一种小体积高速数据记录器的设计与实现

：
Ｌ半二二 一
９ ｓ ９ ｓ ｉ 高 于 ５ ＭＢ／，设计 中需 以 ５ ＭＢ／ 进行 考虑 。由于
Ｆ Ａ Ｈ芯 片不能 实现对 此速 率数据 的有 效存 储 。因 ＬＳ
此 考 虑对 总线 进行 扩 展 ，利 用 ２片 Ｆａｈ芯 片进 行 ｌｓ 同时存储 ．即只要 单个 Ｆａｈ最 高存 储达 到 ３ ＭＢ ｓ ｌｓ ０ ／ 的数据 时 ， 即可满 足数 据存储 要求 。
型 Ｆａｈ 由 ２个 Ｋ ＷＢ ０ Ｕ Ｍ 芯 片组成 ． 过 ２ ｌ ． ｓ ９ Ｇ８Ｏ 通 个
芯１ 片 匾
页园
…． 匝巫
面圃
芯 ２ Ｉ塾 ！ 型 片 塑 Ｉ苎 堡 些
Ｉ …Ｉ塾 堡 堡 … 塑 ｌ 旦
芯ｓ 片 芯４ 片
匝巫亟垂 匝巫塑垂
…． 匝 二 …・ 匝 二
＞ ｌ
．
譬 坠 亟画 孽 襄 萄 ＨＩ
次任 务要求 中雷 达 回波数据 的突发数 据有 效速率 不
Ｆａｈ芯 片 的读 、 时 钟 周期 最 小 为 ２ ｎ ， ｌｓ 写 ５ ｓ 输入 数 据 变化 周 期远 大 于 Ｆａｈ芯 片 的读 、 时钟 周期 ， 片 ｌｓ 写 单
Ｉ
下发 以及将 数据 写入 页寄存 器 的过程 。在完 成对 第
２ 存 储 芯 片 介 绍 及 遇 到 的 问题
记 录器使 用半 导体 器件作 为存 储介 质 ，具有无 机 械 部件 、 振 动 、 抗 体积 小 、 量轻 、 重 功耗 小 、 度适 温
应 范 围宽等 优点 ，逐渐 成为 飞行器 数据 记 录的主 流
速数据采集。
自化仪 ２（ 动ｓ表０１ １） １ １
■
是 命令 和地址 的输 入端 口。 由于其 是基 于页读 写 、 块
：喜 ｌ 视匾矮 圃 ，甲 ｌ 矧 麟一 晷 Ｉ Ｈ 盟 箱 ＊ 台 Ｉ 群 一 Ｌ ， ／ ｙ ４ ｉ
ｉｎ
擦 除 的工作模 式 ， 令 、 命 地址 和数据 通过 分 时复用来
图 ２ 流 水 线 操 作示 意 图
Ｆｇ． Ｓｃ ｅ ｔ ｉｇ ａ ｏ ｉｅｉｅ ｏ ｅａ ｉｎ ｉ２ ｈ ｍａｉ ｄａ ｒ ｍ ｆｐｐ ｌ ｐ ｒｔ ｃ ｎ ｏ
片选 信 号 （ Ｅ 、Ｅ ） 别 选 择 ２片 Ｋ ＷＢ ＯＵ Ｍ Ｃ ＩＣ ２ 分 ９ Ｇ８０
（ｈｐ １和 ｃ ｉ＃ ） 整 个 器 件 由 ８ ９ ｃ ｉ＃ ｈｐ ２ 。 １ ２个 存 储 块
ＣＨＥ Ｙａ — ｉ ＲＥＮ Ｙｏ —ｅ ｎ ｘ ａ， ｎｇ ｆｎｇ， Ｕ Ｄｏ — ｉ ＬＩ ｎｇｈａ （ ｒｈ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｈｎ ，ｃｅ ｃ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ Ｅｌｃｒｎｃ ｅｔａ ｄ Ｎｏｔ ｉｅｓｔ ｆ Ｃ ｉａ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ ｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔ ｉ ｙ ｏ Ｔ ｓ ｎ Ｍｅ ｓｒｍｅ ｔＬ ｂ ｒｔｒ ， ｙ ａ ｏａｏ ａｕｅ ｎ ａ ｏａｏｙ Ｋｅ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｙ
