一种低功耗大容量存储系统及应用技术方案

一种低功耗大容量存储系统及其应用，属于海洋仪器领域，本发明专利技术主要通过构建TF/SD卡矩阵的方式实现低功耗大容量存储系统，其核心是TF/SD卡矩阵控制器。系统通过矩阵控制器将一路SDIO总线扩张至多路，每路SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡。数据写入过程采用时分的方式，由MCU控制同一时刻只选择一个SDIO通道以及该SDIO通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理。数据读取过程则同时选通所有SDIO通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗大容量存储系统及应用
本专利技术属于海洋仪器领域，具体地涉及一种低功耗大容量存储系统及应用。
技术介绍
自容式采集设备目前在海洋仪器领域有着广泛的应用。自容式采集设备存储系统的特点是采样数据按序存储，设备回收后批量导出，存储过程要求功耗低，导出过程要求速率高。通常情况下，影响自容式采集设备工作时长的两个主要因素是存储容量和功耗。目前常用的大容量存储介质包括SD/TF卡和硬盘，前者的功耗较低，但是存储容量有限；后者能提供相对较大的存储容量，但是功耗较SD/TF卡高出很多，即便是固态硬盘(SSD)，其功耗仍然会高出一个数量级。另外，常规的嵌入式系统控制器配备的SD/TF接口和硬盘接口有限，受到单个存储器最大容量的限制，存储系统所能达到的最大容量也非常有限。因此，寻找一种同时解决容量和功耗的存储系统，是一个需要迫切解决的难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种低功耗大容量存储系统及其应用。所述系统能够解决在存储容量上的瓶颈，同时只消耗与使用单个SD/TF卡接近的功耗，并且还能提供比使用单个SD/TF卡或者硬盘更高的可靠性。本专利技术主要通过构建TF/SD卡矩阵的方式实现低功耗大容量存储系统，其核心是TF/SD卡矩阵控制器。系统通过矩阵控制器将一路SDIO总线扩张至多路，每路SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡。数据写入过程采用时分的方式，由MCU控制同一时刻只选择一个SDIO通道以及该SDIO通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理。数据读取过程则同时选通所有SDIO通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种低功耗大容量存储系统，所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。进一步，所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、数据汇聚单元、输入输出接口。各部分功能如下：输入输出接口涵盖多种接口协议，为采集数据的输入提供通道；数据汇聚单元负责在读取数据的时候将多个通道的SDIO数据汇聚到一起并行输出到外部高速接口；错误检测单元负责监测TF/SD卡操作过程中的各种异常，并及时向逻辑控制单元汇报当前错误；SDIO时序单元跟踪SDIO数据传输的状态机，识别当前数据传输的方向和进程，并将该信息及时上报；多通道选择开关负责在采集过程中选通某个SDIO通道进行读写操作；逻辑控制单元负责各个模块的协调和控制。矩阵控制器可基于FPGA或者ASIC等低功耗器件设计，确保其工作功耗开销对系统整体功耗不会产生太大的影响。进一步，高速接口基于包括usb3.0或者PCIE在内的任一高速数据传输协议，负责将数据并行导出上传到上位机，从而实现数据的高速读取。进一步，低功耗MCU负责对TF/SD卡矩阵控制器的实际时序操作以及扩张SDIO总线通道的选择。本专利技术还提供一种所述系统的应用。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)大容量存储通常情况下，SDIO接口和硬盘接口都只能挂载一个设备，并不支持设备扩展，所以系统所能达到的存储容量非常有限。本系统搭建的SDIO矩阵将单路SDIO总线扩展至N+K路，每路扩展SDIO总线上可挂在M张TF/SD卡，因此系统支持的TF/SD卡总共为M*(N+K)张，只要扩张SDIO总线的路数足够多，系统的存储容量就可以足够大，而且不存在理论上限。(2)写入过程低功耗传统的存储方式下，TF/SD卡的功耗虽然低，但容量十分有限，如果采用硬盘，容量有所扩大，但是功耗势必增加很多。在系统中，针对自容式应用的特点，同一时刻只会操作一张TF/SD卡，因此其他的TF/SD卡都可以下电，另外高速接口部分只用于数据读取，工作过程完全下电，由于矩阵控制器部分的功耗非常有限，整个系统的功耗基本与单卡功耗接近。(3)高可靠性在传统系统中，由于只有单个存储设备，一旦出现设备异常，数据存储就无法继续进行，严重的可能发生数据完全丢失。在本系统中，存储单元由很多相同的TF/SD卡组成，很容易在结构上形成备份的关系。系统在设计时预留N个通道用于主卡，K个通道用于备卡，一旦在对某张卡的写入过程中出错，可以非常快速的切换启用备卡，从而可以有效避免数据丢失所造成的的灾难性后果。(4)读取过程高速率相对于单TF/SD卡系统，由于SDIO总线的速率有限，因此数据导出的过程相对缓慢。本系统的矩阵控制器具备数据汇聚单元，在读取数据时可以通过逻辑控制同时选中所有扩张SDIO总线通道上的TF/SD卡，使其数据并行输出，与传统的单卡系统相比，数据导出的速率可大大提高，其速度上限可逼近所选取的高速传输接口。附图说明图1低功耗大容量存储系统架构；图2TF/SD卡矩阵控制器结构。具体实施方式下面通过某次海上实验来对本专利技术的技术方案作进一步解释，但本专利技术的保护范围不受实例任何形式上的限制。实施例1一种低功耗大容量存储系统，如图1所示,所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；如图2所示,所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、数据汇聚单元、输入输出接口。各部分功能如下：输入输出接口涵盖多种接口协议，为采集数据的输入提供通道；数据汇聚单元负责在读取数据的时候将多个通道的SDIO数据汇聚到一起并行输出到外部高速接口；错误检测单元负责监测TF/SD卡操作过程中的各种异常，并及时向逻辑控制单元汇报当前错误；SDIO时序单元跟踪SDIO数据传输的状态机，识别当前数据传输的方向和进程，并将该信息及时上报；多通道选择开关负责在采集过程中选通某个SDIO通道进行读写操作；逻辑控制单元负责各个模块的协调和控制。矩阵控制器可基于FPGA或者ASIC等低功耗器件设计，确保其工作功耗开销对系统整体功耗不会产生太大的影响。高速接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低功耗大容量存储系统，其特征在于所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗大容量存储系统，其特征在于所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志国，姜莹，顾荷炎，刘保华，于凯本，于盛齐，宗乐，张晓波，
申请(专利权)人：国家深海基地管理中心，国家海洋局第一海洋研究所，杭州锐讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37