入提供通道；数据汇聚单元负责在读取数据的时候将多个通道的SDIO数据汇聚到一起并行输出到外部高速接口；错误检测单元负责监测TF/SD卡操作过程中的各种异常，并及时向逻辑控制单元汇报当前错误；SDIO时序单元跟踪SDIO数据传输的状态机，识别当前数据传输的方向和进程，并将该信息及时上报；多通道选择开关负责在采集过程中选通某个SDIO通道进行读写操作；逻辑控制单元负责各个模块的协调和控制。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于高速接口基于包括usb3.0或者PCIE在内的任一高速数据传输协议，负责将数据并行导出上传到上位机，从而实现数据的高速读取。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于低功耗MCU负责对TF/SD卡矩阵控制器的实际时序操作以及扩张SDIO总线通道的选择。
5.权利要求1-4任何一项所述系统的应用。
CN201810042079.2A 2018-01-17 2018-01-17 一种低功耗大容量存储系统及应用 Active CN108255763B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810042079.2A CN108255763B (zh) 2018-01-17 2018-01-17 一种低功耗大容量存储系统及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810042079.2A CN108255763B (zh) 2018-01-17 2018-01-17 一种低功耗大容量存储系统及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108255763A true CN108255763A (zh) 2018-07-06
CN108255763B CN108255763B (zh) 2018-11-09

Family

ID=62726703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810042079.2A Active CN108255763B (zh) 2018-01-17 2018-01-17 一种低功耗大容量存储系统及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108255763B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0601382B1 (en) * 1992-11-23 1999-09-22 Brooktree Corporation Expansible high speed digital multiplexer
CN101013477A (zh) * 2007-02-05 2007-08-08 凤凰微电子（中国）有限公司 一种实现高速大容量智能卡时钟管理的单元及方法
CN101840486A (zh) * 2009-03-19 2010-09-22 深圳市融创天下科技发展有限公司 一种改进的sd卡转换器
CN102622643A (zh) * 2011-12-19 2012-08-01 华为终端有限公司 一种能通过无线网络传输数据的安全数码卡

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0601382B1 (en) * 1992-11-23 1999-09-22 Brooktree Corporation Expansible high speed digital multiplexer
CN101013477A (zh) * 2007-02-05 2007-08-08 凤凰微电子（中国）有限公司 一种实现高速大容量智能卡时钟管理的单元及方法
CN101840486A (zh) * 2009-03-19 2010-09-22 深圳市融创天下科技发展有限公司 一种改进的sd卡转换器
CN102622643A (zh) * 2011-12-19 2012-08-01 华为终端有限公司 一种能通过无线网络传输数据的安全数码卡

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李超等: "海底地震仪的性能对比及在渤海试验中的应用", 《海洋科学》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108255763B (zh) 2018-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN207367115U (zh) 一种基于飞腾处理器的服务器主板及服务器
CN101710270B (zh) 一种基于闪存的高速大容量存储器及芯片数据管理方法
CN105335327A (zh) 基于Soc的可重构/双冗余VPX3U信号处理载板
CN109947376B (zh) 一种基于fpga实现的多协议接口固态存储系统
CN104991737B (zh) 一种基于存储卡阵列架构的硬盘实现方法
CN104035731A (zh) 一种刀片式服务器的存储头结点
CN203858630U (zh) Pcie接口切换装置
CN101140330B (zh) 可动态配置硬件电路的综合数控地面测井系统
CN113742282A (zh) 一种基于fpga的sata ip核及数据存储方法
CN108255763B (zh) 一种低功耗大容量存储系统及应用
CN105868145A (zh) 一种多高速接口的高速串行总线存储装置
CN211293916U (zh) 数据存储记录装置及航电系统数据采集与存储记录装置
CN104951385A (zh) 动态可重构总线监听系统中的通道健康状态记录装置
CN207367194U (zh) 多通道ad采集存储系统
CN202838323U (zh) 船舶运行参数存储装置
CN107643989B (zh) 一种基于pci总线协议双光纤环路冗余结构通讯板卡
CN105511990A (zh) 基于融合架构双冗余度新型存储控制节点架构
CN205620997U (zh) 一种多高速接口的高速串行总线存储装置
CN210129211U (zh) 一种支持热插拔的sd raid存储装置
CN208922245U (zh) 一种低功耗数据记录及高速数据传输装置
CN201402458Y (zh) 缺陷硬盘的数据恢复设备
CN206179522U (zh) 一种固态存储器及电子设备
CN204808310U (zh) 动态可重构总线监听系统中的通道健康状态记录装置
CN213814639U (zh) 一种基于srio高速通信总线的大容量固态存储设备
CN115033509B (zh) 一种磁盘阵列管理装置、磁盘阵列系统及服务器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant