[发明专利]一种低功耗大容量存储系统及应用

说明书

一种低功耗大容量存储系统及其应用，属于海洋仪器领域，本发明主要通过构建TF/SD卡矩阵的方式实现低功耗大容量存储系统，其核心是TF/SD卡矩阵控制器。系统通过矩阵控制器将一路SDIO总线扩张至多路，每路SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡。数据写入过程采用时分的方式，由MCU控制同一时刻只选择一个SDIO通道以及该SDIO通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理。数据读取过程则同时选通所有SDIO通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的。

技术领域

本发明属于海洋仪器领域，具体地涉及一种低功耗大容量存储系统及应用。

背景技术

自容式采集设备目前在海洋仪器领域有着广泛的应用。自容式采集设备存储系统的特点是采样数据按序存储，设备回收后批量导出，存储过程要求功耗低，导出过程要求速率高。通常情况下，影响自容式采集设备工作时长的两个主要因素是存储容量和功耗。目前常用的大容量存储介质包括SD/TF卡和硬盘，前者的功耗较低，但是存储容量有限；后者能提供相对较大的存储容量，但是功耗较SD/TF卡高出很多，即便是固态硬盘(SSD)，其功耗仍然会高出一个数量级。另外，常规的嵌入式系统控制器配备的SD/TF接口和硬盘接口有限，受到单个存储器最大容量的限制，存储系统所能达到的最大容量也非常有限。因此，寻找一种同时解决容量和功耗的存储系统，是一个需要迫切解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种低功耗大容量存储系统及其应用。所述系统能够解决在存储容量上的瓶颈，同时只消耗与使用单个SD/TF卡接近的功耗，并且还能提供比使用单个SD/TF卡或者硬盘更高的可靠性。

本发明主要通过构建TF/SD卡矩阵的方式实现低功耗大容量存储系统，其核心是TF/SD卡矩阵控制器。系统通过矩阵控制器将一路SDIO总线扩张至多路，每路SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡。数据写入过程采用时分的方式，由MCU控制同一时刻只选择一个SDIO通道以及该SDIO通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理。数据读取过程则同时选通所有SDIO通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种低功耗大容量存储系统，所述系统包括低功耗MCU，高速接口、TF/SD卡矩阵控制器、SDIO总线、扩张SDIO总线、TF/SD卡；TF/SD卡矩阵控制器控制端连接带SDIO控制器的低功耗MCU；所述系统通过TF/SD卡矩阵控制器将一路SDIO控制器扩张至多路扩张SDIO总线，每路扩张SDIO总线上又同时挂载多张TF/SD卡；数据写入过程采用时分的方式，由低功耗MCU控制同一时刻只选择一个扩张SDIO总线通道以及其对应的该通道上的一张TF/SD卡，其他TF/SD卡则关闭供电，进行低功耗处理；数据读取过程则同时选通所有扩张SDIO总线通道，各个通道的TF/SD卡数据并行输出，以到达快速读取的目的；高速接口通过高速总线连接TF/SD卡矩阵控制器控制端。

进一步，所述的TF/SD卡矩阵控制器，它包括逻辑控制单元、多通道选择开关、SDIO时序单元、错误检测单元、数据汇聚单元、输入输出接口。各部分功能如下：输入输出接口涵盖多种接口协议，为采集数据的输入提供通道；数据汇聚单元负责在读取数据的时候将多个通道的SDIO数据汇聚到一起并行输出到外部高速接口；错误检测单元负责监测TF/SD卡操作过程中的各种异常，并及时向逻辑控制单元汇报当前错误；SDIO时序单元跟踪SDIO数据传输的状态机，识别当前数据传输的方向和进程，并将该信息及时上报；多通道选择开关负责在采集过程中选通某个SDIO通道进行读写操作；逻辑控制单元负责各个模块的协调和控制。矩阵控制器可基于FPGA或者ASIC等低功耗器件设计，确保其工作功耗开销对系统整体功耗不会产生太大的影响。

进一步，高速接口基于包括usb3.0或者PCIE在内的任一高速数据传输协议，负责将数据并行导出上传到上位机，从而实现数据的高速读取。