CN111124276B - 一种可多模态工作的数据存储系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可多模态工作的数据存储系统及方法，包括电源模块、主控模块、第一存储模块、第二存储模块；电源模块将飞行器上电池提供的一次电源电压进行转换给主控模块、第一存储模块、第二存储模块供电；主控模块接收并缓存待记录数据，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；对外部输入的切换信号进行监测，在收到切换信号之前，将数据信息包送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，将数据信息包送入第二存储模块中进行存储；所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号。本发明提高了数据分析的针对性和有效性。

Description

一种可多模态工作的数据存储系统及方法

技术领域

本发明涉及一种数据通讯领域，特别是一种可多模态工作的数据存储系统及方法。

背景技术

在运载火箭、航天器等飞行器的研制过程中，受航区布站和无线通信多径效应影响，有线传输方式获取的数据可靠性及稳定性明显高于无线传输，数据存储系统以有线传输方式来记录飞行器内部各系统的工作状态参数和环境数据，为评定飞行器的性能和进行故障分析提供依据，对全面评估飞行器各系统性能具有重要意义，因此对数据存储系统的可靠性、安全性、适应性有很高的要求。

常用的数据记录器存储方式为循环记录或单次存储的方式，工作模式单一，容易造成遥测数据的覆盖或有效数据淹没在大量的无效数据之中，在进行数据分析时，选取有效数据的难度大，同时对飞行器在发射之前的准备和测试时间也有严格限制，如果发射前出现异常情况需要排除故障，数据记录器的存储单元存在容量满而丢失后续数据的风险。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种可多模态工作的数据存储系统及方法，提高了数据分析的针对性和有效性，解决了飞行器发射准备时间受约束、飞行器电源系统异常掉电再重新上电后数据被覆盖等一度致命性故障模式。

本发明的技术方案是：一种可多模态工作的数据存储系统，该系统包括电源模块、主控模块、第一存储模块、第二存储模块；

电源模块将飞行器上电池提供的一次电源电压进行转换给主控模块、第一存储模块、第二存储模块供电；

主控模块接收并缓存待记录数据，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；对外部输入的切换信号进行监测，在收到切换信号之前，将数据信息包送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，将数据信息包送入第二存储模块中进行存储；所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号。

所述主控模块包括PCM控制器、接收数据缓存区、待记录数据与存储器工作状态信息编帧器、发送数据缓存区、存储模块控制器，其中：

PCM控制器，以串行方式接收待记录数据，再进行串并转换，得到待记录并行数据；查询接收数据缓存区的工作状态，如果接收数据缓存区未满则允许写入数据，将待记录并行数据送入接收数据缓存区进行缓存；如果接收数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许将待记录并行数据写入接收数据缓冲区，丢弃待记录并行数据；

待记录数据与存储器工作状态信息编帧器，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，包括待机状态、存储状态、读数状态、存储器页地址等信息，将待记录并行数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；查询发送数据缓存区的工作状态，如果发送数据缓存区未满则允许写入数据，将数据信息包送入发送数据缓存区进行缓存；如果发送数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许写入本次数据信息包，丢弃本次数据信息包；

存储模块控制器，查询切换信号，依据是否收到切换信号，在收到切换信号之前，按预设的时序把发送数据缓存区内的数据送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，按预设的时序把发送数据缓存区内的数据送入第二存储模块中进行存储。

第一存储模块采用单次循环存储的工作模式进行存储，具体为：每次上电后从上次断电时待存储的地址处续写功能，且记录的数据容量超过其标称容量后，会自动停止记录。

第二存储模块，采用单次存储工作模式进行存储，具体为：每次上电后均从物理地址的首地址处写入数据，记录的数据容量超过其标称容量后，会自动停止记录。

所述的第一存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，首先定位上次断电时工作于第一存储模块的数据地址，将该地址作为本次写入数据的首地址，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块的工作正常区域，当数据到达第一存储模块的物理地址末地址后，重新跳转至第一存储模块的物理地址首地址继续写入，直至到达第一存储模块的标称容量，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第一存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

所述的第二存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，每次均从第二存储模块的物理地址首地址处开始，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块的工作正常区域，当数据到达第二存储模块的物理地址末地址后，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第二存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

所述主控模块采用FPGA实现。

本发明提供的另一个技术解决方案是：一种可多模态工作的数据存储方法，该方法包括如下步骤：

S1、接收并缓存待记录数据，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；

S2、对外部输入的切换信号进行监测，在收到切换信号之前，将数据信息包送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，将数据信息包送入第二存储模块中进行存储；所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号。

所述第一存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，首先定位上次断电时工作于第一存储模块的数据地址，将该地址作为本次写入数据的首地址，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块的工作正常区域，当数据到达第一存储模块的物理地址末地址后，重新跳转至第一存储模块的物理地址首地址继续写入，直至到达第一存储模块的标称容量，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第一存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

所述的第二存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，每次均从第二存储模块的物理地址首地址处开始，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块的正常工作区域，当数据到达第二存储模块的物理地址末地址后，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第二存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)、本发明提出了存储系统分区工作模式，通过切换信号，实现存储系统存储区域的切换，达到了快速分离起飞前、起飞后遥测数据的目的，提高了数据分析的针对性和有效性，缩短了数据判读时间；

(2)、本发明设计了存储系统内部分区工作机制，通过切换信号触发不同工作模态，解决了飞行器电源系统异常掉电再重新上电后数据被覆盖等一度致命性故障模式；

(3)本发明在数据存储系统的内部多个存储区域，通过采用“从断点地址处续写+起始地址重新覆盖相结合”的记录方式，有效提高测量系统获取数据的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例数据存储系统组成示意图；

图2为本发明实施例主控模块工作流程示意图；

图3为本发明实施例主控模块FPGA软件功能实现示意图；

图4为本发明实施例主控模块数据写入处理序列图；

图5为本发明实施例第一存储模块数据记录模式示意图；

图6为本发明实施例第一存储模块数据记录流程图；

图7为本发明实施例第二存储模块数据记录模式示意图；

图8为本发明实施例第二存储模块数据记录流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明设计了存储系统内部分区工作机制，可以快速获取飞行器点火前、点火后数据，提高了数据分析的针对性和有效性；通过切换信号从第一存储区切换到第二存储区，两个存储区的工作模态不同，解决了飞行器电源系统异常掉电再重新上电后数据被覆盖等一度致命性故障模式；内部多个存储分区通过采用多种存储相结合的记录方式，有效提高测量系统获取数据的可靠性。

如图1所示为数据存储系统组成示意图，由图1可知，一种可多模态工作的数据存储系统，包括电源模块、主控模块、第一存储模块、第二存储模块；其中：

电源模块将飞行器上电池提供的一次电源电压转换为5V，然后给主控模块、第一存储模块、第二存储模块供电；

主控模块采用FPGA作为主控芯片来实现，接收并缓存待记录数据，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；对外部输入的切换信号进行监测，在收到切换信号之前，将数据信息包送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，将数据信息包送入第二存储模块中进行存储；所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号。工作流程图如图2所示。

所述主控模块包括PCM控制器、接收数据缓存区、待记录数据与存储器工作状态信息编帧器、发送数据缓存区、存储模块控制器，其中：

PCM控制器，以串行方式接收待记录数据，再进行串并转换，得到待记录并行数据；查询接收数据缓存区的工作状态，如果接收数据缓存区未满则允许写入数据，将待记录并行数据送入接收数据缓存区进行缓存；如果接收数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许将待记录并行数据写入接收数据缓冲区，丢弃待记录并行数据；

待记录数据与存储器工作状态信息编帧器，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，包括待机状态、存储状态、读数状态、存储器页地址等信息，将待记录并行数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；查询发送数据缓存区的工作状态，如果发送数据缓存区未满则允许写入数据，将数据信息包送入发送数据缓存区进行缓存；如果发送数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许写入本次数据信息包，丢弃本次数据信息包；

