CN108279989B - 车载关键数据安全存储方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载关键数据安全存储方法，至少包括下述步骤：S1、震动检测模块实时采集公交车辆行驶过程中的震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至专用文件系统；当等级高于设定的上限阈值时，至步骤S2；当等级不高于上限阈值时，则机械硬盘继续工作；S2、专用文件系统停止机械硬盘读写，并复位机械硬盘磁头到停留区域，在机械硬盘暂停工作期间如有数据写入请求，则将数据写入到数据暂存模块；S3、专用文件系统获得的当前震动等级不高于设定的上限阈值时，重新启动机械硬盘，并将暂存区数据同步到机械硬盘中。该方法避免由于车辆行驶震动所导致的数据丢失和频繁启动熄火所导致的数据存储不完整性。

Description

车载关键数据安全存储方法及其系统

技术领域

本发明涉及车载数据存储领域，具体涉及一种车载关键数据安全存储方法及其系统。

背景技术

现代化的智能终端设备已成为城市公交车中必不可少的配置，作为大容量数据存储的机械硬盘也被广泛的应用于车载智能终端中，如车载监控视频内容保存、车载运行数据保存等。由于公交车运行中产生的机械振动和频繁的启动熄火等特点，现有的智能终端仅采用了物理方法对机械硬盘进行减震处理，该种方式在一定程度上减少了硬盘故障率，但由于机械硬盘的工作特性，工作时读写磁头与盘片的浮动高度只有几微米，当震动强度或频率达到一定值时，机械硬盘读写头会划伤盘片，以致硬盘物理损坏而数据发生错误，同时由于频繁启动熄火而导致的数据意外丢失，由于公交车辆行驶过程中来自发动机的自身规律性震动和道路引起的突发性震动都是不可避免的，同时公交车辆行驶过程熄火和启动较为频繁也是不可避免的。

现有的物理减震方案中，如图1所示，减震装置包括设置在内左右两侧与壳体左右两侧之间的两套侧面减震单元，每套侧面减震单元包括一减震橡胶固定金属支架、减震橡胶。其减震原理是通过减震橡胶的阻尼特点达到在一定程度上吸收车辆的震动能量。单纯的物理减震方法对低强度的高频震动有效好的吸收性，但对于公交车辆行驶过程中突发性的高强度振动，通过反复测试极容易导致硬盘扇区物理损坏。并且单一物理减震并不能解决由于熄火时车辆电源突然断电所致的数据丢失。

针对上述问题，现有技术采用电子硬盘代替机械硬盘来解决公交车辆数据存储安全性和完整性方案，电子硬盘天然的抗震性确实能很好的应对公交车车辆行驶过程中产生的各种震动，电子硬盘由SATA桥和NANDFLASH组构成，如图2所示。电子硬盘采用并行存储策略，也就是将一个数据组分解为多个部分同时写入多个NAND FLASH器件中。电子硬盘由于不存在机械部件，因此有良好的抗震动性能。电子硬盘的天然优点是机械硬盘不可比拟的，但在公交车车辆应用中也存在实际问题，现代化公交车车载存储由于要存储视频信息，并按公安部要求需保存6个月，因此一般公交车车辆存储容量在2T到4T之间，上T级的电子硬盘价格非常高。另一方面，由于电子硬盘存储数据策略，一旦存储陈列中的一个单元损坏将导致所有数据不可恢复，对于完全监控的车载视频存储需求带来巨大风险。而在机械硬盘的存储策略中，即使一个扇区损坏，也只是丢失一小部分内容，不会导致整体性数据损坏。

综上所述，大容量电子硬盘在公交车车载应用中应用性不强。

发明内容

本发明的目的在于提出一种车载关键数据安全存储方法，适合公交车行驶特点，为以机械硬盘为主要数据存储介质的高稳定性数据存储方法。其采用结合基于LINUX的专用文件系统驱动软件和硬件实现基于机械硬盘的高稳定数据存储方法，采用主动防震技术实现对机械硬盘的保护，并结合备用电源与电子数据存储介质实现数据存储的完整性，避免由于车辆行驶震动所导致的数据丢失和频繁启动熄火所导致的数据存储不完整性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种车载关键数据安全存储方法，至少包括下述步骤：

S1、震动检测模块实时采集公交车辆行驶过程中的震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至专用文件系统；当等级高于设定的上限阈值时，至步骤S2；当等级不高于上限阈值时，则机械硬盘继续工作；

