基于ide硬盤(pán)的數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)研究

1、長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文基于IDE硬盤(pán)的數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)研究姓名：李川申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師：劉智20080401摘要近年來(lái)做為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的硬盤(pán)，接口智能化程度越來(lái)越高，容量不斷增大，體積不斷變小，并可脫離系統(tǒng)主機(jī)，控制起來(lái)比較方便，已經(jīng)受到人們的普遍重視。在許多以單片機(jī)為核心的持續(xù)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)中，利用嵌入式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字相機(jī)輸出圖像在硬盤(pán)中的直接、快速，穩(wěn)定、連續(xù)存儲(chǔ)和讀取，對(duì)于數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)的小型化和大容量具有重要的意義，同時(shí)也可對(duì)其它以圖像存儲(chǔ)為目的的系統(tǒng)提供參考方案。本設(shè)計(jì)介紹了一種基于單片機(jī)（）控制的（集成驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備）硬盤(pán)高速數(shù)字圖像采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)

2、，提出了采用乒乓方式對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)控制以提高系統(tǒng)存儲(chǔ)速度，并按照文件格式進(jìn)行記錄，縮短了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理周期，為系統(tǒng)快速分析、處理目標(biāo)提供依據(jù)，這樣從根本上解決了存儲(chǔ)、速度、記錄圖像信息完整性三者之間的矛盾。此方案已經(jīng)調(diào)試成功，實(shí)現(xiàn)了占用較少的單片機(jī)資源，卻能比較方便的控制硬盤(pán)進(jìn)行穩(wěn)定實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能，而存入硬盤(pán)內(nèi)部的數(shù)據(jù)能以文件的格式在電腦中識(shí)別打開(kāi)和做相應(yīng)的處理。本設(shè)計(jì)有較大的擴(kuò)展使用空問(wèn)，在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)和實(shí)際的生活當(dāng)中都有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像存儲(chǔ)文件格式模式，：長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的碩士學(xué)位論文，基于硬盤(pán)的數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)研究是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下

3、，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：蕉！塑年三月望日長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意長(zhǎng)春理工大學(xué)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)長(zhǎng)春理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：劌指導(dǎo)導(dǎo)

4、師簽名：鯊年三月互日年月型日第一章緒論§數(shù)字圖像存儲(chǔ)的意義隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)碼相機(jī)、圖像掃描儀日漸普及，由此生成的圖像文件容量不斷增加，將文件，圖像等數(shù)據(jù)信息孤立、永久的存儲(chǔ)于數(shù)碼相機(jī)等采集裝置或某一臺(tái)電腦中，顯然是不可能，也不現(xiàn)實(shí)的；過(guò)量的圖像文件需要備份以騰出硬盤(pán)空間，數(shù)據(jù)文件有的需要外傳，有的資料需要共享，還有預(yù)防誤操作和病毒攻擊而必須備份等等。在做好大量圖像數(shù)據(jù)文件安全、妥善存儲(chǔ)的同時(shí)，如何方便快捷的在電腦之間、電腦與外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)文件也備受關(guān)注。因此，具備一兩種以上適合自已需要的數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)方式和傳輸途徑非常重要。由于圖像信息具有信息量豐富、直觀生動(dòng)等特點(diǎn)，所以對(duì)圖

5、像信息進(jìn)行深入分析和處理是進(jìn)行科學(xué)研究和工程應(yīng)用的有效手段。隨著高幀頻、大陣列圖像傳感器的出現(xiàn)，使我們有能力觀察到快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的姿態(tài)、軌跡，尤其是特定階段的瞬間變化，這為我們獲取更多的圖像信息，進(jìn)行更深入精確的研究提供了先決條件。在當(dāng)今的信息社會(huì)中，高速圖像存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用將體現(xiàn)在國(guó)家發(fā)展中的軍事、民用、醫(yī)學(xué)、科研等各個(gè)領(lǐng)域，諸如：空間觀測(cè)、海洋開(kāi)發(fā)、氣象分析、城市規(guī)劃、醫(yī)療設(shè)備、軍事偵察和目標(biāo)測(cè)量等。但是，能否把這種大信息量的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)完整的保存下來(lái)，是現(xiàn)在圖像存儲(chǔ)任務(wù)面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，因此，實(shí)現(xiàn)高速圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。§數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)的歷史提到圖像存儲(chǔ)，人們自然想到

6、與生活息息相關(guān)的攝錄像設(shè)備，比如錄像機(jī)、照相機(jī)等，這類設(shè)備簡(jiǎn)單實(shí)用，被廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和科技科研領(lǐng)域。但這類設(shè)備由于面向需求對(duì)象不同以及其工作原理和結(jié)構(gòu)及材料的限制，僅僅能滿足慢速圖像的攝錄，而無(wú)法捕獲目標(biāo)瞬間變化的特性，達(dá)不到高速攝錄的要求。下面簡(jiǎn)單介紹一下圖像存儲(chǔ)發(fā)展的歷史：電影的誕生開(kāi)創(chuàng)了以膠片記錄圖像的紀(jì)元。以膠片這種形式記錄，可以實(shí)現(xiàn)很好的圖像質(zhì)量要求，同時(shí)高速攝影機(jī)的出現(xiàn)，也使膠片記錄在速度上取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。但是，由于膠片記錄是以感光材料的曝光來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以要想使影像再現(xiàn)，必須要經(jīng)過(guò)膠片沖洗這一步驟，而膠片的沖洗不僅需要專門(mén)的設(shè)備，而且沖洗的周期也長(zhǎng)。為了達(dá)到高質(zhì)量的沖洗效

7、果，需要采用性能優(yōu)良的沖洗設(shè)備，而這樣的設(shè)備一般成本較高。因此，膠片記錄雖然可以實(shí)現(xiàn)高速記錄，同時(shí)也完整的保存了原始圖像信息，但是膠片沖洗時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法達(dá)到快速再現(xiàn)圖像的目的，不能滿足在事后快速看到記錄的圖像并迅速進(jìn)行處理的時(shí)間要求，使得整個(gè)事后處理周期長(zhǎng)，延緩了工作進(jìn)程。在數(shù)據(jù)保存方面，膠片的保存時(shí)間、占用空間都無(wú)法同現(xiàn)在的磁盤(pán)記錄或者光盤(pán)記錄相媲美。所以這種圖像存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足包括科學(xué)研究、資源普查、軍事技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用要求，人們?yōu)榱擞脠D像及時(shí)地傳遞各種信息，便開(kāi)始了對(duì)圖像處理技術(shù)的研究。然而，圖像處理技術(shù)的真正發(fā)展還是在本世紀(jì)年代以后，一方面是由于受到航天技術(shù)發(fā)展的刺激：

