摘要：介紹了智能儀器中海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法，并設(shè)計(jì)了一種海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。該模塊采用compact flash電子盤實(shí)現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并通過串口通信與各種現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和工控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最后將其應(yīng)用于智能測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)中，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模塊具有很高的可靠性，滿足了使用要求。

    關(guān)鍵詞：海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 電子盤 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 智能測(cè)產(chǎn)

    在一些智能儀器中，經(jīng)常需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)操作。例如，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)中需要采集田地中每一個(gè)采樣點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、產(chǎn)量和濕度等信息。采樣點(diǎn)有成千上萬個(gè)，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，保證這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)是測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題之一。對(duì)基于pc機(jī)的智能儀器，這些數(shù)據(jù)可直接以dos或windows文件的形式存入硬盤；而對(duì)于基于單片機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，則由于系統(tǒng)處理速度慢、沒有操作系統(tǒng)支持和存儲(chǔ)容量小等原因，難以滿足上述要求。通常單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)單元的ram、eeprom或小容量的flash存儲(chǔ)芯片，它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是受尋址空間的限制，不能滿足海量存儲(chǔ)的要求。

    為此本文設(shè)計(jì)了一種海量存儲(chǔ)模塊，它的存儲(chǔ)單元采用大容量電子盤（64mb或更高），也稱cf卡（compact flash card）。cf卡體積小、重量輕、功耗低、容量大、讀寫速度快、機(jī)械性能優(yōu)、硬件兼容性好，非常適合解決野外現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸及大容量存儲(chǔ)的問題。

    該存儲(chǔ)模塊由微處理芯片、擴(kuò)展i/o芯片、電子盤、ide接口以及串行接口電路等組成。它通過串口與外部設(shè)備進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸，通過ide接口實(shí)現(xiàn)對(duì)電子盤的操作，由微處理芯片來協(xié)調(diào)和控制各部分的工作，這樣便構(gòu)成了基于單片機(jī)系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)系統(tǒng)。

    1 存儲(chǔ)模塊的組成結(jié)構(gòu)

    cf卡存儲(chǔ)模塊由串口、微處理芯片、i/o擴(kuò)展芯片、ide接口、電子盤組成。圖1是其組成結(jié)構(gòu)圖。

    1．1 cf卡的結(jié)構(gòu)和讀寫控制

    如圖1所示，微控制器通過82c55a組成的i/o擴(kuò)展電路和ide接口來控制cf卡。由于cf卡與ide（integrated drive electronics）設(shè)備接口具有兼容性，這里ide接口實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了cf讀卡器的功能，完成了50引腳cf卡接口到40引腳標(biāo)準(zhǔn)ide接口的轉(zhuǎn)換。所以借助于該ide接口電路，微控制器讀寫cf卡采用的軟硬件結(jié)構(gòu)與控制ide硬盤完全相同。下面對(duì)ide接口作一簡(jiǎn)單介紹。

    ide接口引腳圖如圖2所示。其中，d（15...0）是數(shù)據(jù)線，gnd為地線，iow、ior分別為寫、讀信號(hào)，reset為復(fù)位信號(hào)，/cs0、/cs1、ha（2...0）為地址信號(hào)，i/o chrdy為驅(qū)動(dòng)器就緒信號(hào)。

    ide接口基于寄存器結(jié)構(gòu)，所有的輸入輸出均通過對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)。表1為在/cs0、/cs1、ha2、ha1、ha0信號(hào)和讀、寫信號(hào)控制下所選擇的寄存器名稱及其地址。

    表1 ide接口寄存器地址

    ide接口的操作時(shí)序?yàn)椋?/p>

    （1）等待驅(qū)動(dòng)器將狀態(tài)寄存器中的bit7(busy位)清零。

    （2）向相關(guān)的寄存器寫操作硬盤所需的參數(shù)，即寫扇區(qū)數(shù)寄存器、扇區(qū)號(hào)寄存器、柱面號(hào)寄存器、磁頭寄存器等。

    （3）向命令寄存器寫命令代碼。

    （4）使中斷使能位有效。

    （5）等待驅(qū)動(dòng)器置dry#，發(fā)中斷請(qǐng)求。

    ide接口有兩種讀寫方式：lba（邏輯塊地址）和chs（柱面/磁頭/扇區(qū)）方式。本模塊使用chs方式。

    1．2 系統(tǒng)硬件組成

    微控制芯片采用51系列的sst89e564rd芯片，該芯片中含有1k的ram（on-chip ram）和64k+8k字節(jié)的內(nèi)置電可擦除存儲(chǔ)器（flash rom），支持在線編程（isp），系統(tǒng)開發(fā)非常簡(jiǎn)便。對(duì)于電子盤的讀寫只能以扇區(qū)為單位，一個(gè)扇區(qū)有512字節(jié)，因此一次讀寫最少要有512字節(jié)。這就要求芯片中要有一個(gè)大于512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，所以采用含有1k內(nèi)存的sst89e564rd芯片是比較合適的，可以