产品概述

本电路模块板卡用于实现大带宽数据流的存储，主要应用于科学仪器、雷达、电子战、卫星通信等领域，典型应用包括实现ADC采样数据流的实时记录、DAC重构数据流的供给、光纤或RapidIO等高速数据接口的数据记录等场景。

本板卡基于标准6U VPX板型，采用单片FPGA直接驱动多达10块mSATA固态硬盘，以简洁、高效、可靠的SOC（片上系统）技术构架实现数据存储功能。板卡对外提供多个数据接口，用户可同时并发操控各个接口，向板卡同时发起多条数据流/多个文件的并行存入或读出。

技术构架

本板卡以Xilinx公司的Kintex7系列芯片XC7K420T为核心处理器，基于片上系统SOC构架驱动10块mSATA固态硬盘，实现了完整的数据存储服务，包括高速数据接口、存储介质驱动、RAID管理、缓存管理、系统调度、文件系统等各项功能。相较于使用通用计算机体系构架实现的存储系统，本产品能以更高的灵活性、更小的体积、更低的功耗实现更高的性能。本板卡另集成一片Xilinx公司的Zynq7系列芯片XC7Z020，用以扩展出千兆网接口，并实现对主芯片XC7K420T的配置管理。本板卡还集成总容量为2GB的DDR3 SDRAM，用以实现数据缓冲。

技术参数

l  板卡结构：

标准6U VPX功能板，支持铝合金外壳风冷/导冷散热，整板功耗小于60W。

l  存储介质：

5块或10块SATA3.0接口mSATA硬盘实现数据的固态存储。

2GB DDR3 SDRAM实现数据的缓冲存储。

l  RAID构架：

硬盘数量：5块或10块 （实际存储容量>8TB）。

RAID模式： RAID0、RAID5、RAID10、RAID50、RAID51。

l  存储性能：

连续写入/读出速率大于2.5GBps，突发写入/读出速率大于6GBps。

l  数据管理：

可基于原始地址模式进行存储和管理，用户直接以绝对扇区地址为参数实现对存储空间的访问，从而可通过主控驱动层软件实现标准文件系统。

可基于本板卡提供的自定义文件系统进行存储和管理，用户以文件ID为参数实现对存储空间的访问，支持文件的建立、删除、命名、信息备注等功能。

l  数据接口：

VPX-P1上定义2组4x SRIO+1组2x SRIO接口，信号线速率可配置。

VPX-P4上定义1路千兆以太网。

前面板定义1路10G SFP光纤接口 + 1路千兆以太网 + 1路串口。

l  适应性

工作温度 -40°~80°，满足车载/机载震动要求。

多指令并发功能  

       本板卡的FPGA IP设计是一套具备多端口、多指令并发执行的复杂逻辑系统。本系统对外提供多达4套独立接口，其典型配置是2路4x RapidIO+1路光纤+1路千兆网，系统同时伺服所有接口，用户的指令及数据可经任意接口通信。本系统可按文件模式管理存储空间，用户存储数据时，只需在数据帧的特定字段标识出文件ID，该数据帧即可追加存入对应的文件，系统最多支持32个独立数据流同时并发对应存入（或读出）32个文件。如下图所示，端口0~端口3并发工作，端口#0同时输入有对应文件0和文件2的数据，标记有不同目的地址（文件）的数据帧进入本系统后被实时自动识别，并被存入不同的文件中，系统同时为各个文件在存储空间内部动态实时分配存储空间。

高可靠性

      本系统采用多种技术手段，为数据存储提供极高的可靠性。1-对外数据接口采用RapidIO协议或以太网协议，通过CRC校验及出错重传机制确保数据正确性；2-本系统的数据缓冲、内部链路均采用ECC纠错保障数据完整性；3-基于DDR3/DDR4内存实现多个缓冲区，只有确认缓存与硬盘之间正确读写后，数据才会从缓冲区移除；4-通过SATA或PCIe(NVMe)接口控制硬盘，使用CRC校验监测错误，发生错误时执行硬盘与缓冲区之间的读写重试操作；5-每5块硬盘为一组以RAID5模式冗余存储，允许任意1块硬盘永久损坏；6-硬盘内部的数据完整性由硬盘厂商保障。

流程样例  

      用户通过标准RapidIO帧或以太网帧与本系统交互，帧的不同字段用以区分不同参数，以RapidIO格式的文件写入指令为例，部分字段示例如下。

      以用户试图向ID=3的文件写入数据为例，如下图，操作流程如下。1-用户发出指令，要求写入ID=3的文件；2-本系统发出回复，同意文件写入；3-用户发出多帧数据，帧中约定字段标识出帧隶属于ID=3的文件；4-5-6用户依次发出多帧数据；7-用户数据发送结束，要求关闭文件；8-本系统回复文件写入完成。

主控软件

      本系统为用户提供运行于Windows平台的示例监控软件，软件通过计算机的千兆网接口与系统硬件互联。软件提供文件操作、硬件状态监测、实时数据监测等功能，可实现文件的建立、删除、格式化、命名、写入、导出等各项功能，可实时监测硬件温度、电压、存储容量、读写速率等各项参数，可使用时域、频谱、瀑布图、能量图等多种形式观察接口和存盘数据，可基于多种频谱触发策略实时分析数据。