CN114116572A - 一种基于PCIe总线的高速流盘系统及方法 - Google Patents

一种基于PCIe总线的高速流盘系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PCIe总线的高速流盘系统及方法，涉及数据采集传输技术领域，该系统包括采集卡、PCIe总线、上位机、RAID控制器和磁盘列阵；采集卡用于采集数据，采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入上位机的内存，再由上位机的CPU将成块的数据搬运到RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机的数据存储容量支持1‑32TByte；支持1‑4通道，1‑3个采集卡；可由QTCapture Lab软件控制采集卡实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。

Description

一种基于PCIe总线的高速流盘系统及方法
技术领域
本发明涉及数据采集传输技术领域，具体而言，涉及一种基于PCIe总线的高速流盘系统及方法。
背景技术
数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
现有技术中，数据采集以及传输速度有待提高。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘系统及方法，以提高数据采集及传输速度。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其包括采集卡、PCIe总线、上位机、RAID控制器和磁盘列阵；上述采集卡用于采集数据，采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入上述上位机的内存，再由上述上位机的CPU将成块的数据搬运到上述RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。
示例性的，上位机的配置为：内存容量16GB，DDR4；支持4个PCIe Gen2 X8插槽；支持所有插槽并行传输数据到PC机内存；系统盘SSD256GB，DVD R/W光驱；采用Supermicro服务器(超威)主板，集成显卡；至强Xeon Quad Core 2.4GHz处理器，预装正版Windows764bit专业版操作系统(SP1)；电源1280W。
这样的系统，允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU 的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4通道， 1-3个采集卡；可由QTCapture Lab软件控制采集卡实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述采集卡设置有：无限点单次触发模块，用于将上述上位机的板载内存虚拟为一个大容量FIFO存储器，允许上述采集卡采集的数据由该FIFO存储器缓冲后连续不断的通过 PCIe总线传输到主机内存或硬盘中。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述采集卡还设置有：无限点多次触发模块，用于将上述上位机的存储空间分成多个存储器子段，可以接收连续触发操作。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述无限点单次触发模块还包括：用于预先设置上述FIFO存储器的容量和实时监测FIFO存储器的状态，并自动启DMA操作，进行数据搬运工作。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述无限点多次触发模块还包括：用于自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段。
第二方面，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘方法，包括以下步骤：采集数据；采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入至上位机的内存；再由上述上位机的CPU将成块的数据搬运到RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述采集数据的步骤包括：将上述上位机的板载内存虚拟为一个大容量FIFO存储器，允许上述采集卡采集的数据由该FIFO存储器缓冲后连续不断的通过PCIe总线传输到主机内存或硬盘中。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述采集数据的步骤还包括：将上述上位机的存储空间分成多个存储器子段，可以接收连续触发操作。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述采集数据的步骤还包括：预先设置上述FIFO存储器的容量和实时监测FIFO存储器的状态，并自动启DMA操作，进行数据搬运工作。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述采集数据的步骤还包括：用于自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段。
本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：
第一方面，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其包括采集卡、PCIe总线、上位机、RAID控制器和磁盘列阵；上述采集卡用于采集数据，采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入上述上位机的内存，再由上述上位机的CPU将成块的数据搬运到上述RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。上位机的配置为：内存容量16GB，DDR4；支持4个PCIe Gen2 X8插槽；支持所有插槽并行传输数据到PC机内存；系统盘SSD256GB，DVD R/W光驱；采用Supermicro服务器(超威)主板，集成显卡；至强Xeon QuadCore 2.4GHz处理器，预装正版Windows7 64bit 专业版操作系统(SP1)；电源1280W。
这样的系统，允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU 的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4通道， 1-3个采集卡；可由QTCapture Lab软件控制采集卡实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