8、另一方面，也是由于做為圖像處理重要工具的數(shù)字計(jì)算機(jī)和不同類型的數(shù)字化儀器及顯示器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在各種圖像處理技術(shù)中，圖像的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)技術(shù)一直是大家都非常關(guān)注的技術(shù)，是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。自從電腦在我們的生活和科技領(lǐng)域的應(yīng)用普及之后，圖像的存儲(chǔ)方式發(fā)生了重大的變化，許多基于電腦而產(chǎn)生的存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生：軟盤(pán)，用傳統(tǒng)的英寸軟盤(pán)進(jìn)行拷貝，是較早開(kāi)始使用的、以軟驅(qū)支持的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。普通軟盤(pán)的缺點(diǎn)是：存儲(chǔ)容量太小，讀寫(xiě)速度慢，磁盤(pán)易損壞，可靠性差。這種方式，適合暫時(shí)拷貝攜帶一點(diǎn)、文字文件和少量壓縮格式、幾百（千字節(jié)）大小的數(shù)字圖像文件。存儲(chǔ)盤(pán)，以為代表包括、等在內(nèi)的各種大容量?jī)?chǔ)存裝置，都需要專用

9、的驅(qū)動(dòng)器。是磁光盤(pán)，屬于傳統(tǒng)磁盤(pán)技術(shù)與光技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，大小類似于傳統(tǒng)的英寸軟盤(pán)，可存儲(chǔ)從幾百至數(shù)千的數(shù)據(jù)文件。其優(yōu)點(diǎn)是：小巧易帶，讀取快、耐擦寫(xiě)、壽命長(zhǎng)、安全性好，對(duì)環(huán)境要求低。不過(guò)，由于設(shè)備接口不兼容，通用性差，加上沉重的電源盒、連接器顯得繁瑣麻煩，盤(pán)片成本價(jià)格高，所以不能普及，使用者較少，產(chǎn)品在市場(chǎng)上也不多見(jiàn)。這種方式，僅適合部分對(duì)存儲(chǔ)有較高質(zhì)量要求的專業(yè)用戶。閃存，（）是一種長(zhǎng)壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息）的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位，區(qū)塊大小一般為到。閃存是電子可擦除只讀存儲(chǔ)器（）的變種，與閃存不同的是，它能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪

10、除和重寫(xiě)而不是整個(gè)芯片擦寫(xiě)，這樣閃存就比的更新速度快。由于其斷電時(shí)仍能保存數(shù)據(jù)，閩存通常被用來(lái)保存設(shè)置信息，如在電腦的（基本輸入輸出程序）、（個(gè)人數(shù)字助理）、數(shù)碼相機(jī)中保存資料等。另一方面，閃存不像（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）以字節(jié)為單位改寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此不能取代。閃存卡（）是利用閃存（）技術(shù)達(dá)到存儲(chǔ)電子信息的存儲(chǔ)器，一般應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)，掌上電腦，等小型數(shù)碼產(chǎn)品中做為存儲(chǔ)介質(zhì)，所以樣子小巧，有如一張卡片，所以稱之為洲存卡。根據(jù)不同的生產(chǎn)廠商和不同的應(yīng)用，閃存卡大概有卡、卡、卡、卡、（記憶棒）、卡和微硬盤(pán)這些閃存卡雖然外觀、規(guī)格不同，但是技術(shù)原理都是相同的。硬盤(pán)：將圓形的磁性盤(pán)片裝在一個(gè)方的密封盒子里，有了硬

11、盤(pán)之后，人們使用計(jì)算機(jī)就方便多了，不但可以把數(shù)據(jù)處理結(jié)果存放在硬盤(pán)中，還可以把很多輸入到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤(pán)中，使得這些數(shù)據(jù)可以反復(fù)使用，避免了重復(fù)勞動(dòng)。移動(dòng)硬盤(pán)，它也是以硬盤(pán)為存儲(chǔ)介質(zhì)，由筆記本硬盤(pán)和硬盤(pán)盒組成，強(qiáng)調(diào)便攜性的存儲(chǔ)產(chǎn)品。目前，主流移動(dòng)硬盤(pán)是以英寸的臺(tái)式機(jī)硬盤(pán)和英寸的筆記本硬盤(pán)為基礎(chǔ)，只有很少部分用英寸的微型硬盤(pán)。其中英寸的硬盤(pán)尺寸寬、重量大，缺乏特殊防震設(shè)計(jì)，攜帶也不方便，但有價(jià)格和容量?jī)?yōu)勢(shì)；英寸硬盤(pán)抗震性能好，尺寸、重量都較小，在移動(dòng)硬盤(pán)中應(yīng)用最多：英寸硬盤(pán)目前價(jià)格太高，無(wú)法普及。移動(dòng)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模式與標(biāo)準(zhǔn)硬盤(pán)相同，采用或高效的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，支持即插即用和熱插拔，性能穩(wěn)

12、定，能夠以較高的速度與系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。移動(dòng)硬盤(pán)提供的、等巨大的存儲(chǔ)空間，基本上滿足了需求。這種方式，合適大量數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)備份、在家用、辦公電腦之間拷貝傳輸之用。光盤(pán)，現(xiàn)在普及的刻錄機(jī)，能刻錄和兩種光盤(pán)。一張標(biāo)稱容量的空白盤(pán)片可以有效刻寫(xiě)，一張容量的盤(pán)片可以有效刻寫(xiě)。盤(pán)片價(jià)格稍責(zé)一些，雖然是可反復(fù)擦寫(xiě)，但有一定的使用次數(shù)和壽命，一旦用舊了，讀和寫(xiě)都面臨困難，此外盤(pán)片只能用于刻錄機(jī)，普通光驅(qū)對(duì)此不認(rèn)。盤(pán)片每張成本很低，用它刻錄的最大優(yōu)勢(shì)在于存儲(chǔ)容量永無(wú)限量，還能一份復(fù)制多份，能被普通光驅(qū)讀認(rèn)，不足是不能編輯修改，刪除數(shù)據(jù)后騰不出有效空間，用于數(shù)據(jù)交換顯得有些浪費(fèi)。磁盤(pán)陣列自面世以來(lái)，應(yīng)用非常廣

13、泛，技術(shù)也很成熟，目前已經(jīng)發(fā)展到第七代，但在圖像采集系統(tǒng)中，現(xiàn)成的卻難以應(yīng)用，原因是現(xiàn)在產(chǎn)品化的都是基于總線的，不能脫離笨重的計(jì)算機(jī)，專門(mén)開(kāi)發(fā)存在很大的難度【。§數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)的現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得用攝像機(jī)開(kāi)始大量的普及，許多數(shù)字圖像采集設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展迅速。比較典型的產(chǎn)品如法國(guó)公司的系統(tǒng)：（）系統(tǒng)組成：一臺(tái)使用的標(biāo)準(zhǔn)總線工控機(jī)（配備一塊美國(guó)公司圖像采集卡和一塊卡）；一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工控磁盤(pán)陣列箱（容量最小，最大）；（）系統(tǒng)平臺(tái)：操作系統(tǒng)；圖像來(lái)源：可接標(biāo)準(zhǔn)黑白攝像機(jī)、彩色攝像機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和高幀頻攝像機(jī)；圖像規(guī)格：最高分辨率×（黑白），（幀秒）