存储模块控制器，查询切换信号，依据是否收到切换信号，在收到切换信号之前，按预设的时序把发送数据缓存区内的数据送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，按预设的时序把发送数据缓存区内的数据送入第二存储模块中进行存储。

主控模块的FPGA主控芯片功能通过使用VHDL编程语言来实现PCM控制器、数据缓存、数据编帧、存储模块控制器等功能，软件功能实现示意图如图3所示。主控模块内部数据在写入接收数据缓存区和发送数据缓存区之前，首先对缓存区是否允许写入数据进行判断，如果数据缓存区未满则允许写入数据，数据写入处理序列图如图4所示；

第一存储模块，用于存储主控模块编帧后的数据，采用单次循环存储的工作模式，记录模式示意图如图5所示。具体为：每次上电后从上次断电时待存储的地址处续写，且记录的数据容量超过其标称容量后，会自动停止记录。当到达第一存储模块物理地址的末地址后，跳转至物理地址的首地址继续记录直至标称容量。

第一存储模块数据记录流程图如图6所示，其具体记录方式如下：

数据写入时，首先定位上次断电时工作于第一存储模块的数据地址，将该地址作为本次写入数据的首地址，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入

第一存储模块的工作正常区域，当数据到达第一存储模块的物理地址末地址后，重新跳转至第一存储模块的物理地址首地址继续写入，直至到达第一存储模块的标称容量，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第一存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

第二存储模块，用于存储主控模块编帧后的数据，采用单次存储工作模式，记录模式示意图如图7所示。具体为：每次上电后均以第二存储模块物理地址的首地址为起始地址，数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块直至标称容量，会自动停止记录。

所述的第二存储模块数据记录流程图如图8所示，其具体记录方式如下：

数据写入时，每次均从第二存储模块的物理地址首地址处开始，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块的工作正常区域，当数据到达第二存储模块的物理地址末地址后，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第二存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

电源模块：可将飞行器上电源提供的在24V～32V范围之内的一次电源电压经过EMI滤波及DC/DC模块转换为5V，再经过滤波网络，给主控模块、第一存储模块、第二存储模块供电。

主控模块：采用FPGA作为主控芯片，完成待记录数据接收与缓存、切换信号识别。主控模块内部用软件配置了PCM控制器、接收数据缓存区、待记录数据与存储器工作状态信息编帧器、发送数据缓存区、存储模块控制器。其具体工作流程如下：

第一步，PCM控制器以串行方式接收待记录的数据，内部进行串/并转换，将待记录的数据转化为并行数据输出；

第二步，PCM控制器查询接收数据缓存区的工作状态，如果数据缓存区未满则允许写入数据，数据送入接收数据缓存区进行缓存；如果数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许写入本次数据，丢弃本次数据；

第三步，待记录数据与存储器工作状态信息编帧器获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，包括待机状态、存储状态、读数状态、存储器页地址等信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成信息包；

第四步，待记录数据与存储器工作状态信息编帧器查询发送数据缓存区的工作状态，如果发送数据缓存区未满则允许写入数据，编帧后数据送入发送数据缓存区进行缓存；如果发送数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许写入本次数据，丢弃本次数据；

第五步，存储模块控制器查询切换信号，依据是否收到切换信号，存储模块控制器将数据送入第一存储模块或者第二存储模块。在收到切换信号之前，按预设的时序把发送数据缓存区内的编帧后数据送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，按预设的时序把发送数据缓存区内的编帧后数据送入第二存储模块中进行存储。所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号。

数据存储系统内部配置了互相独立的第一存储模块、第二存储模块。当数据存储系统上电后，第一存储模块、第二存储模块在记录前首先进行存储单元扫描，记录时避开坏道。数据存储系统处于待记录状态时，在收到切换信号之前，数据默认记录在第一存储模块中；在收到切换信号之后，数据存储系统不再响应任何切换指令，数据记录的存储区从第一存储模块跳转至第二存储模块，此后将数据记录在第二存储模块中，直至第二存储模块容量满或者数据存储系统掉电停止工作。