第二方面，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘方法，包括以下步骤：采集数据；采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入至上位机的内存；再由上述上位机的CPU将成块的数据搬运到RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。
这样的方法，可以允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4通道， 1-3个采集卡；可由QTCapture Lab软件控制采集卡实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘系统一实施例的结构框图；
图2为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘系统一实施例中采集卡无限点单次采集的示意图；
图3为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘系统一实施例中采集卡无限点多次采集的示意图；
图4为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘方法的流程图。
图标：1、采集卡；2、上位机；3、RAID控制器；4、磁盘列阵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
经过长期的研究和实践，本申请的发明人发现，现有技术中，数据采集以及传输速度有待提高。鉴于此，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘系统。
请参照图1，图1为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘系统的结构框图。该系统包括：采集卡1、PCIe总线、上位机2、RAID控制器3和磁盘列阵4。
示例性的，上述采集卡1可以是QT11xx系列的采集卡1；示例性的，上位机2的配置为：内存容量16GB，DDR4；支持4个PCIe Gen2 X8插槽；支持所有插槽并行传输数据到PC机内存；系统盘SSD256GB，DVD R/W光驱；采用Supermicro服务器(超威)主板，集成显卡；至强Xeon Quad Core 2.4GHz 处理器，预装正版Windows7 64bit专业版操作系统(SP1)；电源1280W。
上述采集卡1用于采集数据，采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入上述上位机2的内存，再由上述上位机2的CPU将成块的数据搬运到上述RAID控制器3控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵4。
这样的系统，允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU 的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡1连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机2的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4通道，1-3个采集卡1；可由QTCapture Lab软件控制采集卡1实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进一步改进，本实施例与实施例1的区别在于：
请参照图2，图2为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘系统中采集卡1无限点单次采集的示意图。在本发明实施例中，提供无限点单次采集方式。
上述采集卡1设置有：无限点单次触发模块，用于将上述上位机2的板载内存虚拟为一个大容量FIFO存储器，允许上述采集卡1采集的数据由该FIFO存储器缓冲后连续不断的通过PCIe总线传输到主机内存或硬盘中。预先设置上述FIFO存储器的容量和实时监测FIFO存储器的状态，并自动启DMA操作，进行数据搬运工作。采集卡1无限点单次采集结束后，其采集数据长度容许无限长，限制条件为主机的内存容量或硬盘容量。
请参照图3，图3为本发明一种基于PCIe总线的高速流盘系统中采集卡1无限点多次采集的示意图。提供无限点多次采集方式，
上述采集卡1还设置有：无限点多次触发模块，用于将上述上位机2 的存储空间分成多个存储器子段，可以接收连续触发操作。自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段。
无限点单次采集和无限多次采集能够适用于不同的应用场景，内部的工作过程也会不同。无限点单次采集和无限多次采集这2种采集模块。用户可以自由设置触发前采集数据长度和触发后采集数据长度。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上进一步改进，本实施例与实施例1、实施例2的区别在于：
请参照图4，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘方法，包括以下步骤：
S1：采集数据；
上述采集数据的步骤包括：将上述上位机2的板载内存虚拟为一个大容量FIFO存储器，允许上述采集卡1采集的数据由该FIFO存储器缓冲后连续不断的通过PCIe总线传输到主机内存或硬盘中。将上述上位机2的存储空间分成多个存储器子段，可以接收连续触发操作。
上述采集数据的步骤还包括：预先设置上述FIFO存储器的容量和实时监测FIFO存储器的状态，并自动启DMA操作，进行数据搬运工作。用于自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段。
无限点单次采集和无限多次采集能够适用于不同的应用场景，内部的工作过程也会不同。无限点单次采集和无限多次采集这2种采集模块。用户可以自由设置触发前采集数据长度和触发后采集数据长度。
S2：将采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入至上位机2的内存；
DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器3RAID来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。需要说明的是，在实现DMA传输时，是由DMA控制器3RAID直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器3RAID，而在结束DMA传输后，DMA控制器3RAID 应立即把总线控制权再交回给CPU。