14、；圖像位數(shù)：；連續(xù)記錄時(shí)間：最長(zhǎng)小時(shí)。但是，基于計(jì)算機(jī)的圖像記錄系統(tǒng)仍有以下不足：第一，要想實(shí)現(xiàn)圖像的記錄則必須要經(jīng)過(guò)圖像采集這一過(guò)程，圖像采集由專門(mén)的圖像采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)；經(jīng)過(guò)采集過(guò)后的圖像數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)讀入到系統(tǒng)內(nèi)存，然后計(jì)算機(jī)再將系統(tǒng)內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)讀出寫(xiě)到存儲(chǔ)的硬盤(pán)上。整個(gè)過(guò)程經(jīng)過(guò)了計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線和系統(tǒng)的內(nèi)存，二者將采集和最后的存儲(chǔ)連接起來(lái)。由此可以看出，數(shù)據(jù)是兩次經(jīng)過(guò)系統(tǒng)總線和系統(tǒng)內(nèi)存，即包括一次寫(xiě)入一次讀出，耗時(shí)較多；第二，現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)大多為多任務(wù)的。操作系統(tǒng)的多任務(wù)性就存在任務(wù)調(diào)度的問(wèn)題，這樣在任務(wù)調(diào)度的過(guò)程中，必然存在某一任務(wù)被暫時(shí)掛起的情況。硬盤(pán)直寫(xiě)技術(shù)也得到了越來(lái)越多的

15、應(yīng)用。如北京伊甸公司推出的單片機(jī)控制直寫(xiě)移動(dòng)硬盤(pán)的產(chǎn)品（，），它可實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)硬盤(pán)（格式）的讀寫(xiě)操作，對(duì)移動(dòng)硬盤(pán)的容量無(wú)限制，主要功能如下：，檢測(cè)移動(dòng)硬盤(pán)的狀態(tài)（如接入，拔出）；，創(chuàng)建文件和目錄；，打開(kāi)一個(gè)已經(jīng)創(chuàng)建的文件和目錄；，從文件中讀取指定長(zhǎng)度和指定位置的數(shù)據(jù)；，寫(xiě)數(shù)據(jù)到指定文件的指定地址；，列舉目錄下的文件和目錄；，刪除文件和且錄；，查詢?nèi)萘亢褪Ｓ嗫臻g。但它的讀寫(xiě)速度受到單片機(jī)速率等方面的限制，僅達(dá)到；每秒，已經(jīng)不滿足現(xiàn)在需要設(shè)計(jì)的需要。還有的采用壓縮編碼算法，減少數(shù)據(jù)量再進(jìn)行記錄。當(dāng)今圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展非常快，如對(duì)于局部圖像可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損壓縮，還原后圖像逼真如初，這對(duì)于某些應(yīng)用方面（如圖

16、像傳輸、影視視頻、可視電話、醫(yī)用影像處理等）已經(jīng)可以滿足需要，但是對(duì)于精密測(cè)量設(shè)備來(lái)說(shuō)，采用壓縮方法存儲(chǔ)復(fù)雜背景下的目標(biāo)圖像，會(huì)損失一些細(xì)節(jié)和精度，并且?guī)?lái)算法上的復(fù)雜，不利于硬件實(shí)現(xiàn)。§數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域、可視對(duì)講系統(tǒng)：可以將來(lái)客的圖像記錄存儲(chǔ)，以備主人查看；可用于現(xiàn)有的可視對(duì)講系統(tǒng)升級(jí)改造。高檔可視門(mén)鈴，當(dāng)客人按下門(mén)鈴按鈕時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄一幅客人的圖像，當(dāng)主人回家后可以隨時(shí)調(diào)閱。主人發(fā)現(xiàn)門(mén)口有可疑人員時(shí)，可以手動(dòng)錄像，便于公安部門(mén)取證。、周界監(jiān)控系統(tǒng)：可以在報(bào)警的同時(shí)記錄下入侵者的圖像，可以在一些場(chǎng)合替代錄像機(jī)，節(jié)省成本。一般超市已經(jīng)安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，只要加入開(kāi)發(fā)的存儲(chǔ)

17、模塊，當(dāng)出現(xiàn)可疑人員時(shí)，收銀員可以手動(dòng)或者遙控進(jìn)行拍照錄像，使竊賊或違章偷吃者，在圖象證據(jù)面前無(wú)話可說(shuō)。、家用報(bào)警系統(tǒng)：可以與現(xiàn)有的家庭報(bào)警器配合使用，增加一個(gè)攝像頭，就可在報(bào)警的同時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像，為用戶提供圖像資料。、停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)：可以與裝設(shè)在停車(chē)場(chǎng)出入口的攝像機(jī)及地感線圈配合，一旦有汽車(chē)進(jìn)入（或駛出）時(shí)，就可以將車(chē)牌和車(chē)型捕捉存儲(chǔ)，以便保安辨認(rèn)，有利于提高系統(tǒng)的性能，降低成本。、視頻儀器設(shè)備：可與視頻醫(yī)療儀器或生產(chǎn)線用視頻檢測(cè)儀器配合使用，用于存儲(chǔ)所需的圖像。、視頻圖像信號(hào)源：可做視頻圖像信號(hào)源，應(yīng)用在生產(chǎn)線的每個(gè)工位，減輕企業(yè)購(gòu)買(mǎi)儀器的費(fèi)用。、監(jiān)控拍照錄放器：是中小型監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)取代硬

18、盤(pán)錄像機(jī)的理想換代產(chǎn)品，可用于防范出租車(chē)、中小巴士、私家車(chē)、長(zhǎng)途汽車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)輛防盜防劫需要。、其它場(chǎng)合：需要暫時(shí)存儲(chǔ)圖像的應(yīng)用場(chǎng)合。自動(dòng)錄像取證系統(tǒng)，在重要場(chǎng)合，配合防盜報(bào)警系統(tǒng)及人體紅外探測(cè)器或者微波人體探測(cè)器、振動(dòng)傳感器，可實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)警情時(shí)自動(dòng)錄像多幅，有效取證。§系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案目前根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，獲得圖像存儲(chǔ)的相關(guān)研究工作成果，可以為本設(shè)計(jì)的具體工作提供明確的方向指導(dǎo)。利用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像的存儲(chǔ)，其性價(jià)比很高，不僅存儲(chǔ)的容量大，而且掉電后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，還可以加上相應(yīng)的文件系統(tǒng)，處理速度雖然不是很快，但是在音頻和一般的數(shù)據(jù)記載應(yīng)用還是比較廣泛，但是一的數(shù)據(jù)總線是位的寬度，