S2、专用文件系统停止机械硬盘读写，并复位机械硬盘磁头到停留区域，在机械硬盘暂停工作期间如有数据写入请求，则将数据写入到数据暂存模块；

S3、专用文件系统获得的当前震动等级不高于设定的上限阈值时，重新启动机械硬盘，并将暂存区数据同步到机械硬盘中。

进一步的，所述步骤S1还包括：震动检测模块根据震动数值判断得当前震动等级高于设定的下限阈值且不高于上限阈值时，系统根据预设时间T_{_pr}内震动等级变化大小进行机械硬盘读写工作的停止或继续，具体的：

当预设时间T_{_pr}内的震动等级依时间逐渐递增，且逐渐递增的增幅大于预设最大增幅时，进入步骤S2；否则，机械硬盘继续工作。

再进一步的，所述当预设时间T_{_pr}内的震动等级依时间逐渐递增，且逐渐递增的增幅大于预设最大增幅时，在机械磁盘停止读写之前还包括延时处理，所述延时处理包括下述方法：

当延时时间内的最大值大于上限阈值，机械磁盘继续停止读写的操作；

当延时时间内发生所述震动等级的逐渐递减，且该时间内的最大值小于或等于上限阈值，机械磁盘停止读写操作取消；

当延时时间内发生的所述震动等级变化为非逐渐递减的，机械磁盘继续停止读写的操作；

其中，所述延时时间为1～3s。

本发明方法中数据暂存模块的启用和停用时的具体技术方案包括下述。所述步骤S2中所述将数据写入到数据暂存模块具体为：将数据暂存模块的SRAM中未保存到硬盘中的数据保存到NANDFLASH中；

所述步骤S3中所述将暂存区数据同步到机械硬盘具体为：将NANDFLASH的数据读出并转存到机械硬盘中，同时清除NANDFLASH中已读出的数据。

为进一步避免主电源断电时对暂存的影响，所述方法还包括对主电源供电状态的实时监测，当主电源断开时，备用电源启用，以支撑专用文件系统和数据暂存模块的正常工作。

本发明另一方面还提供了一种车载关键数据安全存储系统，所述系统包括硬件层和系统软件层，所述硬件层至少包括

机械硬盘模块，被配置为依据系统软件层指令进行读写工作的停止或重启，在读写工作停止时复位机械硬盘磁头到停留区域；

震动检测模块，采集车辆行驶过程中的当前震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至系统软件层；

数据暂存模块，被配置为在机械硬盘模块暂停工作期间发生数据写入请求时，写入数据；还被配置为在重新启用机械硬盘时将数据同步到机械硬盘模块；

所述软件层包括专用文件系统和操作系统，所述专用文件系统配置为将当前震动等级数据对应预设震动应急规则选择是否停止机械硬盘读写；在判断为机械硬盘读写工作停止时，向机械硬盘模块发送读写工作停止指令，同时向数据暂存模块发送开启指令；在判断为机械硬盘读写工作重启时，向机械硬盘模块发送重启指令，并指引数据暂存模块将数据同步到机械硬盘模块。

进一步的技术方案中，所述数据暂存模块包括NANDFLASH存储器和SRAM存储器，以及控制存储器的暂存控制器；所述SRAM存储器作为数据缓存，采用先进先出机制，由暂存控制器将数据缓冲区内的缓冲数据保存到NANDFLASH中；当机械硬盘模块重启时，将NANDFLASH中的数据读出并转存到机械硬盘模块，同时清除NANDFLASH已读出的数据。

进一步的，所述机械硬盘模块周边安装有减震装置；或者所述机械硬盘模块包裹有减震装置。

进一步的，所述震动检测模块为设置在机械硬盘表面或内部的振动传感器。

本发明系统再一个改进的技术方案中，所述硬件层还包括备用电源模块，所述备用电源模块用于在主电源断开时，启用以支撑专用文件系统和数据暂存模块的正常工作。

又一个改进的技术方案，所述专用文件系统还包括延时处理模块，所述延时处理模块被配置为当机械硬盘模块属于预设震动应急规则中需要延时的情况时，对所述专用文件系统向机械硬盘模块下达的停止指令进行延时操作，在延时时间内根据震动等级变化再次确认停止指令的是否截停。

本发明车载关键数据安全存储方法结合震动检测模块和数据暂存模块实现对机械硬盘的保护以及实现在机械硬盘保护期间的数据存储，防止由于公交车辆持续性和突发性振动所导致的机械硬盘故障和数据丢失问题，同时该方案对现有车辆智能终端设备的兼容，可实现降低车辆设备维护成本和改造成本。

