基于U盘高速串行数据记录器设计

【摘要】现代化航天事业的飞速发展要求应用于其中的数据存储设备具备存储高速数据和海量数据的能力,特别是在对GPS导航数据的存储方面。在调研当前存储测试技术发展动态及学习掌握USB传输协议、FAT文件系统的基础上,结合数据存储技术、USB总线技术及MFC程序上位机软件开发技术,本文提出了一种以AVR系列单片机ATmega128控制USB接口芯片CH376读写U盘数据,添加FPGA控制读写大容量Flash数据作为高速数据缓冲以实现脱离计算机存储高速串行数据至U盘功能的设计方案,其数据为两路波特率均为460800bps的422总线串行数据。采用现场数据存储、事后通过计算机读取U盘的方式获取数据,并使用自行开发的上位机软件对数据进行分析。U盘高速串行数据记录器主要由大容量数据缓冲和单片机读写U盘模块构成,相对于传统的U盘读写设计方案,其关键技术及创新点有：(1)首次以U盘作为高速串行数据记录器的存储介质,应用于飞行参数数据记录器系统中。数据遵循FAT文件系统格式,采用“日志式”文件管理办法以文件形式存储,可通过回事后收U盘并由计算机直接读取,具备标准的USB2.0接口,数据存储容量为8GB,并可通过更换大容量的U盘而升级,U盘数据写入速度可达到64Kbps,可记录两路波特率为460kbps的串行数据,单次数据记录时间可达40小时,能够处理的数据最大输入速度为156KBps,存储可靠性高。(2)具有Flash数据断点续存功能。设计了专门的掉电检测电路,以MAX709作为掉电检测电路的核心器件,在系统电源电压欠压或因故切断时,掉电检测电路及时反馈掉电信息,采用VHDL语言编写断点地址保护程序,实现Flash数据断点续存的功能,在一定程度上减小了因电源故障带来的损失。(3)具有抗强冲击、防静电功能的结构设计。针对U盘数据记录器工作环境的特殊性,保护结构选用金属材料以达到静电屏蔽作用,带有推拉式U盘槽保护结构的设计保证电路在工作过程中U盘连接稳定,从而使数据存储可靠。由MFC编程的上位机软件对测试数据处理、分析,验证了该设计方案的可行性。
【作者】冉自博；
【导师】张斌珍；马游春；
【作者基本信息】中北大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】U盘；FPGA；单片机；

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