[发明专利]高速大容量固态电子记录器

说明书

技术领域

本发明涉及数据记录器技术领域，特别涉及合成孔径雷达(SAR)、红外、可见光CCD相机、高光谱仪等的原始数据记录器。

背景技术

数据记录器是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)系统的一个重要组成部分。它记录SAR的原始数据和辅助数据(飞参、SAR的状态、控制等信息)。等SAR停止工作时，将数据记录器的数据回放到通用计算机中，以便地面成像处理中心对它们进行精确成像处理，获取高质量的SAR图像。数据记录器除了应用到SAR系统外，还广泛应用于红外、可见光CCD相机、高光谱仪等原始数据记录，高能物理和自动测试设备中，起到了非常重要的作用。以SAR为例，说明随着技术的发展对数据记录器提出的要求。

衡量SAR的几个重要指标是分辨率和测绘带宽等。这两个指标的提高，意味着需要记录的SAR原始数据量成倍增加。所以就SAR这种典型的有效载荷而言，为了满足它日新月异的发展，对原始数据记录器提出了非常严格的要求：

●记录速率：持续记录速率达到300MB/s以上；

●记录容量：达到TB量级；

●在环境适应性方面，能够满足GJB150-1986的要求。

目前主流的数据存储设备使用SCSI磁盘作为存储介质，其工作原理框图如图1所示。外界的高速数据流进入记录器后首先被缓存下来，保证记录器内外数据传输速度的匹配，为内部数据记录作准备。缓存一般使用FIFO实现，FIFO的输入端对应外界输入的数据流，在数据记录时，外界源源不断将数据写入大容量FIFO中；FIFO的输出端由内部控制器控制，在各个磁盘空闲的情况下，数据分发模块将FIFO中的数据读出来，分发到各个数据记录通道中。之所以采用多个通道，主要是考虑到单个磁盘的记录速度是有限的，为了提高整个记录器的记录速度，将多个磁盘并列起来，作为一个磁盘阵，那样就能够极大地提高记录器的记录速度。每个通道主要由SCSI磁盘控制器和SCSI磁盘两个部分组成。SCSI磁盘控制器接收到数据分发模块发过来的数据后，将数据打包，然口按照一定的格式输入到专门的SCSI协议转换器中(常用的芯片有FAS466)，实现通用的数据格式到SCSI协议的转换。转换后的数据流输入到SCSI磁盘中，按照一定的顺序写入到磁盘。整个记录器在核心微控制器的控制下，完成记录器的各种功能。另外，记录器作为一个系统的部件，它与系统主控之间通过串行接口实现通信和控制。

基于SCSI磁盘的记录器通过并行扩展SCSI磁盘极大地提高了记录容量和记录速率。按照图1所示的结构，只要空间和功耗允许，这种记录器能够将记录容量提高到TB量级，记录速率达到GB/s。这种结构能够得到广泛应用的另一个重要原因是开发难度相对简单，成本低廉。不过基于SCSI磁盘的数据记录器也存在一些缺点：

1)抗振动性能差；

2)功耗大；

3)工作温度范围比较窄。

自20世纪90年代以来各航天大国开始研制固态记录器(Solid StateRecorder，简称SSR)。由于SSR使用半导体存储芯片作为存储介质，所以其存储密度高、无转动部件、可靠性高、体积小、重量轻，因而逐渐成为空间飞行器中数据记录器的主流方案。

SSR应用于SAR系统还是2005年以后的事情。随着单片半导体存储芯片的容量增加，成本下降，SSR作为SAR原始数据记录器逐渐成为现实。另外，SSR克服了磁盘记录器的缺点也是其得到重视的重要原因。

半导体存储器件的种类有许多，常见的有DRAM，SRAM，闪存，EPROM和EEPROM等。目前比较实用的存储介质为DRAM和闪存。DRAM的单片容量大，存取速率高，但是需要定时刷新，掉电数据丢失，以及与其他芯片相比较功耗较大等。SSR研究早期，以DRAM为主的大容量固态记录器是主流技术。闪存作为一种新兴的半导体存储器件，以其独有的特点得到了迅猛的发展，已经应用于多个领域。其主要特点有：(1)具有非易失性，掉电时数据不丢失，可靠性高；(2)功耗低，不加电的情况下可以长期保持数据信息；(3)寿命长，可以在工作的情况下进行写入和擦除，标准擦写次数可达十万次；(4)密度大、成本低，存储单元由一个晶体管构成，具有很高的容量密度，且价格也在不断降低；(5)适应恶劣的空间环境，具有抗振动、抗冲击、温度适应范围宽等。从当前的发展来看，单片闪存的容量已经超过了单片DRAM的容量。可以预见，以闪存为主的数据存储设备将会成为主流。

发明内容

本发明的目的是公开一种高速大容量固态电子记录器，解决现有技术存在的问题，达到高速海量记录原始数据。