本发明的数据暂存模块采用具有良好抗震性能的电子存储介质实现当机械硬盘处于停用保护状态下的数据暂存；在机械硬盘重启时，再将数据转存至机械硬盘，降低数据全部丢失的风险。同时本发明所述数据暂存模块仅是暂存数据，其容量要求并不大，使成本控制在合理范围内。

此外，本发明存储方法还采用备用电源在公交车熄火时为暂存模块提供短暂供电，保证缓冲区数据完整写入到电子存储介质内。

附图说明

图1为现有技术车载机械硬盘物理减震方案的结构示意图；

图2为现有技术车载电子硬盘方案的结构示意图；

图3为本发明车载关键数据安全存储方法的一种实施方式的示意图；

图4为本发明方法中当前震动等级高于设定的下限阈值且不高于上限阈值时的实施方式示意图；

图5为本发明方法中机械磁盘停止读写之前延时处理的实施方式示意图；

图6为本发明车载关键数据安全存储系统的一种实施方式的结构示意图；

图7为本发明数据暂存模块的一种实施方式的结构示意图；

图8为本发明车载关键数据安全存储系统的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考附图对本发明的实施例进行描述。参见图3，一种车载关键数据安全存储方法，所述方法包括以下步骤：

S1、震动检测模块实时采集公交车辆行驶过程中的震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至专用文件系统；当等级高于设定的上限阈值时，至步骤S2；当等级不高于上限阈值时，则机械硬盘继续工作；

需要说明的是，本发明所述的震动等级作为特征量，如级别自低级至高级为0.11、0.18、0.28…；每个震动等级通过震动数值(振动烈度)进行界限值划分，相邻震动等级的差值相同。具体的划分以实际使用进行划分，在此不做过多限定。该步骤中所述的上限阈值即为设定的需要就进行机械硬盘停止读写操作的震动等级。

S2、专用文件系统停止机械硬盘读写，并复位机械硬盘磁头到停留区域，在机械硬盘暂停工作期间如有数据写入请求，则将数据写入到数据暂存模块；

S3、专用文件系统获得的当前震动等级不高于设定的上限阈值时，重新启动机械硬盘，并将暂存区数据同步到机械硬盘中。

需要说明的是，本发明所述数据暂存模块为电子硬盘，在一个具体实施例中，所述数据暂存模块由SRAM和NANDFLASH存储器构成，采用并行存储策略，将一个数据组分解为多个部分同时写入多个NANDFLASH存储器中。步骤S2中所述将数据写入到数据暂存模块具体为：将数据暂存模块的SRAM中未保存到硬盘中的数据保存到NANDFLASH中。所述步骤S3中所述将暂存区数据同步到机械硬盘具体为：将NANDFLASH的数据读出并转存到机械硬盘中，同时清除NANDFLASH中已读出的数据。

在机械硬盘读写停止时，使用电子硬盘暂存数据，该电子硬盘能很好地应对车辆行驶过程中产生的各种震动。当机械硬盘重启时，电子硬盘的数据转存至机械硬盘，并将电子硬盘内已转存的数据清楚，如此，并不需要对电子硬盘容量具有过大的要求(降低成本)，另一方面还降低了数据丢失的风险。

在一些实施例中，图4所示，本发明存储方法步骤S1中还包括：震动检测模块根据震动数值判断得当前震动等级高于设定的下限阈值且不高于上限阈值时，系统根据预设时间T_{_pr}内震动等级变化大小进行机械硬盘读写工作的停止或继续，具体的：

当预设时间T_{_pr}内的震动等级依时间逐渐递增，且逐渐递增的增幅大于预设最大增幅时，进入步骤S2，即专用文件系统向机械硬盘下达停用指令；否则，机械硬盘继续工作。

举例说明，在预设时间T_{_pr}内的震动等级逐渐递增，如依次为0.45、1.12、2.8、11.2；此时逐渐递增的增幅为10.75，大于预设最大增幅10，则进入步骤S2。又如在预设时间T_{_pr}内的震动等级逐渐递减，依次为11.2、7.1、2.8、1.12；此时机械硬盘继续工作。又如在预设时间T_{_pr}内的震动等级变化依次为1.8、4.5、7.1、2.8；此时机械硬盘继续工作。该方法适用于车辆持续性震动时的处理，即在前震动等级高于设定的下限阈值且不高于上限阈值时具体细化判断是否需要停止机械硬盘工作，从而提高操作的准确性。