数据存 储设 备广 泛应用 于雷 达 、 业 自动化 、 工 医 疗卫生、 通信 等各个 行业 之 中。 随着 航天 航空技 术 的 飞速 发展 ， 雷达 技术 向高 分 辨率 、 多级 化 、 频 段 等 多 方 向发 展 ， 达信 息获取 量迅 速增加 。 雷达信 号采 雷 在
集 系统 中 ， 量数据 对存 储系 统造成 很 大的压力 ． 海 这
文 章 编 号 ：０ １ ９ ４２ １）１０ ０ －３ １０ － ４ （０ Ｉ１ —０ ９０ ９
一
种小体 积 高速数 据记录器 的设计 与实现
００５ ） ３ ０ １
车 艳 霞 ， 勇峰 ， 东海 任 刘
（ 中北 大 学 电子 测 试技 术 国家 重 点 实 验 室 仪 器科 学 与 动态 测 试 教 育 部 重 点实 验 室 ， 原 太
摘 要 ： 绍 了一 种 小体 积 、 速 数 据 记 录 器 的 总 体设 计 方 案 采 用Ｆａ 作 为 记 录 器的 存 储 介 高 ｌｈ ｓ
介 质 ， 于其 较 低 的 写入 速 度 不 能 满足 设 计 需求 ， 了解 决记 录 器在 小体 积 下 实现 高速 存 由 为 储 的 关键 问题 ， 出 了四 种 Ｆ ｓ页 编程 的 方 式 ， 算 了各 个 方 式 的 平 均 写入 速 度 最 后 确 提 ｌｈ ａ 估 定 了Ｆａ 采 用 交替 双 平 面 页操 作 方 式 ， 有效 提 高 了存 储 速度 ． 到 了任 务 的 要 求 ｌｈ ｓ 其 达
完成 操 作 ， 以命 令 锁 存 （ Ｌ 和地 址 锁 存 （ Ｅ） Ｃ Ｅ） ＡＬ 来 区分命 令和 地址 。 芯 片 的特 点是 自动 编程操 作 ， 该 即 由 Ｆａｈ芯 片 自动 完成 将载 入 到页 数 据寄 存器 的数 ｌｓ Ｋ ＷＢ ０ Ｕｌ 写 操 作 过 程 中 遇 到 的 问题 ： ９ Ｇ８ Ｍ 本 据写 入到 内部存 储单 元 的编程操 作ｌ ２ ｌ 。
关键 词 ： 高速 存储 ； 录器 ； ］ ｈ 流 水 线 记 Ｆ ａ ； ｓ 中 图分 类 号 ： Ｐ ７ ＋ ２ Ｔ ２４ ． 文 献标 志 码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｎｄ Ｉ ｐ ｅ ｎ ａ ｉ ｎ ｆ ａ Ｓｍａ ｌ ｓｇ ａ ｍ ｌ ｍｅ ｔ ｔｏ ｏ ｌ Ｖｏ ｕｍ ｅ ａ ｄ ｇ ｓ ｅ ｄ Ｄａ ａ Ｒｅ ｏ ｄ ｒ ｌ ｎ Ｈｉ ｈ－ ｐ ｅ ｔ ｃ ｒ ｅ
通 过 对 Ｆａｈ芯 片 页 编 程 的 工 作 原 理 进 行 分 ｌｓ
析 ，发现 导致 它编程 速度慢 的主要原 因是 其 自动编
Ａｂｔ ｃ：ｈｓｐｐｒｐｅｅｔ ｔｅ ｔ ａ ｄｓ ｈ ｐｏｅｔｏ ａ ｓ ａ ｏ ｍ ｎ ｉ － ｐｅ ａ ｅｏｄｒ ｗ ｉｇ ｔ ｓｒ ｔＴ ｉ ａ ｅ ｒ ｎｓ ｈ ｏ ｌ ｅｉ ｒｊ ｆ ｍ ｌ ｖｌ ｅ ａｄ ｈ ｈ ｓｅｄ ｄｔ ｒｃｒｅ ａ ｓ ｔ ｇ ｅ ｌ ｕ ｇ ａ ．Ｏ ｎ ｏ ｎ
３ 关 键 技 术及 Ｆａ ｈ写 入 速 度 分 析 ｌ ｓ
３ １ 流 水线 技术 ．
流 水线 技 术 主要 是利 用 Ｆａｈ在 对 一 页进 行 内 ｌｓ 部 编程 的时候 实 现时 间上 的复用 。如 图 ２所 示流 水