第一存储模块：第一存储模块具备重新加电后从上次断电时地址位置续写功能，记录方式为单次循环存储。第一存储模块上电后首先进行自检，自检过程包括存储单元扫描、定位上次断电时数据记录地址、计算本次上电数据记录地址。

存储单元扫描的目的是获得坏道地址，后续存储时在坏道地址处跳过，不写入数据。

第一存储模块在数据记录器模块写入数据之前，首先擦除一段存储地址数据(变为0xFF)，然后再写入待记录数据。基于这个机理，本发明定位上次断电时数据记录地址方法为：遍历第一存储模块中存储的内容，如果找出连续的一段数据内容为0xFF，那么该段数据存储地址的首地址-1即为本次断电时数据记录地址；所述一段数据要足够多，超过正常记录数据中可能出现连续0xFF的字节数。

计算本次上电数据记录地址的方法为：上次断电时数据记录地址+1。

自检后即处于存储工作状态，其数据记录具体工作流程如下：

第一步，接收主控模块送出的编帧后数据，以自检时计算出的本次上电数据记录地址为起始地址，在到达第一存储模块物理地址的末地址之前，数据按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块，直至到达第一存储模块物理地址的末地址；

第二步，到达第一存储模块物理地址的末地址后，跳转至物理地址的首地址，从首地址处按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块；

第三步，在到达本次上电时数据记录地址之前，数据按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块；

第四步，在到达本次上电时数据记录地址之后，第一存储模块停止记录数据。后续即便主控模块仍旧输出数据，第一存储模块不记录。

第二存储模块：第二存储模块每次重新加电后均从物理地址的首地址处开始记录，记录方式为单次存储。第二存储模块上电后首先进行自检，自检过程包括存储单元扫描、定位物理地址的首地址。自检后即处于存储工作状态，其数据记录具体工作流程如下：

第一步，接收主控模块送出的编帧后数据，以第二存储模块物理地址的首地址为起始地址，在到达物理地址的末地址之前，数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块，直至到达第二存储模块物理地址的末地址；

第二步，在到达第二存储模块物理地址的末地址之后，第二存储模块停止记录数据。后续即便主控模块仍旧输出数据，第二存储模块不记录。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种可多模态工作的数据存储系统，其特征在于：包括电源模块、主控模块、第一存储模块、第二存储模块；

电源模块将飞行器上电池提供的一次电源电压进行转换给主控模块、第一存储模块、第二存储模块供电；

主控模块接收并缓存待记录数据，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；对外部输入的切换信号进行监测，在收到切换信号之前，将数据信息包送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，将数据信息包送入第二存储模块中进行存储；所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号；

所述主控模块包括PCM控制器、接收数据缓存区、待记录数据与存储器工作状态信息编帧器、发送数据缓存区、存储模块控制器，其中：

PCM控制器，以串行方式接收待记录数据，再进行串并转换，得到待记录并行数据；查询接收数据缓存区的工作状态，如果接收数据缓存区未满则允许写入数据，将待记录并行数据送入接收数据缓存区进行缓存；如果接收数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许将待记录并行数据写入接收数据缓冲区，丢弃待记录并行数据；

待记录数据与存储器工作状态信息编帧器，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，包括待机状态、存储状态、读数状态、存储器页地址信息，将待记录并行数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；查询发送数据缓存区的工作状态，如果发送数据缓存区未满则允许写入数据，将数据信息包送入发送数据缓存区进行缓存；如果发送数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许写入本次数据信息包，丢弃本次数据信息包；

存储模块控制器，查询切换信号，依据是否收到切换信号，在收到切换信号之前，按预设的时序把发送数据缓存区内的数据送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，按预设的时序把发送数据缓存区内的数据送入第二存储模块中进行存储；