本发明存储方案在又一些实施方式中，还包括机械磁盘停止操作的延时处理，如图5所示，所述当预设时间T_{_pr}内的震动等级依时间逐渐递增，且逐渐递增的增幅大于预设最大增幅时，在机械磁盘停止读写之前还包括延时处理，所述延时处理包括下述方法：

当延时时间t_{_delay}内的最大值大于上限阈值，机械磁盘继续停止读写的操作；如当最大值大于上限阈值18时，则判定震动级别过烈，延时时间t_{_delay}过后机械磁盘停止读写。

当延时时间t_{_delay}内仅发生所述震动等级的逐渐递减，且该时间内的最大值小于或等于上限阈值，机械磁盘停止读写操作取消；如逐渐递减的震动级别依次为18、11.2、7.1，上限阈值为18，该延时时间内实际发生了震动减缓的情况，此时，机械磁盘停止读写的操作被取消。

当延时时间t_{_delay}内发生的所述震动等级变化为非逐渐递减的，机械磁盘继续停止读写的操作。

还需要说明的是，该处所述的延时时间不宜过长，以免延误机械磁盘停止时机，也不宜过短，在一些优选方案中，延时时间t_{_delay}为1～3s。

本发明再一些实施方案中还解决了由于熄火时电源突然断电所致的数据丢失，实施方案还包括对主电源供电状态的实时监测，当主电源断开时，备用电源启用，以支撑专用文件系统和数据暂存模块的正常工作。

图6示出了本发明一种车载关键数据安全存储系统，所述系统包括硬件层1、系统软件层2以及应用层3，所述硬件层1至少包括

机械硬盘模块10，被配置为依据系统软件层2指令进行读写工作的停止或重启，在读写工作停止时复位机械硬盘磁头到停留区域；

震动检测模块11，采集车辆行驶过程中的当前震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至系统软件层2；

数据暂存模块12，被配置为在机械硬盘模块10暂停工作期间发生数据写入请求时，写入数据；还被配置为在重新启用机械硬盘时将数据同步到机械硬盘模块10；

所述系统软件层2包括专用文件系统20和操作系统21，所述专用文件系统20配置为将当前震动等级数据对应预设震动应急规则选择是否停止机械硬盘读写；在判断为机械硬盘读写工作停止时，向机械硬盘模块10发送读写工作停止指令，同时向数据暂存模块发12送开启指令；在判断为机械硬盘读写工作重启时，向机械硬盘模块10发送重启指令，并指引数据暂存模块12将数据同步到机械硬盘模块10。

本发明数据暂存模块采用电子硬盘，在一个具体实施例中，如图7所示，所述数据暂存模块包括NANDFLASH存储器和SRAM存储器，以及控制存储器的暂存控制器。所述SRAM存储器是静态存储器，存取数据速度非常快，但掉电后数据不保存，主要用于与硬件数据块同步暂存；所述SRAM存储器作为数据缓存，采用先进先出机制，由暂存控制器将数据缓冲区内的缓冲数据保存到NANDFLASH中；当机械硬盘模块重启时，将NANDFLASH中的数据读出并转存到机械硬盘模块，同时清除NANDFLASH已读出的数据。

在一些实施例中，本发明所述机械硬盘模块10上还可设有减震装置，所述减震装置可以设置在机械硬盘周边或者将机械硬盘包裹，其实施方式可采用现有技术的各种机械硬盘的物理减震方式，在此不做过多描述。

在另一方面，所述震动检测模块11为设置在机械硬盘表面或内部的振动传感器，以便更好的检测机械硬盘所受的震动大小。

图8示出了本发明车载关键数据安全存储系统的另一个实施方式，在上述系统的基础上，该实施例系统的硬件层还包括备用电源模块13，用于在主电源断开时，启用以支撑专用文件系统和数据暂存模块的正常工作。如当车辆熄火导致车辆主电源断开，备用电源模块13供电将SRAM中的数据块能被完整的写入到数据暂存模块12，并正常更新相关索引表，以保证存储数据的结构完整性。

在另一方面，所述专用文件系统还包括延时处理模块，所述延时处理模块被配置为当机械硬盘模块10属于预设震动应急规则中需要延时的情况时，对所述专用文件系统向机械硬盘模块10下达的停止指令进行延时操作，在延时时间内根据震动等级变化再次确认停止指令的是否截停。具体的延时时间内震动等级变化引起的停止指令的截停与否方法在上述安全存储方法中已记载。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车载关键数据安全存储方法，其特征在于，至少包括下述步骤：