线操 作示 意图 。 ｌ ｈ页编程 操作 可 以分为加 载过 程 Ｆａ ｓ 和 自动编程 过程 。 加载 过程 主要完 成编程 命令 、 址 地
ｌ ｗ ｒ ｗ ｉ ｎ ｐ ｅ Ｆ ａ ｈ ｃ ｎ’ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｉｈ ｅ ｕｒ ｅ ｎ ｓ ｓ ｓｏ ａ ｅ ｏ ｅ ｒ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ． ｌ ｓ ａ ｔ ｔ ｅ ｔｅ ｄ ｓ ｒｑ ｉ ｍｅ ｔ ｇ ｐ ａ ｔｒ ｇ ｍｅ ｉ ｆ ｔ ｅ ｅ ｏ ｄ ｒ ｎ ｒ ｅ ｏ ｏｖ ｄ ａ ｏ ｈ ｒｃ ｒ ｅ ．Ｉ ｏｄ ｒ ｔ ｓ ｌｅ ｔ ｅ ｅ ｕ ｓｉｎ ｏ ｈ ｒｃ ｒ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ｈ ｇ — ｐ ｅ ｔｒ ｇ ｎ ｓ ｌ ｖ ｌ ｍｅ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ ｆｕ ｙ ｎ ｈ ｋ ｙ ｑ ｅ ｔ ｆ ｔ ｅ ｅ ｏ ｄ ｒ ｉ ｌｍｅ ｔ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｓｏ ａ ｅ ｉ ｍａｌ ｏｕ ， ｓ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｒ ｗａ ｓ ａ ｄ ｏ ｈ ｅ ｔ ｔ ｓ ｔ ｅ ｖ ｒ ｇ ｗ ｉ ｎ ｓ ｅ ｄ ｏ ａ ｈ ｒ ｇａ ｓｉ ｅ ｈ ａ ｅ ａ ｅ ｒ ｉ ｇ ｐ ｅ ｆ ｅ ｃ ｐ ｏ ｍ．Ｆ ｎ ｌ ｔｅ ｐ ｐ ｒ ａ ｏ ｔ ｈ Ｆ ａ ｈ’ ａｔｒ ａｅ ａ ｄ ｗｏ ｐ ａ ｅ ｍａ ｔ ｉ ａ ｙ， ａ ｅ ｄ ｐ ｓ ｔ ｅ ｌｓ Ｓ ｌ ｎ ｔ ｎ ｔ － ｌ ｎ ｌ ｈ ｅ ｐ ｇ ｒ ｇａ ， ｕ ｏ ｔ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｍｐ ｏ ｅ ｒ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｅｆ ｃｉｅｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ｅ ｔｓ ｓ ｂ ｏ ． ａ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｄ ｅ ｔ ｈ ｒｇ ａ ｉ ｒｖ ｓ ｗ ｉ ｎ ｐ ｅ ｆ ｔ ｌ ｏ ｒ ａ ｈ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｔ ｅ ｖ ｅ ｎ ｆ ｈ ａ ｋ ｏ ｋ Ｋｅ ｒ ｓ ｈｇ ｔｒ ｇ ；ｒ ｃ ｒ ｅ ；Ｆ ａ ｈ ｉ ｒ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｈ ｓｏａ ｅ ｅ ｏ ｄ ｒ ｌ ｓ ；ｐｐ ｌ ｅ ｉ
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ２ 修 订 日期 ： ０ １ ０ — ０ ２ １ －４ １ ： ２ １－ ７ ２
接 口模块 下传 至上 位机 。记 录器总 体原理框 图如图
