文档介绍：大规模网络数据存储系统的设计与实现
摘 要: 传统网络数据存储系统存在各种各样的缺陷,因此设计并实现了大规模网络数据存储系统。该系统通过A/D网络数据采集模块使用A/D变换器转化网络模拟信号为数字信号,传递至FPGA网络数据处理,很容易增加处理时长,但是在当今的网络环境下,使用者无法接受数据响应时间过长的情况,大部分使用者认为,即使数据存储量不断增长,网络数据响应时间也应该不断缩短。在这种要求面前,需要不断优化系统性能,提升数据响应速度。大规模数据越来越多,各种因素导致系统设备存在一定程度的差异性,但是若要在这些设备中保证实时监控和快速管理却困难重重[4]。目前已有的研究表明,软件与硬件的兼容性也存在一定问题,数据存储呈现网络化发展趋势,云技术便是其中的代表,互联网媒介与网络数据存储相融合,有机结合共同存储大规模网络数据[5?7]。
已有研究中显示,大规模网络数据存储系统存在着各种缺陷。使用IP资源存储网络数据设计系统,在对网络数据资源展开存储时使用IP网络管理设备,使用控制手段对要求写入的网络数据做出反应实现网络存储,但是在这种IP资源存储网络数据系统中,IP数据网具有复杂性,系统不具备拓展性,不能满足现今的网络状态和存储需要[8]。传统的多模式下数据并行存储系统,安装多个中央处理器和同一时间下共同运行的硬件,并同时运行各硬件,实行最大化网络数据存储,但是该系统存在过多硬件的问题,会出现混乱分配资源的情况,常常出现数据丢失或存储失败的问题,实际使用时性能并不佳[9?10]。 为了满足日益升高的网络数据存储需求,研究适用于大规模网络数据存储的系统,是目前学界的主要研究方向。为了解决以上系统存在的问题,本文设计并实现了大规模网络数据存储系统。
1 大规模网络数据存储系统的设计
系统结构体系
为实现大规模网络数据存储,要求系统中具备高效网络数据采集模块和容量巨大的存储模块,系统整体架构见图1。
通过图1能够看出,系统主要分为3部分,包括A/D网络数据采集模块、FPGA网络数据接收模块以及FLASH网络数据存储模块。
1) A/D网络数据采集模块
A/D网络数据采集模块承担着采集网络数据的任务,其效率极高, GSPS。
2) FPGA网络数据接收模块
FPGA网络数据接收模块负责接收网络数据,并将各模块的信息交互。该模块分别连接互联网、电脑端、两个DDR2内存条和4个配备同步动态随机存取存储器(ADRAM)的数字信号接收器(DSO),DSO能够处理A/D网络数据采集模块采集到的数据并存储[11]。
3) FLASH网络数据存储模块
FLASH网络数据存储模块连接若干FLASH存储器,即使网络数据存储规模过大时也能够实现良好的存储效果,实用性高,最高存储量能够达到1 024 GB。
系统模块分析
A/D数据采集模块
A/D数据采集模块由A/D转换器、精密放大器、驱动电路和模拟多路转换器组成,具体工作流程见图2。
从图2可以看出,放大器放大模拟多路转换器收集到的模拟信号,可编程器件向A/D转换器提供一个转换控制信号后,A/D转换器将模拟信号转换,使其成为数字信号,传递给逻辑门驱动。
在A/D数据采集模块中,最重要的部分就是A/D转换器,在本文系统中选用深圳友利通电子有限公司提供的24位A/D转换芯片PCM1690DCAR,性能良好。该芯片有暂存/三态输出缓冲器,能够直接连接微处理器总线接口,该芯片内部具备10 V基准电压源、采样保持器(SHA)、时钟源等性能,采样分辨率和采样频率分别为14 bit和110 kHz,包含两种操作模式,分别为单一操作模式和全控制操作模式,支持四种单、双级电压输入。在设计本文系统时,采用的操作模式为单一操作模式,输入电压选择单级电压[12?13]。
FLASH数据存储模块
系统中FLASH数据存储模块包含两部分芯片,分别是NAND512W3A与XC3S1600E,由意法半导体公司和XILINX公司提供。A/D数据采集模块采集网络数据后传递至FPGA网络数据接收模块,再由FLASH数据存储模块存储,FLASH模块与返回的信号和片选信号实现模块控制。外围设备采集的数据与FLASH操作地址分别存储在数据存儲空间和地址存储空间。FLASH数据存储模块结构图见图3。
FLASH数据存储模块与FPGA网络数据接收模块相连部分包含:状态信号线、I/O接口、锁存信号线。其中状态信号线包含状态位信号([CF])与片选信号([DK]);锁存信号线包含读使能([UK])、写使能([CK])、指令