《電子技術(shù)應(yīng)用》
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芯片搭载试验数据存储与传输系统设计
电子技术应用
刘海朝，邹吉炜，张伟，房思超
长光卫星技术股份有限公司
摘要： 航天级芯片搭载试验过程中会产生大量数据，为了实现对数据的存储、管理与传输，并且适应嵌入式设备内存资源少等特点，设计了采用SD卡和UDP的数据存储与传输系统。首先，设计了数据存储与传输系统架构，主控芯片通过SPI总线与SD卡通信，并通过UDP与搭载芯片和上位机通信。然后，介绍了SD卡和文件系统的选型和软件设计。接下来，基于LwIP进行了数据传输部分的软件设计。最后，通过实验验证了该数据存储传输系统的有效性，并测试得到该系统的传输速率可达4.5 Mb/s且内存占用仅为57 KB，满足了芯片搭载试验过程中对数据存储与传输的需求，且相比于传统的存储与传输方式，该方法大大提高了传输速率，降低了内存占用。
關(guān)鍵詞： 搭载试验 SD卡 文件系统 LwIP
中圖分類號：TN919；TP274.2 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256427
中文引用格式： 劉海朝，鄒吉煒，張偉，等. 芯片搭載試驗數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(9)：117-121.
英文引用格式： Liu Haichao，Zou Jiwei，Zhang Wei，et al. Design of data storage and transmission system for chip loading test[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(9)：117-121.
Design of data storage and transmission system for chip loading test
Liu Haichao，Zou Jiwei，Zhang Wei，Fang Sichao
Chang Guang Satellite Technology Co.， Ltd.
Abstract： A large amount of data will be generated during the aerospace-grade chip loading test. In order to realize the storage, management and transmission of data and adapt to the characteristics of embedded devices with limited memory resources, this paper designs a data storage and transmission system using Secure Digital(SD) card and User Datagram Protocol(UDP). First, the data storage and transmission system architecture is designed. The main control chip communicates with the SD card through the SPI bus, and communicates with the loaded chip and the host computer through UDP. Then, the selection and software design of the SD card and the file system are introduced. Next, the software design of the data transmission part is carried out based on Lightweight IP(LwIP). Finally, the effectiveness of the data storage and transmission system is verified by experiments, and the transmission rate of the system is as high as 4.5 Mb/s and the memory occupancy is only 57 KB. It meets the needs of data storage and transmission during the chip loading test, and compared with the traditional storage and transmission methods, this method greatly improves the transmission rate and reduces the memory occupancy.
Key words : loading test；SD card；file system；LwIP

引言

航天級芯片搭載試驗是測試其在宇宙空間的可靠性與適應(yīng)性的重要手段，能夠推動航天級元器件的成熟與發(fā)展，已成為國內(nèi)外航天新技術(shù)試驗的重要試驗項目之一[1]。

芯片搭載試驗的研究實際上就是搭載試驗平臺的研究，而搭載試驗數(shù)據(jù)的存儲與傳輸是搭載試驗平臺設(shè)計的重要一環(huán)，因此本文將針對數(shù)據(jù)的存儲與傳輸系統(tǒng)進行設(shè)計研究。

根據(jù)調(diào)研，各行業(yè)研究人員對數(shù)據(jù)存儲與傳輸進行了大量的探索試驗，并取得了顯著的成果。焦新泉等人[2]提出了一種SRIO與RS422相結(jié)合的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)了2.5 Mb/s傳輸速率的高可靠數(shù)據(jù)存儲，但因其占用內(nèi)存較高，不適用于嵌入式系統(tǒng)。薛磊[3]利用NAND Flash作為存儲介質(zhì)，以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)了探測器負載的各項參數(shù)的存儲傳輸，但NAND Flash容量低，不適合大容量存儲。李小峰[4]以MCU為主控芯片，SD卡為大容量存儲介質(zhì)，以太網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸方式，設(shè)計了一款船舶氣象數(shù)據(jù)存儲裝置，但其使用的TCP/IP協(xié)議內(nèi)存占用較高。楊雷等人[5]采用SD卡存儲激光雷達數(shù)據(jù)，提高了產(chǎn)品性能，降低了產(chǎn)品成本。劉慧豐等人[6]利用CAN總線傳輸數(shù)據(jù)和SD卡存儲數(shù)據(jù)，設(shè)計了一種特種車輛測試數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，但其傳輸速度較慢。吳春靜等人[7]采用SD卡和文件系統(tǒng)解決了航天探測中的大量數(shù)據(jù)存儲問題。江自強等人[8]在32位ARM Cortex-M架構(gòu)的STM32平臺上實現(xiàn)了SD卡數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)，解決了飛行器飛行試驗數(shù)據(jù)的存儲。劉光輝等人[9]針對皮納衛(wèi)星提出了一種基于三種介質(zhì)的三級文件數(shù)據(jù)存儲方法，增加了數(shù)據(jù)存儲的可靠性和讀寫速度。孫巍等人[10]為了實現(xiàn)水聲數(shù)據(jù)采集存儲功能，利用SD卡作為存儲設(shè)備，以太網(wǎng)TCP通信作為數(shù)據(jù)傳輸方式，設(shè)計了一種小型低功耗數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，同樣存在內(nèi)存占用較高的問題。羅雄飛[11]利用SD卡進行數(shù)據(jù)存儲，解決了風(fēng)電變流器故障數(shù)據(jù)記錄空間不足的問題。鄧斌等人[12]在STM32平臺上，實現(xiàn)了SD卡數(shù)據(jù)存儲功能，滿足了小型水下航行器圖像與慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的存儲。

綜上所述，大多數(shù)人選取了SD卡作為存儲設(shè)備，相比于NAND Flash等介質(zhì)具有容量大、兼容性好的特點[13]，且自帶壞塊管理和擦寫均衡功能；傳輸方式方面，RS422和CAN通信傳輸速率較低，而選擇使用完整TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通信的內(nèi)存占用較高；文件管理方面，大多沒有使用文件系統(tǒng)進行文件管理。

為了解決現(xiàn)有研究成果傳輸速率低、內(nèi)存占用高等問題，本文提出了一種以SD卡為存儲介質(zhì)，使用文件分配表文件系統(tǒng)（File Allocation Table File System, FATFS）管理數(shù)據(jù)，并選擇使用輕量化TCP/IP（Lightweight IP, LwIP）協(xié)議的以太網(wǎng)通信作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。其中FATFS具有輕量化、效率高、易移植等特點；LwIP具有輕量化、資源占用低等特點。


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作者信息：

劉海朝，鄒吉煒，張偉，房思超

（長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司，吉林 長春 130031）


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