１ 示 所
基金项 目： 国家 自然 科学 基 金 项 目 （０ ７ ０ １ ６ ８ １４ ）
作 者 简 介 ： 艳 霞 （９ ８ ）女 ， 读 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向为 总 线 技 术 及 自动 检 测 仪 器 ； 勇峰 （９ ８ ）男 ， 士 ， 授 ， 车 １８ 一 ， 在 研 任 １６ 一 ， 博 教 研 究 方 向为 微 电 路 系 统 、 路 系 统 检 测 与 诊 断 技 术 等 ； 东 海 （９ ２ ）男 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向为 动 态 测 试 、 电 刘 １８一 ， 硕 研 高
在小体 积 下如何 提高存 储速 度 的关 键 问题作 了分析 与计算 ， 给 出了最终 可行 方案 。 并
１ 总 体 设 计 方 案
记 录器 接收来 自信 号源 的视频 一 、 信 号 ， 二路 并
存 储 到相应 的存储 模块 中， 验完毕 后 ， 以根 据地 试 可 面测试 台 的控制命 令将各 个存 储模 块 中的数据 通过
就 需要 一套 容量 大 、体 积小 、重量 轻 的数据存 储ห้องสมุดไป่ตู้系 统 。 本 任 务 书 中 数 据 记 录 器 的外 形 尺 寸 要 求 为 ￣ ０ｘ７ （ ２ ０ ３ ０ ｍｍ） 用 于记 录雷 达视 频 回波 信号 ． ２ ， 共 路， 每路 按 ６ ０ ／ ０ Ｍｂｓ的速率进 行传输 。 文就记 录器 本
ｏ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｉ ｃ ｎ ｅ ａ ｄ Ｄ ｎ ｍ ｃ Ｍｅ ｓｒｍ ｎ ， ｎ ｔ ｆＥ ｕ ａ ｏ ， ａ ｕ ｎ ０ ０ ５ ， ｈｎ ） ｆＩｓ ｕ ｎａ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｙ ａ ｉ ｒ ｔｎ ｅ ａｕｅ ｅ ｔＭｉｉ ｒ ｏ ｄ ｃｔ ｎ Ｔ ｉ ａ ３ ０ １ Ｃ ｉ ｓ ｙ ｉ ｙ ａ
Ｐ Ｏ Ｅ Ｒ Ｍ、Ｅ Ｒ Ｍ、ｌ ｈ Ｍｅｏｙ Ｒ Ｍ、Ｐ Ｏ Ｅ Ｐ Ｏ Ｆａ ｒｒ。由于 Ｎ Ｎ ｓ Ａ Ｄ
环 。这样就 能保证 输入 的数 据被 不 间断地存 人到 存
储 芯 片 中。
型 的 Ｆａｈ Ｍｅ ｏｙ 即非 易失 闪存 芯 片 具 有高 存储 ｌｓ ｍ ｒ ．
密度 、 功耗 、 片 容量 大 、 电数 据 不 丢失 及 抗震 低 单 掉 动性好 等优 点 ，非常适 用 于作数据 记 录器 的基本存 储 介质 【 ” 。 本 文 所 采 用 的 设 计 方 案 中 Ｆａｈ 选 用 ｌｓ Ｋ ＷＢ ０ Ｕ１ 芯 片 ．是单 片 容量 为 ４ Ｂ的 Ｎ Ｎ ９ Ｇ８ Ｍ Ｇ Ａ Ｄ
一
片芯 片 的加载 后 ， 片 １ 入 了大约 ２ ０￣ 自 芯 进 ０ｐ ｓ的
动编 程时 间 ， 在此 期 间立 即对 第二 片芯 片进行 加载 ， 以此类 推 。 当多组 芯 片完成 加载后 。 第一 片 已经完 成 了编 程操作 ，再 次对第 一 片芯 片进行操 作 ，如此 循
方案。 半导 体存储 芯 片有很 多种 类 ， 见 的有 Ｒ Ｍ、 常 Ｏ