第一存储模块采用单次循环存储的工作模式进行存储，具体为：每次上电后从上次断电时待存储的地址处续写功能，且记录的数据容量超过其标称容量后，会自动停止记录；

第二存储模块，采用单次存储工作模式进行存储，具体为：每次上电后均从物理地址的首地址处写入数据，记录的数据容量超过其标称容量后，自动停止记录；

当数据存储系统上电后，第一存储模块、第二存储模块在记录前首先进行存储单元扫描，存储单元扫描的目的是获得坏道地址，后续存储时在坏道地址处跳过，不写入数据；

第一存储模块在数据记录器模块写入数据之前，首先擦除一段存储地址数据将其变为0xFF，然后再写入待记录数据，基于这个机理，定位上次断电时数据记录地址方法为：遍历第一存储模块中存储的内容，如果找出连续的一段数据内容为0xFF，那么该段数据存储地址的首地址-1即为本次断电时数据记录地址；所述一段数据为超过正常记录数据中出现连续0xFF的字节数；

计算本次上电数据记录地址的方法为：上次断电时数据记录地址+1。

2.根据权利要求1所述的一种可多模态工作的数据存储系统，其特征在于：所述的第一存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，首先定位上次断电时工作于第一存储模块的数据地址，将该地址作为本次写入数据的首地址，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块的工作正常区域，当数据到达第一存储模块的物理地址末地址后，重新跳转至第一存储模块的物理地址首地址继续写入，直至到达第一存储模块的标称容量，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第一存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

3.根据权利要求1所述的一种可多模态工作的数据存储系统，其特征在于：所述的第二存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，每次均从第二存储模块的物理地址首地址处开始，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块的工作正常区域，当数据到达第二存储模块的物理地址末地址后，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第二存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

4.根据权利要求1所述的一种可多模态工作的数据存储系统，其特征在于所述主控模块采用FPGA实现。

5.基于权利要求1～4任一项所述的可多模态工作的数据存储系统的一种可多模态工作的数据存储方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、接收并缓存待记录数据，获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，将待记录数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；所述第一存储模块、第二存储模块工作状态信息包括待机状态、存储状态、读数状态、存储器页地址信息；

具体为：以串行方式接收待记录数据，再进行串并转换，得到待记录并行数据；查询接收数据缓存区的工作状态，如果接收数据缓存区未满则允许写入数据，将待记录并行数据送入接收数据缓存区进行缓存；如果接收数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许将待记录并行数据写入接收数据缓冲区，丢弃待记录并行数据；

获取第一存储模块、第二存储模块工作状态信息，包括待机状态、存储状态、读数状态、存储器页地址信息，将待记录并行数据与第一存储器、第二存储模块工作状态信息编帧，组成数据信息包；查询发送数据缓存区的工作状态，如果发送数据缓存区未满则允许写入数据，将数据信息包送入发送数据缓存区进行缓存；如果发送数据缓存区已满或者上帧数据正在写入，则不允许写入本次数据信息包，丢弃本次数据信息包；

S2、对外部输入的切换信号进行监测，在收到切换信号之前，将数据信息包送入第一存储模块中进行存储；在收到切换信号之后，将数据信息包送入第二存储模块中进行存储；所述切换信号为飞行器的起飞信号或者模拟起飞信号。

6.根据权利要求5所述的一种可多模态工作的数据存储方法，其特征在于所述第一存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，首先定位上次断电时工作于第一存储模块的数据地址，将该地址作为本次写入数据的首地址，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第一存储模块的工作正常区域，当数据到达第一存储模块的物理地址末地址后，重新跳转至第一存储模块的物理地址首地址继续写入，直至到达第一存储模块的标称容量，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第一存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。

7.根据权利要求5所述的一种可多模态工作的数据存储方法，其特征在于所述的第二存储模块具体记录方式如下：

数据写入时，每次均从第二存储模块的物理地址首地址处开始，此后数据按照物理地址递增的方式依次写入第二存储模块的正常工作区域，当数据到达第二存储模块的物理地址末地址后，停止记录数据，后续即便主控模块仍旧输出数据，第二存储模块不记录，工作正常区域为除去坏道的区域。