一種基于閃存陣列的高清視頻數據記錄儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于大容量存儲技術領域，尤其涉及一種基于閃存陣列的高清視頻數據記錄儀。
【背景技術】
[0002]閃存(Flash Memory)存儲器是一種長壽命的非易失性存儲介質。所謂非易失性，即在斷電的情況下仍能夠保持所存儲的數據信息的特性，這種特性被廣泛應用在個人電腦、數字終端以及相關數據存儲領域。一般而言，Flash存儲器的數據讀寫與刪除等操作不是以單個的字節為單位，而是以區塊為單位進行統一操作，這也決定了 FLASH存儲器不可能像其他SRAM類存儲介質，或者硬盤類存儲般快速隨機訪問。
[0003]目前在高清視頻領域，大容量視頻服務器與存儲設備要求分辨率高、實時性強，處理時間短且性能穩定可靠等傳輸條件。自從2013年5月起，國際電信聯盟推出4K與81(超高清晰電視作為全新規格草案，我們已經邁進了超高清數字視頻時代。但是，傳統流媒體視頻傳輸與播放設備一般仍然采用磁盤或磁盤陣列作為存儲媒介，但磁盤存儲技術體積與重量大，外界溫度與振動性環境要求高等缺點，對于數據移動設備日益發展的高集成度、小型化、使用輕便快捷等需要的今天來說，慢慢無法滿足其發展需要，而此時，基于FLASH固態閃存芯片作為存儲媒質的需求就應運而生，在此背景下，提出一種全新的大容量高速固態閃存陣列存儲方案，以滿足高清乃至超高清視頻傳輸與存儲技術日益更新的發展需求，已是大勢所趨。Flash閃存存儲技術，因為其容量大、寫入與擦除較快，而且總線化程度高，具有較高的集成度而受到廣泛關注與應用，但是其在寫和擦除操作中會產生隨機的壞塊，導致數據讀寫的錯誤，影響了其在相關領域的進一步發展。
【發明內容】
[0004]本實用新型旨在解決上述問題，提供一種安全、可靠、快速、大容量且集成度高的針對高清視頻數據的記錄存儲方案。
[0005]一種基于閃存陣列的高清視頻數據記錄儀，包括視頻數據自適應采集模塊、DMA數據緩存模塊、主控模塊、閃存操作模塊以及閃存陣列、數據卸載模塊，其特征在于:
[0006]還包括壞塊管理模塊；
[0007]所述數據自適應采集模塊與DMA數據緩存模塊相連接；
[0008]所述DMA數據緩存模塊、壞塊管理模塊、數據卸載模塊和閃存操作模塊均與主控模塊相連接；
[0009]所述閃存操作模塊與閃存陣列相連接。
[0010]本實用新型所述壞塊管理模塊包括壞塊信息輸入接口、寫閃存組列表接口、擦除閃存組列表接口和核心運算單元；所述壞塊信息輸入接口、寫閃存組列表接口和擦除閃存組列表接口均與核心運算單元相連接；用于實時接收來自閃存陣列中的實時壞塊信息，使用磨損平衡算法對閃存陣列的壞塊進行實時管理。
[0011]本實用新型所述核心運算單元采用ARM處理器。
[0012]本實用新型所述數據自適應采集模塊由依次電連接的AD采樣單元、邏輯控制單元、和自適應判斷單元組成，用于采集外部高清視頻源傳輸的視頻數據，并根據外部源數據格式的不同進行自動配置與采集格式切換處理。
[0013]本實用新型所述DMA數據緩存模塊由依次電連接的數據封裝單元、DMA控制單元，存儲器接口邏輯單元和存儲器單元組成；所述存儲器為IGbits容量的DDR I I芯片，用于將前端采集到的高清視頻數據按每幀數據量的不同進行容量劃分與封裝，同時做乒乓緩存處理，以供給后級主控模塊做進一步處理。
[0014]本實用新型所述閃存陣列包括若干塊Flash存儲器。
[0015]本實用新型所述Flash存儲器采用Nand Flash存儲芯片。
[0016]本實用新型所述數據卸載模塊由依次電連接的輸出數據并行接口和USB接口控制器組成；用于與PC上位機做高速數據通信，接收上位機指令，將閃存中的視頻數據按順序傳送至上位機或終端設備，所述USB接口為USB3.0接口其串行總線速率最大可達5Gbps，滿足當前需求。
[0017]本實用新型所述主控模塊包括數據流輸入接口、閃存操作接口、壞塊管理接口、數據卸載接口和主狀態機；數據流輸入接口、閃存操作接口、壞塊管理接口、數據卸載接口均與主狀態機電連接。用于管理和控制來自緩存區的視頻數據流，其內部組織為一個大狀態機，根據當前狀態的不同，在進一步控制視頻流數據幀的流向的同時，從閃存操作模塊與壞塊管理模塊中接收信息，為視頻數據流的方向做精確地管理和調度控制。