19、而硬盤(pán)接口是位的寬度，這樣就需要外擴(kuò)一個(gè)來(lái)完成傳輸，無(wú)形中在硬件電路設(shè)計(jì)中就增加了一定的難度，且一旦出現(xiàn)新的存儲(chǔ)要求，系統(tǒng)可擴(kuò)展性不強(qiáng)。還有基于以及，的嵌入式系統(tǒng)等，一些目前比較先進(jìn)的處理器，也實(shí)現(xiàn)了控制硬盤(pán)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的存儲(chǔ)，有些甚至做出了在操作系統(tǒng)下的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)，這些設(shè)計(jì)的傳輸速率不容置疑，甚至可以達(dá)到，而且系統(tǒng)穩(wěn)定，可擴(kuò)展性很強(qiáng)，但是價(jià)格方面的確有些讓人難以接受，少則上千，多則上萬(wàn)，與所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品比較其性價(jià)比不高。因此，根據(jù)本設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)圖像傳感器輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的硬盤(pán)存儲(chǔ)。其主要需要滿足的指標(biāo)是下表中圖像傳感器的具體參數(shù)：表相機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)圖像傳感器圖像傳感器分辨率×標(biāo)準(zhǔn)圖像取景方

20、式旁軸式光學(xué)取景存儲(chǔ)器攝影范圍厘米以上幀速幀秒電壓重量及尺寸××系統(tǒng)配置，內(nèi)存根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況，圖像傳感器秒鐘傳輸幀圖像，其圖像分辨率為像素，所以，在本設(shè)計(jì)中決定選用內(nèi)部晶振為的做為控制器實(shí)現(xiàn)控制硬盤(pán)進(jìn)行存儲(chǔ)的功能。兼有和一些高級(jí)處理器，的優(yōu)點(diǎn)，既可滿足設(shè)計(jì)需要，價(jià)格還比較低廉。本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是要完成對(duì)圖像傳感器所采集的圖像迸行實(shí)時(shí)有效的硬盤(pán)存儲(chǔ)功能，根據(jù)上表主要有三個(gè)技術(shù)指標(biāo)需要著重考慮：第一，硬盤(pán)存儲(chǔ)的速率足夠快，且不能出現(xiàn)丟幀；第二，要有足夠的存儲(chǔ)容量，能滿足所要求的存儲(chǔ)時(shí)間：第三，不能丟失圖像信息。從容量上看，目前硬盤(pán)的容量可以做的很大（如單塊硬盤(pán)可以達(dá)到），故

21、存儲(chǔ)容量上不存在問(wèn)題。從不能丟失圖像信息的角度來(lái)看，雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了很多好的圖像壓縮算法，但是任何壓縮算法的采用不僅存在運(yùn)行算法的耗時(shí)，更重要的是壓縮會(huì)造成圖像信息的丟失。因此，綜合分析，本設(shè)計(jì)采用無(wú)壓縮的圖像存儲(chǔ)方式。從滿足存儲(chǔ)速度方面，需要考慮以下幾點(diǎn)：首先，由于從圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)是不問(wèn)斷的送給硬盤(pán)，但是硬盤(pán)要將數(shù)據(jù)寫(xiě)到盤(pán)片上，存在尋道所經(jīng)歷的磁頭移動(dòng)、讀內(nèi)部緩存等許多問(wèn)題，硬盤(pán)本身的存儲(chǔ)和傳感器傳輸圖像所經(jīng)歷的時(shí)間不是等間隔的，因此需要將圖像傳感器傳輸過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)先通過(guò)一個(gè)合適大小的存儲(chǔ)器，用來(lái)將數(shù)據(jù)做緩存處理以便協(xié)調(diào)圖像數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)速度之間的差異。為了實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的快速有效雖無(wú)丟

22、失的存儲(chǔ)，緩沖存儲(chǔ)器采用乒乓方式。乒乓方式的存儲(chǔ)器組成方式多種多樣可以采用兩片進(jìn)行交替的存儲(chǔ)，也可以采用進(jìn)行乒乓存儲(chǔ)，考慮到本設(shè)計(jì)的設(shè)備要求以及難度，雖然在進(jìn)行乒乓存儲(chǔ)時(shí)會(huì)占用很多的管腳，硬件設(shè)計(jì)有些麻煩，但是在編程上卻比較容易實(shí)現(xiàn)，所以采用了兩片的乒乓存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)采用的是兩組存儲(chǔ)器（型號(hào)）乒乓緩存，一組用于接收發(fā)送的數(shù)據(jù)，另外一組存儲(chǔ)器與硬盤(pán)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，這樣交替工作，可以保證不丟失數(shù)據(jù)。對(duì)于硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，在大部分時(shí)間內(nèi)寫(xiě)數(shù)據(jù)到盤(pán)片上的速度要快于圖像傳感器輸出數(shù)據(jù)的速度，所以，在原理上來(lái)講，選擇大容量的緩沖存儲(chǔ)器可以彌補(bǔ)在極短時(shí)間內(nèi)寫(xiě)數(shù)據(jù)到盤(pán)片上的速度慢于圖像傳感器輸出數(shù)據(jù)的速度的缺陷，這樣

23、有助于提高存儲(chǔ)速度。綜上所述，本設(shè)計(jì)擬采用的圖像采集裝置是圖像傳感器，緩存采用兩個(gè)的乒乓結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)設(shè)備為希捷公司生產(chǎn)的的硬盤(pán)，控制器為單片機(jī)，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件電路，整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)的整體電路，主要由三個(gè)模塊構(gòu)成：圖像傳感器外圍電路、存儲(chǔ)電路、單片機(jī)控制及接口電路。復(fù)雜可編程邏輯器件能夠以譯碼的方式產(chǎn)生各級(jí)控制信號(hào)，控制，兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制芯片的復(fù)位并選擇工作方式，獲得的圖像傳輸給外部存儲(chǔ)器；外部存儲(chǔ)器，采用的是片，因?yàn)橛脖P(pán)的數(shù)據(jù)寬度是位，的數(shù)據(jù)寬度是位，故我們需要將兩個(gè)存儲(chǔ)器按數(shù)據(jù)擴(kuò)展的方式連接，將兩個(gè)存儲(chǔ)器的地址、讀寫(xiě)控制和使能端都接在一起，就可以將它們作為一

24、個(gè)位數(shù)據(jù)寬度的存儲(chǔ)器來(lái)用了。這樣連接之后形成了兩組存儲(chǔ)器，這兩組存儲(chǔ)器用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)的乒乓讀寫(xiě)；存儲(chǔ)器和硬盤(pán)之間的數(shù)據(jù)通道通過(guò)分時(shí)選通，以避免數(shù)據(jù)總線沖突。§本設(shè)計(jì)主要研究目的及研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)直接控制硬盤(pán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同幀頻的數(shù)字圖像，尤其是對(duì)高幀頻數(shù)字圖像進(jìn)行快速有效的存儲(chǔ)，這樣可以以最簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)傳輸路徑，最大的硬盤(pán)工作速度實(shí)現(xiàn)數(shù)掘存儲(chǔ)：再根據(jù)特定文件格式的要求，在存儲(chǔ)時(shí)直接記錄成操作系統(tǒng)能認(rèn)知的文件格式，這樣事后對(duì)圖像的分析處理更加快捷、方便。如此以來(lái)，就可以較好的解決存儲(chǔ)、速度、圖像信息完整性和方便快捷之間的矛盾，為相關(guān)科學(xué)研究和工程應(yīng)用的研究提供全面、詳細(xì)的圖像數(shù)據(jù)資料。