S1、震动检测模块实时采集公交车辆行驶过程中的震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至专用文件系统；当等级高于设定的上限阈值时，至步骤S2；当等级不高于上限阈值时，则机械硬盘继续工作；

S2、专用文件系统停止机械硬盘读写，并复位机械硬盘磁头到停留区域，在机械硬盘暂停工作期间如有数据写入请求，则将数据写入到数据暂存模块；

S3、专用文件系统获得的当前震动等级不高于设定的上限阈值时，重新启动机械硬盘，并将暂存区数据同步到机械硬盘中；

步骤S1还包括：震动检测模块根据震动数值判断得当前震动等级高于设定的下限阈值且不高于上限阈值时，系统根据预设时间T_pr内震动等级变化大小进行机械硬盘读写工作的停止或继续，具体的：

当预设时间T_pr内的震动等级依时间逐渐递增，且逐渐递增的增幅大于预设最大增幅时，进入步骤S2；否则，机械硬盘继续工作；其中，在步骤S2中机械磁盘停止读写之前还包括延时处理，所述延时处理包括下述方法：

当延时时间内的最大值大于上限阈值，机械磁盘继续停止读写的操作；

当延时时间内发生所述震动等级的逐渐递减，且该时间内的最大值小于或等于上限阈值，机械磁盘停止读写操作取消；

当延时时间内发生的所述震动等级变化为非逐渐递减的，机械磁盘继续停止读写的操作；

其中，所述延时时间为1~3s。

2.如权利要求1所述的车载关键数据安全存储方法，其特征在于，步骤S2中所述将数据写入到数据暂存模块具体为：将数据暂存模块的SRAM中未保存到硬盘中的数据保存到NANDFLASH中；

步骤S3中所述将暂存区数据同步到机械硬盘具体为：将NANDFLASH的数据读出并转存到机械硬盘中，同时清除NANDFLASH中已读出的数据。

3.如权利要求1所述的车载关键数据安全存储方法，其特征在于，所述方法还包括对主电源供电状态的实时监测，当主电源断开时，备用电源启用，以支撑专用文件系统和数据暂存模块的正常工作。

4.一种应用于权利要求1-3任一项所述方法的车载关键数据安全存储系统，其特征在于，所述系统包括硬件层和软件层，所述硬件层至少包括

机械硬盘模块，被配置为依据系统软件层指令进行读写工作的停止或重启，在读写工作停止时复位机械硬盘磁头到停留区域；

震动检测模块，采集车辆行驶过程中的当前震动数值，将该数值进行震动等级划分，同时将当前震动等级实时上传至系统软件层；

数据暂存模块，被配置为在机械硬盘模块暂停工作期间发生数据写入请求时，写入数据；还被配置为在重新启用机械硬盘时将数据同步到机械硬盘模块；

所述软件层包括专用文件系统和操作系统，所述专用文件系统配置为将当前震动等级数据对应预设震动应急规则选择是否停止机械硬盘读写；在判断为机械硬盘读写工作停止时，向机械硬盘模块发送读写工作停止指令，同时向数据暂存模块发送开启指令；在判断为机械硬盘读写工作重启时，向机械硬盘模块发送重启指令，并指引数据暂存模块将数据同步到机械硬盘模块。

5.如权利要求4所述的车载关键数据安全存储系统，其特征在于，所述数据暂存模块包括NANDFLASH存储器和SRAM存储器，以及控制存储器的暂存控制器；所述SRAM存储器作为数据缓存，采用先进先出机制，由暂存控制器将数据缓冲区内的缓冲数据保存到NANDFLASH中；当机械硬盘模块重启时，将NANDFLASH中的数据读出并转存到机械硬盘模块，同时清除NANDFLASH已读出的数据。

6.如权利要求4所述的车载关键数据安全存储系统，其特征在于，所述机械硬盘模块周边安装有减震装置；或者所述机械硬盘模块包裹有减震装置；

所述震动检测模块为设置在机械硬盘表面或内部的振动传感器。

7.如权利要求4所述的车载 关键数据安全存储系统，其特征在于，所述硬件层还包括备用电源模块，所述备用电源模块用于在主电源断开时，启用以支撑专用文件系统和数据暂存模块的正常工作。

8.如权利要求4所述的车载关键数据安全存储系统，其特征在于，所述专用文件系统还包括延时处理模块，所述延时处理模块被配置为当机械硬盘模块属于预设震动应急规则中需要延时的情况时，对所述专用文件系统向机械硬盘模块下达的停止指令进行延时操作，在延时时间内根据震动等级变化再次确认停止指令的是否截停。

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