[0018]本實用新型所述閃存操作模塊包括閃存讀接口、閃存寫接口、壞塊信息通訊接口和讀寫調度模塊；閃存讀接口和閃存寫接口均與讀寫調度模塊電連接。用于對閃存陣列做讀、寫、擦除等底層操作，同時使用專用的信息通道將閃存陣列的使用情況和壞塊等信息實時向主控模塊上報。
[0019]本實用新型所述的一種基于閃存陣列的高清視頻數據記錄儀，通過分布式的管理架構，使得各模塊獨立工作，模塊之間耦合小，最大限度的發揮硬件的性能，提高硬件的執行效率，其中主控模塊僅控制數據流的走向，不參與復雜的運算工作，運算處理從邏輯上來講屬于并行流水線操作，極大地提高了運算速度并降低錯誤與故障機率；壞塊管理模塊進行壞塊管理運算，不占用額外的運算資源與總線開銷，提高了整體的運行速率。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的總體系統架構框圖；
[0021]圖2為閃存陣列操作管控流程圖；
[0022]圖3為閃存芯片組信號連接框圖；
[0023]圖4為DMA數據緩存模塊框圖；
[0024]圖5為主控模塊功能框圖；
[0025]圖6為壞塊管理模塊框圖；
[0026]圖7為閃存操作模塊框圖；
[0027]圖8為數據卸載模塊框圖。
【具體實施方式】
[0028]一種基于閃存陣列的高清視頻數據記錄儀，如圖1所示，包括視頻數據自適應采集模塊、DMA數據緩存模塊、主控模塊、閃存操作模塊以及閃存陣列、數據卸載模塊，其特征在于:還包括壞塊管理模塊；所述數據自適應采集模塊與DMA數據緩存模塊相連接；所述DMA數據緩存模塊、壞塊管理模塊、數據卸載模塊和閃存操作模塊均與主控模塊相連接；所述閃存操作模塊與閃存陣列相連接。
[0029]如圖6所示，所述壞塊管理模塊包括壞塊信息輸入接口、寫閃存組列表接口、擦除閃存組列表接口和核心運算單元；所述壞塊信息輸入接口、寫閃存組列表接口和擦除閃存組列表接口均與核心運算單元相連接；用于實時接收來自閃存陣列中的實時壞塊信息，使用磨損平衡算法對閃存陣列的壞塊進行實時管理。在擦除操作之后，壞塊信息輸入接口接收來自閃存陣列的實時壞塊信息，進入核心運算單元，經過磨損平衡算法之后，實時更新擦除與寫閃存組列表，由相應的接口單元負責與主控建立連接，繼而控制閃存操作模塊對數據進行相應的操作。所述核心運算單元采用ARM處理器。
[0030]所述磨損平衡算法所需硬件連接方式和操作步驟如下:
[0031]1、將閃存芯片的數據總線按需求根據總線寬度分組相連接，如圖3所示；
[0032]2、ALE、CLE、WE、RE按讀寫操作的不同分為兩組連在一起，將CS片選信號按照數據總線的不同進行分組連接；
[0033]3、壞塊管理模塊根據當前壞塊信息和特殊的磨損平衡管理算法維護兩個優先級列表，分別為寫閃存組優先級列表和擦除閃存組優先級列表，這兩個列表羅列出最優化的讀寫順序優先級的閃存組號以供閃存操作模塊對閃存進行操作使用；
[0034]所述接口流水線操作包括寫數據，讀數據，擦除數據幾個步驟:
[0035]寫數據操作流程如下所述:
[0036]1、讀取壞塊管理模塊中的寫閃存優先級列表中的第一個組號，對第一組閃存進行寫操作時，在等待硬件編程的時間片內繼續讀取壞塊管理模塊中的閃存組優先級列表，確定下一個將被寫入的閃存組；
[0037]2、向下一個閃存組寫數據，然后在其等待硬件編程的時間片內，查看讀寫繼續讀取寫優先級列表，確定下一個將被寫入的閃存組，依此類推；
[0038]3、如果第一組閃存編程時間片結束，將第一組閃存號回傳給壞塊管理模塊單元，使其能正常進入寫優先級管理列表鏈；
[0039]讀數據操作流程如下所述:
[0040]1、依次讀取壞塊管理模塊中的寫閃存優先級列表中的組號，按組號進行讀數據操作，在等待讀取的時間片內，讀取閃存優先級列表中的下一個組號，進行下一個讀操作。
[0041]2、依此類推，直到列表中的所有閃存組都已經讀完為止。
[0042]擦除數據是與讀數據操作結束之后自動完成的，其操作流程如下所述:
[0043]1、當讀某一閃存組數據操作完成后，該閃存組號被送入壞塊管理單元，進入擦除閃存組優先級列表，壞