25、與此同時(shí)，能夠把研究成果應(yīng)用于有關(guān)的工程項(xiàng)目中，使之成為一個(gè)獨(dú)立的、具有良好適應(yīng)性的功能單元在工程中發(fā)揮作用。利用器件對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行直接脫機(jī)管理，利用硬盤(pán)大容量存儲(chǔ)的有利條件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)，可以使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擺脫笨重的微機(jī)，而同時(shí)可以做到數(shù)據(jù)的高速度、大容量、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，還可以研究開(kāi)發(fā)相應(yīng)的多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品，如實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等等?；谝陨夏康?，本研究的主要內(nèi)容如下：硬盤(pán)的基本特性參數(shù)和接口方式的研究。針對(duì)硬盤(pán)的具體參數(shù)，比如磁頭技術(shù)，接口技術(shù)等進(jìn)行主要的研究。單片機(jī)對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)的控制方法和接口方式。主要是針對(duì)扇區(qū)的讀寫(xiě)操作，以及用何種傳輸方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸

26、，比較方式和方式的不同以及優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定用的傳輸模式。數(shù)字圖像在硬盤(pán)中的存儲(chǔ)讀取技術(shù)。了解國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)字圖像存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，發(fā)掘硬盤(pán)存儲(chǔ)的前景，掌握用何種技術(shù)可以有效的實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像在硬盤(pán)中的存儲(chǔ)，研制出有效的硬盤(pán)存儲(chǔ)實(shí)體。分析文件系統(tǒng)，掌握在文件系統(tǒng)下文件的存放格式。數(shù)字相機(jī)的構(gòu)建技術(shù)，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)給予客觀的預(yù)測(cè)。第二章硬盤(pán)結(jié)構(gòu)和接口標(biāo)準(zhǔn)隨著社會(huì)信息化程度的提高以及科研生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提出了更高的要求，從而推動(dòng)了存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展。隨著盤(pán)片技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，目前硬盤(pán)的種類也是日新月異，在這種情況下出現(xiàn)了各種各樣的硬盤(pán)存儲(chǔ)方式。利用機(jī)普遍配置的硬盤(pán)構(gòu)件的存儲(chǔ)系統(tǒng)，它

27、的總線傳輸速率可達(dá)，持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸有，價(jià)格便宜，容量很大，在數(shù)字相機(jī)圖像存儲(chǔ)的領(lǐng)域是可以滿足要求的。采用的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（）硬盤(pán)，總線傳輸速率為，持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率為。但是其價(jià)格相對(duì)較高，而且在市面上不易買(mǎi)到，開(kāi)發(fā)時(shí)還需要專門(mén)的協(xié)議控制器。存儲(chǔ)器具有不需要電池維護(hù)，掉電后數(shù)據(jù)仍然不會(huì)丟失的特點(diǎn)，目前已逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)生產(chǎn)的芯片不但容量增大了，而且數(shù)據(jù)寫(xiě)入和擦除僅需電壓即可，最重要的是由于與普通硬盤(pán)相比它以“電子轉(zhuǎn)動(dòng)”取代了普通硬盤(pán)讀寫(xiě)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)方式，使硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度達(dá)到了前所未有的高度，但就目前而言其價(jià)格也隨著讀寫(xiě)速度在成倍的增長(zhǎng)?？ㄈ萘看?，體積小，讀寫(xiě)速度快，可與多種電腦操作系統(tǒng)平

28、臺(tái)兼容，結(jié)實(shí)耐用，可多次讀寫(xiě)。另外，它支持和兩種電源，耗電量小，在斷電后數(shù)據(jù)依然能夠保存，是一種很好的存儲(chǔ)載體。從存儲(chǔ)容量、讀寫(xiě)速度和單位成本還有系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度諸方面綜合考慮，認(rèn)為將硬盤(pán)做為存儲(chǔ)介質(zhì)有很大的優(yōu)勢(shì)，所以本設(shè)計(jì)選用希捷公司生產(chǎn)的的硬盤(pán)做為存儲(chǔ)介質(zhì)。下面將對(duì)硬盤(pán)本身及其接口特性做進(jìn)一步的了解。§硬盤(pán)結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)一直以來(lái)，硬盤(pán)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要的存儲(chǔ)設(shè)備，在融合各種先進(jìn)接口技術(shù)的同時(shí)，隨著磁記錄設(shè)備制造工藝的提高而飛速發(fā)展。通過(guò)在加快數(shù)據(jù)傳輸速率、縮短搜尋時(shí)間、增加緩存容量，以及提高系統(tǒng)處理器速度、不斷提升操作系統(tǒng)的性能、提高接口速度、改進(jìn)微碼算法和更快的執(zhí)行系統(tǒng)啟動(dòng)等需求方

29、面做出不懈的努力，硬盤(pán)無(wú)論是在存儲(chǔ)容量還是存儲(chǔ)速度上不斷突破傳統(tǒng)的理論極限。硬盤(pán)技術(shù)由公司首先發(fā)明的，這可以追溯到年，當(dāng)時(shí)公司向世界展示了第一臺(tái)容量只有的磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)（），雖然容量只有，但是它卻由個(gè)直徑為英寸（約為）的磁盤(pán)組成，看起來(lái)笨重，而且速度很低，但是畢竟開(kāi)創(chuàng)了磁盤(pán)存儲(chǔ)的先河。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，硬盤(pán)技術(shù)已經(jīng)朝著體積更小、速度更快、容量更大的方向不斷發(fā)展著。硬盤(pán)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)信息化進(jìn)程。一、組成從外觀來(lái)看，硬盤(pán)由一個(gè)四方形密閉金屬方形盒，即總成（，磁頭磁盤(pán)總成）和在金屬方形盒底部的電路板組成。用于提供讀寫(xiě)磁頭的定位（），讓讀寫(xiě)頭的前進(jìn)后退有固定的地方，并將磁盤(pán)表面雜亂無(wú)章的磁

30、場(chǎng)磁化，成為可以識(shí)別的數(shù)據(jù)磁場(chǎng)；電路板主要提供兩個(gè)功能：第一，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)信號(hào)，來(lái)改變磁盤(pán)表面的磁介質(zhì)，使之磁化磁場(chǎng)表面的磁場(chǎng)，第二就是提供所有機(jī)械零件所需要的控制信號(hào)。從內(nèi)部來(lái)看，硬盤(pán)主要由磁盤(pán)、盤(pán)片主軸、主軸馬達(dá)、磁頭、音圈馬達(dá)、磁頭驅(qū)動(dòng)臂等組成。所有的磁盤(pán)都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸即盤(pán)片主軸；數(shù)據(jù)存放在磁盤(pán)上，磁盤(pán)是以鋁合金或者玻璃陶瓷為基片，并覆蓋一層極薄磁介質(zhì)而形成的。磁頭是一個(gè)類似唱片播放機(jī)中唱針的設(shè)備，其操作原理是將電場(chǎng)轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)。例如，寫(xiě)入操作的過(guò)程如下：磁頭主要的信號(hào)產(chǎn)生方式，是利用電流信號(hào)通過(guò)讀寫(xiě)線圈，將上面的磁介質(zhì)磁化之后，就會(huì)有磁場(chǎng)從磁隙中流出

