电化学工作站高效数据传输及存储系统的设计与实现

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电化学测量系统的缩写就是电化学工作站,本质是用来控制和监测电化学设备的电流、电位及其他电化学参数的变化,常用于电化学研究和教学。本论文中的电化学工作站可进行23种不同电化学测试,需要完成测试控制、数据传输、数据存储及数据分析功能,并且最高采样频率可达100MHz,而目前国内外电化学工作站最高采样率仅为10MHz。由于此设计需求,导致本系统在进行电化学测试时产生大量的测试数据,传输时需要较大的传输带宽,存储时需要更多的磁盘资源。这些问题将会影响系统的传输速率和性能,导致系统硬件资源不足。因此,本论文将围绕提高电化学工作站测试数据的传输及存储效率,进行电化学工作站高效传输及存储子系统和关键模块的设计与实现,展开高效传输及存储策略的研究。本系统传输平台以S3C2440A为主控芯片,其中CS8900A网络传输芯片能提供的以太网传输速率低于10Mbps,而电化学工作站最高可达100MHz采样率,同时又由于数据存储的硬盘资源有限,因此系统传输速率与带宽不匹配导致了传输及存储的瓶颈。分析电化学工作站测试数据特性,数据量大、持续时间长、较有规律、可能具有严格周期性等特点。因此,可采取数据压缩传输及压缩存储的策略,提高数据的传输及存储效率。本文将根据其数据特点,分别从数据和信号两个角度,研究与对比传统数据压缩算法和重采样算法,设计与实现ARM9+Linux的传输平台,Linux+Qt4的开发环境,MFC+Oracle10g的控制及存储平台,并提出将传统数据压缩和重采样技术相结合的方式,进一步提高数据的传输及存储效率。首先,研究与对比常用的传统数据压缩算法,利用LZW压缩算法处理冗余数据,提高50%左右的数据压缩传输及存储效率。其次,鉴于传统数据压缩并不能解决10倍左右的传输瓶颈,因此又研究与对比重采样信号处理方式,在过采样和多周期等效采样情况下实现信号的重采样压缩传输,或者再与传统数据压缩相结合。然后根据以上研究,设计并实现一款基于S3C2440A的嵌入式控制平台,包括本系统数据传输链路的软硬件设计与实现,Linux系统移植及驱动设备程序的设计与实现。最后,研究数据库的压缩技术、索引技术、备份技术和分区技术,设计并实现数据的压缩存储,从结构上再次提高数据的存储效率和检索效率。对系统进行测试,数据传输及存储效率能提高2~20倍,可实现数据的高效传输及存储,并且保证在信号完整性、传输实时性及占有存储资源方面能取得平衡。
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