源自：《電子產品世界》 2010年5月刊
段誌龍1 何佩2
1．北京中科泛華測控技術有限公司開發工程師
摘要：針對當今測試項目中對大量試驗數據的采集與處理的需求，本文設計實現了基於PXIe總線和RAID0磁盤陣列的多通道高速數據采集流盤係統。係統以虛擬儀器技術作為基礎，結合LabVIEW 2009作為開發平台，實現了以最高3.3MS/s采樣率對64通道數據進行連續采樣和實時存盤的功能，同時介紹了TDMS格式在高速數據流盤時的優點，為開發多通道、高采樣率、大量數據實時存盤係統的工程師提供了一套具有可靠性、適應性、靈活性和拓展性的解決方案，具有一定的參考價值。
關鍵詞：PXIe總線 磁盤陣列 數據采集 DAQmx LabVIEW TDMS
1. 引言
隨著測控技術的發展及其應用範圍的不斷擴大，數據采集方法及存儲技術在內容和形式上都發生了巨大的變化。在此過程中，多通道、高gao采cai樣yang率lv以yi及ji大da量liang數shu據ju實shi時shi存cun盤pan的de測ce試shi需xu求qiu對dui現xian有you的de測ce試shi係xi統tong提ti出chu了le挑tiao戰zhan，如ru何he將jiang測ce試shi過guo程cheng中zhong的de大da量liang數shu據ju進jin行xing有you效xiao的de存cun儲chu和he分fen析xi，成cheng為wei工gong程cheng師shi們men首shou先xian要yao考kao慮lv的de問wen題ti。本ben文wen介jie紹shao了le基ji於yuPXIe總線的數據采集卡和RAID0磁盤陣列的組合，並結合LabVIEW 2009作為開發平台，以柔性測試技術為指導，為讀者提供了一個多通道、高采樣率、大量數據實時存儲的數據采集係統的解決方案。
2. 現狀
目前，多通道、高采樣率的數據采集卡市場上普遍存在，這類采集卡會瞬間產生大量的試驗數據，現階段數據的存儲介質以SATA接口硬盤為主，而SATA接口的硬盤又受到係統總線帶寬的限製，如PCI總線為133MB/s，PCIe總線最高為4GB/s，PXIe總線最高為6GB/s。因此，若要構建一個具有可靠性、適應性、靈活性和拓展性的多通道、高采樣率、數據實時存盤的係統，那麼係統總線、數據傳輸方式、係統軟件架構、硬件的技術指標則非常重要。
3. 係統方案
為構建多通道、高采樣率、數據實時存盤測試係統，我們的係統方案從軟件和硬件兩個方麵分別闡述。
3.1 硬件係統
硬件平台以NI的PXI為基礎。PXI平台比較成熟的多通道、高采樣、大量數據存盤的方案是：PXIe數據采集卡+RAID磁盤陣列，此方案最高的數據吞吐量為：400-600MB/s，完全滿足此類係統的構建，確保係統運行的可靠性。
3.2 軟件係統
軟件平台以NI的LabVIEW 20 DAQmx9.0為基礎。LabVIEW 2009中提供了新一代數據存儲格式TDMS 2.0，最高存儲速度為400MB/s，以超強適應性來滿足數據采集過程中瞬間產生的大量數據，確保係統大量數據實時存儲的要求。
3.2.1 軟件架構
軟件架構的高效與否將直接影響到程序的執行效率，得益於多核處理器和LabVIEW的多線程運行機製，工程師可以利用不同的線程完成對輸入信號的采集、處理、存儲的功能，通過提高軟件構架的靈活性來提高程序執行效率，使PXI係統發揮最大的性能。
3.2.2 數據存儲類型
通常在采樣率較小、數據量較小的情況下，可選擇直接讀取DBL數據。而當采樣率較高、數據量較大時，可采用Raw 1D I16或者2D I16的格式讀取測量數據。其中，1D I16占用內存最小，每個采樣點占用2Byte內存，而每個DBL采樣點要占用8Byte內存，因此在數據量較大時，采用I16格式可以顯著減少內存和CPU占用率。兩種格式各有所長，不同情況下均可以發揮優勢，使係統具有超強適應性及靈活性。
3.2.3 數據傳輸機製
采用IRQ或DMA傳輸采集數據可以極大減少CPU的占用率，從而全麵提高係統的性能。
3.2.4 數據存儲方式
通常情況下，係統處理文件操作的API函數分配的緩衝區太小，在讀取大文件時性能較低。依據靈活性原則，在編程過程中，可選用支持“禁用緩衝”模式的API函數，避免軟件流盤速度上的瓶頸。
LabVIEW 2009中支持非緩衝格式流盤的函數有TDMS、二進製以及Win32 API函數，開啟“禁用緩衝”可以顯著提高流盤的速度。
在LabVIEW 2009和DAQmx 9.0平台下，可以利用DAQmx TDMS2.0集成流盤模塊DAQmx Configure Logging(TDMS)，
如圖1所示：
這個API函數效率更高且編程簡單，占用係統資源較少，直接將原始數據的和通道的標定信息從板卡通過DMA方式傳輸至硬盤，最高速度可達1.2GB/s。在采集的過程中，若不需要讀取通道的采樣值，可將本模塊的“操作”選為“記錄”，這樣，采樣值將被直接存儲為TDMS 2.0文件。如此靈活高效的存儲方式，恰如其分地詮釋了柔性測試技術所要求的靈活性。
4. 工程案例
某測試係統可以對係統中的64路信號進行同步采樣，最高可達到3.3MS/s采樣率（所有通道）下的實時存盤，同時還可以300KS/S（所有通道）進行實時數據顯示、存盤。
而PXI硬件係統選用NI的18槽3U PXIe-1075機箱，PXIe-8130控製器、PXIe-6124等，PXIe-6124每通道4MS/s同步采樣速率、16位分辨率、1個獨享模塊至控製器間帶寬的PXIe接口；數據存儲設備選用NI-8262及HDD-8264 組成的RAID0磁盤陣列，最高數據吞吐量可達600MB/s左右。
圖2所示為該係統的軟件主界麵。
同時，該係統為用戶完善通道觸發功能，包括：模擬觸發、數字邊沿觸發、模mo擬ni參can考kao觸chu發fa等deng，以yi滿man足zu不bu同tong情qing況kuang下xia的de各ge種zhong需xu求qiu。此ci外wai，軟ruan件jian采cai用yong狀zhuang態tai機ji框kuang架jia結jie構gou和he模mo塊kuai化hua的de編bian程cheng風feng格ge，便bian於yu軟ruan件jian功gong能neng的de修xiu訂ding和he管guan理li，充chong分fen實shi現xian柔rou性xing測ce試shi技ji術shu所suo要yao求qiu的de靈ling活huo性xing與yu拓tuo展zhan性xing。
程序框圖如圖3所示。
數據采集功能被封裝為功能模塊，通過DAQmx Configure Logging(TDMS) VI將測量數據實時保存至硬盤，減少了CPU及內存的使用率，提高了程序的執行效率，具體實現方法如圖4所示。
5. 結語
本文闡述了多通道、高采樣、實時數據存盤的實現方法及應注意的事項，以大量數據和一個係統實例為依據，深入分析了多通道高速數據采集的可靠性、適應性、靈活性以及拓展性等特點。通過介紹NI TDMS數據存儲格式，為工程師開發多通道、高采樣率、大量實時數據存盤測試係統的實現方法提供了參考。