31、來(lái)，讓磁盤(pán)上感應(yīng)媒介質(zhì)的磁性層產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而將數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)。主軸馬達(dá)用來(lái)帶動(dòng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)，提供磁頭飛行所需的空氣浮力，同時(shí)將磁盤(pán)移到讀取頭的下方，讓需要存取的扇區(qū)能被磁頭讀取，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的操作。硬盤(pán)讀取時(shí)，磁頭只會(huì)進(jìn)行往復(fù)式的移動(dòng)，換句話說(shuō)，磁頭的移動(dòng)只是一維空間的直線移動(dòng)而已。要讀取數(shù)據(jù)，還要靠著磁盤(pán)的移動(dòng)，也就是主軸馬達(dá)的移動(dòng)。因此要負(fù)責(zé)將磁頭移至磁盤(pán)上正確的磁道，就需要一個(gè)馬達(dá)來(lái)做往復(fù)式的移動(dòng)，這就是音圈馬達(dá)的作用。二、低級(jí)格式化低級(jí)格式化的目的，是將磁盤(pán)劃分為柱面、磁道和扇區(qū)。磁道（）：硬盤(pán)加電正常工作后，磁盤(pán)由主軸馬達(dá)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，磁頭在音圈馬達(dá)的作用下沿磁盤(pán)徑向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)磁頭停在一個(gè)位

32、置時(shí)，磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，磁頭就在磁盤(pán)表面畫(huà)出一個(gè)圓形軌跡，這個(gè)圓形軌跡稱為磁道。隨著磁頭的徑向移動(dòng)，磁盤(pán)就被畫(huà)出許多封閉的同心圓形磁道，磁道從磁盤(pán)外緣開(kāi)始編號(hào)，起始號(hào)為。扇區(qū)（）：磁盤(pán)上的每個(gè)磁道被劃分為許多弧段，弧段之間有間隔，這些弧段稱為扇區(qū)。扇區(qū)也進(jìn)行編號(hào)，起始號(hào)為，每個(gè)磁道分成扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是字節(jié)。在對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行訪問(wèn)的過(guò)程中，扇區(qū)是最小的訪問(wèn)單元，即對(duì)硬盤(pán)的每一次數(shù)據(jù)操作，其數(shù)據(jù)塊的大小必須是一個(gè)扇區(qū)容量的整數(shù)倍，最小為一個(gè)扇區(qū)，即字節(jié)。柱面（）：硬盤(pán)一般由多張重疊的磁盤(pán)組成，每個(gè)磁盤(pán)都被劃分成數(shù)目相等的磁道，具有相同編號(hào)的磁道形成一個(gè)圓柱，這就是硬盤(pán)的柱面。每個(gè)磁盤(pán)上有多少個(gè)磁

33、道，也就有多少個(gè)柱面，柱面的編號(hào)和磁道編號(hào)相同。磁頭（）：一張磁盤(pán)有兩個(gè)盤(pán)面，每個(gè)盤(pán)面都有一個(gè)讀寫(xiě)磁頭，將盤(pán)面進(jìn)行編號(hào)，起始號(hào)為，磁頭的編號(hào)和盤(pán)面的編號(hào)相同。三、尋址方式硬盤(pán)有兩種尋址方式：一為物理尋址，即尋址，也是磁頭，柱面，扇區(qū)尋址（尋址）。在此方式下對(duì)硬盤(pán)訪問(wèn)時(shí)，和硬盤(pán)控制器對(duì)參數(shù)不作任何轉(zhuǎn)換。這是早期硬盤(pán)訪問(wèn)所采取的方式，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；另外就是邏輯尋址方式，即（）尋址方式。在這種方式下，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是以連續(xù)序列的通過(guò)邏輯塊編號(hào)尋址的區(qū)段組成。在這種情況下，主機(jī)不必知道硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的物理幾何結(jié)構(gòu)。在邏輯尋址方式中，最大可以使用個(gè)數(shù)據(jù)位來(lái)表示邏輯區(qū)塊的地址信息，這樣就可以尋址個(gè)區(qū)段。在標(biāo)準(zhǔn)

34、中，從物理結(jié)構(gòu)到邏輯塊編號(hào)的映射是按照如下的方式進(jìn)行的：（柱面編號(hào)磁頭數(shù)磁頭編號(hào)）扇區(qū)數(shù)扇區(qū)編號(hào)一這種映射方式假設(shè)從到的訪問(wèn)時(shí)間要比從到所用的少。換一種說(shuō)法就是，邏輯扇區(qū)在訪問(wèn)時(shí)間上也是按順序排列的。這一點(diǎn)對(duì)主機(jī)來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)檫@意味著對(duì)邏輯上連續(xù)存放的數(shù)據(jù)，其讀寫(xiě)時(shí)間應(yīng)該是最短的?，F(xiàn)在的硬盤(pán)和主機(jī)都支持邏輯尋址方式“。硬盤(pán)邏輯結(jié)構(gòu)事實(shí)上，完整硬盤(pán)的邏輯結(jié)構(gòu)有好多種，但在計(jì)算機(jī)中，不管什么樣子的操作系統(tǒng)或平臺(tái)，用戶在硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)都是以文件的類型存在的。不同的操作系統(tǒng)或平臺(tái)有不同的存放方法，但以文件為主的結(jié)構(gòu)是完全一樣的。文件在計(jì)算機(jī)中的存放是十分有學(xué)闖的，不好的存放方法會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)讀取的速度

35、大減，因此必須規(guī)劃一個(gè)類似圖書(shū)館般的存放方法”。硬盤(pán)性能參數(shù)影響硬盤(pán)的性能參數(shù)主要有以下幾個(gè)：?jiǎn)蔚萘?、?nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率、外部數(shù)據(jù)傳輸率、轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)緩存。單碟容量：即每張碟片的最大容量，這是反映硬盤(pán)綜合性能指標(biāo)的一個(gè)重要的因素，單碟容量的提高意味著硬盤(pán)存儲(chǔ)密度的提高。硬盤(pán)的數(shù)據(jù)存取方式都是通過(guò)盤(pán)片的旋轉(zhuǎn)和磁頭的移動(dòng)來(lái)完成，這樣的話，在磁盤(pán)轉(zhuǎn)速和磁頭的操作速度不變的情況下，密度的提高意味單位時(shí)間內(nèi)能讀取得的數(shù)據(jù)量也就提高。一句話來(lái)說(shuō)，就是能夠提高磁盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率，但是這也不是絕對(duì)的，具體情況在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率的闡述中會(huì)有說(shuō)明。數(shù)據(jù)傳輸率：硬盤(pán)的傳輸率分為兩部分，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率。內(nèi)部