S3：再由上述上位机2的CPU将成块的数据搬运到RAID控制器3控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵4。
这样的方法，可以允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡1连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机2的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4 通道，1-3个采集卡1；可由QTCapture Lab软件控制采集卡1实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
综上，第一方面，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其包括采集卡1、PCIe总线、上位机2、RAID控制器3和磁盘列阵4；上述采集卡1用于采集数据，采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入上述上位机2的内存，再由上述上位机2的CPU将成块的数据搬运到上述 RAID控制器3控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵4。上位机2的配置为：内存容量16GB，DDR4；支持4个PCIe Gen2 X8插槽；支持所有插槽并行传输数据到PC机内存；系统盘SSD256GB，DVD R/W光驱；采用Supermicro 服务器(超威)主板，集成显卡；至强XeonQuad Core 2.4GHz处理器，预装正版Windows7 64bit专业版操作系统(SP1)；电源1280W。
这样的系统，允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU 的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡1连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机2的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4通道，1-3个采集卡1；可由QTCapture Lab软件控制采集卡1实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
请参照图4，第二方面，本发明实施例提供一种基于PCIe总线的高速流盘方法，包括以下步骤：采集数据；采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入至上位机2的内存；再由上述上位机2的CPU将成块的数据搬运到RAID控制器3控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵4。
这样的方法，可以允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU的大量中断负载，具有连续的数据记录功能；采集卡1连续采集存储速度可达2.5GByte/s；上位机2的数据存储容量支持1-32TByte；支持1-4 通道，1-3个采集卡1；可由QTCapture Lab软件控制采集卡1实现连续采集存储；数据可按用户指定大小分割成多个文件；用户指定文件名、存储目录；每个数据文件都有配套的配置文件。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其特征在于，包括采集卡、PCIe总线、上位机、RAID控制器和磁盘列阵；
所述采集卡用于采集数据，采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入所述上位机的内存，再由所述上位机的CPU将成块的数据搬运到所述RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。
2.根据权利要求1所述的一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其特征在于，所述采集卡设置有：
无限点单次触发模块，用于将所述上位机的板载内存虚拟为一个大容量FIFO存储器，允许所述采集卡采集的数据由该FIFO存储器缓冲后连续不断的通过PCIe总线传输到主机内存或硬盘中。
3.根据权利要求2所述的一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其特征在于，所述采集卡还设置有：
无限点多次触发模块，用于将所述上位机的存储空间分成多个存储器子段，可以接收连续触发操作。
4.根据权利要求2所述的一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其特征在于，所述无限点单次触发模块还包括：
用于预先设置所述FIFO存储器的容量和实时监测FIFO存储器的状态，并自动启DMA操作，进行数据搬运工作。
5.根据权利要求3所述的一种基于PCIe总线的高速流盘系统，其特征在于，所述无限点多次触发模块还包括：
用于自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段。
6.一种基于PCIe总线的高速流盘方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集数据；
采集的数据经PCIe总线以DMA方式直接写入至上位机的内存；
再由所述上位机的CPU将成块的数据搬运到RAID控制器控制的硬件缓存中，最后存入磁盘列阵。
7.根据权利要求6所述的一种基于PCIe总线的高速流盘方法，其特征在于，所述采集数据的步骤包括：
将所述上位机的板载内存虚拟为一个大容量FIFO存储器，允许所述采集卡采集的数据由该FIFO存储器缓冲后连续不断的通过PCIe总线传输到主机内存或硬盘中。
8.根据权利要求7所述的一种基于PCIe总线的高速流盘方法，其特征在于，所述采集数据的步骤还包括：
将所述上位机的存储空间分成多个存储器子段，可以接收连续触发操作。
9.根据权利要求7所述的一种基于PCIe总线的高速流盘方法，其特征在于，所述采集数据的步骤还包括：
预先设置所述FIFO存储器的容量和实时监测FIFO存储器的状态，并自动启DMA操作，进行数据搬运工作。
10.根据权利要求8所述的一种基于PCIe总线的高速流盘方法，其特征在于，所述采集数据的步骤还包括：
用于自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段。
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