36、數(shù)據(jù)傳輸率（）指的是磁頭在盤(pán)片與緩存間的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度，現(xiàn)在主流硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率一般都在到之間。外部數(shù)據(jù)傳輸率（），就是硬盤(pán)接口到主板控制芯片的傳輸率。目前主流硬盤(pán)采用的是，它的最大外部數(shù)據(jù)傳輸率即為。由于硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率要小于外部數(shù)據(jù)傳輸率，因此內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的高低才是衡量一塊硬盤(pán)整體性能的決定性因素。一般說(shuō)來(lái)，在硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速相同的情況下，單碟容量越大則其內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也就越高；在單碟容量相同時(shí)，轉(zhuǎn)速越高的硬盤(pán)其內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也就越高。對(duì)硬盤(pán)實(shí)際傳輸率影響最大的應(yīng)該是磁頭的讀取速度，磁頭讀取速度可由下面公式計(jì)算：速度磁道的線密度該磁道直徑×硬盤(pán)的主軸轉(zhuǎn)速?gòu)纳厦娴墓娇梢钥闯觯?/p>

37、對(duì)磁頭讀取數(shù)據(jù)速度影響最大的應(yīng)該是磁道的線密度，但是不能單說(shuō)盤(pán)片存儲(chǔ)密度對(duì)性能有影響，因?yàn)橄啾戎麓诺乐g的距離比扇區(qū)間的距離大，所以提高道間密度比提高線密度容易。一些硬盤(pán)單碟容量增加了，但是它是靠增加磁道間的密度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而不是磁道的線密度，因此性能增加不明顯。但是，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，這兩個(gè)傳輸率對(duì)硬盤(pán)的實(shí)際傳輸速度的影響并不是其提升幅度所表現(xiàn)出來(lái)的那么高，很大一部分好處都在于速度的提高降低了硬盤(pán)工作時(shí)的占用率。數(shù)據(jù)緩存：硬盤(pán)的數(shù)據(jù)被磁頭讀取后先存到緩存中，因此如果緩存容量低于磁頭一次連續(xù)讀取數(shù)據(jù)的大小，必然會(huì)造成磁頭重復(fù)讀取同一磁道才能完成一次數(shù)據(jù)讀取，因此緩存的容量大小很重要。對(duì)于高速緩存

38、，它的主要作用有：（）緩沖硬盤(pán)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率與外部數(shù)據(jù)傳輸率之間的不一致性。（）在緩存中暫放少量數(shù)據(jù)。不過(guò)這里要注意的是，緩存越大并不一定代表產(chǎn)品性能就提高很快，由于緩存編程控制本身很復(fù)雜，磁頭的單周期讀取能力不能完全對(duì)應(yīng)緩存的容量，因此不能以緩存的大小來(lái)判定一個(gè)硬盤(pán)性能的優(yōu)劣。主軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是影響硬盤(pán)性能的重要因素之一，因?yàn)樵诒P(pán)片存儲(chǔ)密度一定的情況下，更高的主軸轉(zhuǎn)速，意味著在單位時(shí)間內(nèi)，磁頭對(duì)盤(pán)片訪問(wèn)的次數(shù)就多，因此所能讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)量也會(huì)提高，從而表現(xiàn)為硬盤(pán)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的提高。§硬盤(pán)存儲(chǔ)接口硬盤(pán)的存儲(chǔ)接口是決定訪問(wèn)硬盤(pán)速度的主要原因。接口的不同，在訪問(wèn)速度上有很大的差異。不同的硬盤(pán)存

39、儲(chǔ)接口有著各自的特點(diǎn)，它們?cè)诟髯缘膽?yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著各自己的優(yōu)勢(shì)。接口種類（）接口（集成驅(qū)動(dòng)器電子）本意是指把控制器與盤(pán)體集成在一起的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，因此在概念上要大于。原則上所有硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器集成控制器的設(shè)計(jì)都屬于，當(dāng)然，以指代已經(jīng)形成很大的慣性。（高級(jí)技術(shù)附件規(guī)格）接口標(biāo)準(zhǔn)是由（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）頒布的正式標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的接口協(xié)議就是硬盤(pán)所采用的協(xié)議。因此，用接口定義硬盤(pán)接口更準(zhǔn)確。由于控制器電路并入驅(qū)動(dòng)器，所以從硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器弓出的信號(hào)不再是控制器與驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)，而是簡(jiǎn)單的可以直接訪問(wèn)硬盤(pán)的芯（或芯）的扁平電纜。從頒布的衄一標(biāo)準(zhǔn)到現(xiàn)在成熟的版本，接口速度也從原來(lái)的提升到。由于接口的固有特點(diǎn)，

40、一般的控制器最多只能提供個(gè)通道，每個(gè)通道可以連接個(gè)設(shè)備，而且在一個(gè)通道上的兩個(gè)設(shè)備不能同時(shí)占用總線，因此，接口更適合于單驅(qū)動(dòng)器場(chǎng)合的應(yīng)用。隨著更多新技術(shù)的應(yīng)用，在單碟容量、轉(zhuǎn)速、緩存提高的情況下，接口以其接口簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，仍然有著廣闊的發(fā)展前景。另外，在接口中，（串行）接口正異軍突起，發(fā)展迅速。串行以其少的引腳、更高的傳輸速度及更高的數(shù)據(jù)可靠性，有望成為接口的主流接口。（）接口（，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口），主要面向服務(wù)器和工作站應(yīng)用。它由控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，控制器相當(dāng)于一塊小型，有自己的命令集和緩存，設(shè)備智能化程度高，卡自己可對(duì)指令進(jìn)行排隊(duì)，這樣就提高了工作效率。在多任務(wù)時(shí)硬盤(pán)會(huì)在當(dāng)前磁頭

41、位置，將鄰近的任務(wù)先完成，再逐一進(jìn)行處理。除了在多任務(wù)性上有著自己的特點(diǎn)外，在速度上接口也不遜色，現(xiàn)在接口速度可以達(dá)到，同時(shí)由于接口可以連接更多的設(shè)備，因此在服務(wù)器和工作站應(yīng)用上占據(jù)著主導(dǎo)地位【】。接口比較從上一節(jié)對(duì)接口技術(shù)的介紹可以得知，在接口速度上，硬盤(pán)速度最高，硬盤(pán)在速度上略遜色于硬盤(pán)，但是其具有接口簡(jiǎn)單以及價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)；由于我們要處理的對(duì)象為實(shí)時(shí)無(wú)壓縮圖像記錄，要求實(shí)時(shí)記錄原始圖像數(shù)據(jù)而不進(jìn)行任何壓縮算法的處理，因此在本系統(tǒng)中確定了采用硬盤(pán)直寫(xiě)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像無(wú)壓縮記錄。直寫(xiě)硬盤(pán)記錄技術(shù)具有記錄的全程不需要的干預(yù)，除了命令的發(fā)送外，所有的操作都由一片直接對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行控制的單片機(jī)來(lái)完成。

42、根據(jù)這樣的特點(diǎn)，在這種單硬盤(pán)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的操作場(chǎng)合，硬盤(pán)的占用率低、接口智能化程度高等優(yōu)勢(shì)無(wú)法體現(xiàn)，同時(shí)，在價(jià)格上硬盤(pán)高于硬盤(pán)。由于接口是一種總線接口，為了降低的占用率，提高系統(tǒng)的智能化，滿足多任務(wù)性的需要，其協(xié)議相對(duì)于接口來(lái)說(shuō)，是復(fù)雜的。例如的操作分為八個(gè)階段：總線空閑階段、仲裁階段、選擇階段、重新選擇階段、命令階段、數(shù)據(jù)階段、狀態(tài)階段和消息階段。這個(gè)階段必須按照規(guī)定的順序進(jìn)行階段轉(zhuǎn)移，而不允許出現(xiàn)階段躍遷。而對(duì)于硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，操作只有讀狀態(tài)、寫(xiě)命令、數(shù)據(jù)傳送這三個(gè)階段；另一方面，從本設(shè)計(jì)的速度要求來(lái)看，所采用的圖像傳感器幀頻要求是幀秒，分辨率為，而硬盤(pán)的內(nèi)部寫(xiě)盤(pán)速率可達(dá)到以上，所以采用為存儲(chǔ)圖像數(shù)

43、據(jù)的媒介完全滿足要求。綜上，采用硬盤(pán)作為存儲(chǔ)硬盤(pán)不僅在性能上滿足要求，而且降低了實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的成本，故本系統(tǒng)采用硬盤(pán)做為存儲(chǔ)介質(zhì)“”。§接口發(fā)展背景接口標(biāo)準(zhǔn)是由頒布的正式標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的接口協(xié)議就是硬盤(pán)所采用的協(xié)議。本意是指把控制器與盤(pán)體集成在一起的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，因此在概念上要大于，原則上所有硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器集成控制器的設(shè)計(jì)都屬于，用接口定義硬盤(pán)接口則更為準(zhǔn)確，所以，現(xiàn)在硬盤(pán)制造商在標(biāo)識(shí)硬盤(pán)時(shí)都使用來(lái)表示該硬盤(pán)采用的或者支持接口標(biāo)準(zhǔn)。但是在與硬盤(pán)區(qū)分時(shí)，硬盤(pán)這個(gè)命名更加普遍，所以在下面的描述中不論是采用命名還是命名，指的都是同一種接口標(biāo)準(zhǔn)，即頒布的標(biāo)準(zhǔn)。從頒布一標(biāo)準(zhǔn)到現(xiàn)在的御隗一標(biāo)準(zhǔn)，

44、接口已經(jīng)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。每一次標(biāo)準(zhǔn)更新都是對(duì)舊標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，包括傳輸速率的提高、增加一些新的命令、精確定義的程序等。電氣特性通常我們使用的信號(hào)電纜有芯扁平電纜和芯扁平電纜兩種。芯的扁平電纜中是在原來(lái)芯扁平電纜的基礎(chǔ)上增加了根屏蔽地線，以保證在模式下信號(hào)的完整性。幾乎所有的信號(hào)都采用電平，由于、和：幾個(gè)信號(hào)的特殊用途，采用非標(biāo)準(zhǔn)電平。由于某些信號(hào)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載不同，所以電流電壓會(huì)有不同，但是對(duì)于不是設(shè)計(jì)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可以不必關(guān)心信號(hào)的電流電壓，但是某些信號(hào)需要接終端電阻，這是在設(shè)計(jì)中需要注意的叫。信號(hào)我們用設(shè)備（，簡(jiǎn)寫(xiě)為）來(lái)表示硬盤(pán)，用主機(jī)（）來(lái)表示對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行操作、控制硬盤(pán)的設(shè)備。表列出了芯

45、電纜的信號(hào)及各信號(hào)的含義參閱相關(guān)協(xié)議：表針帶狀電纜信號(hào)定義引符號(hào)名稱引腳符號(hào)名稱引腳符號(hào)名稱引腳符號(hào)名稱腳保留保留協(xié)議這里稱為協(xié)議，更確切的說(shuō)應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。但是為了表意明確，表明是針對(duì)硬盤(pán)的協(xié)議，所以采用協(xié)議這一命名。表寄存器地址選擇寄存器名及其功能讀操作數(shù)據(jù)寄存器錯(cuò)誤寄存器扇區(qū)記數(shù)器扇區(qū)號(hào)記數(shù)器柱面寄存器（低字節(jié)）柱面寄存器（高字節(jié)）驅(qū)動(dòng)器磁頭寄存器狀態(tài)寄存器寫(xiě)操作數(shù)據(jù)寄存器特性寄存器扇區(qū)記數(shù)器扇區(qū)號(hào)記數(shù)器柱面寄存器（低字節(jié)）柱面寄存器（高字節(jié)）驅(qū)動(dòng)器磁頭寄存器命令寄存器通過(guò)對(duì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的理解，可以發(fā)現(xiàn)，協(xié)議的核心，也就是對(duì)硬盤(pán)操作的核心，其實(shí)就是對(duì)硬盤(pán)控制器的寄存器的操作，所以正確理

46、解協(xié)議中各寄存器的定義與用法，是正確控制硬盤(pán)的前提，由此就可以揭開(kāi)硬盤(pán)工作的神秘面紗。（）寄存器控制器的寄存器描述了控制器是以何種形式出現(xiàn)在系統(tǒng)中，也就是系統(tǒng)是如何通過(guò)與寄存器的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬盤(pán)的控制。從的角度來(lái)看，整個(gè)控制器就像兩個(gè)寄存器組，這兩個(gè)寄存器組有各自獨(dú)立的地址空間。這兩個(gè)寄存器組分別是命令寄存器組和控制寄存器組。區(qū)分這兩個(gè)寄存器組是由和這兩個(gè)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而具體是寄存器組中的哪一個(gè)寄存器，則由、實(shí)現(xiàn)。在某些情況下，為了節(jié)省地址空間，常常使用相同的地址來(lái)標(biāo)識(shí)不同的寄存器。雖然地址相同，但是通過(guò)進(jìn)行不同的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同寄存器的操作。具體的實(shí)現(xiàn)就是在讀操作時(shí)訪問(wèn)的是一個(gè)寄存器；而在寫(xiě)操作時(shí)訪問(wèn)的是另外一個(gè)寄存器，雖然兩個(gè)操作針對(duì)的是同一個(gè)地址。表是對(duì)所有寄存器的一個(gè)概況“。（）定義的工作模式通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以有兩種方法：通過(guò)可編程的（）和直接內(nèi)存訪問(wèn)（），這兩種方法分別稱為模式和模式。模式：之所以稱為模式，是相對(duì)于模式而言的，因?yàn)槟Ｊ降拿恳淮卧L問(wèn)操作必須要分別進(jìn)行編程。即要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，首先要把傳輸需要的地址信息發(fā)到地址線上，即，五個(gè)信號(hào)組成的地址線。對(duì)于讀操作，將會(huì)產(chǎn)生。信號(hào)，而對(duì)于寫(xiě)操作將會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。對(duì)