本发明涉及轨道交通领域，具体说涉及一种车载存储装置。
背景技术：
随着人们对现代列车的智能化和舒适性要求的提高，越来越多的信息(例如：列车状态、故障诊断、旅客信息、多媒体、视频监控等)需要进行记录和存储，这不仅要求存储装置具有足够大容量，而且还必须具有较高的可靠性和安全性。
在目前应用于列车的大容量存储装置中，通常采用nandflash阵列(例如2.5英寸固态硬盘(ssd，solidstatedriver))作为存储介质，采用fat32作为文件系统。相较与机械硬盘，固态硬盘(nandflash阵列)拥有更好的抗震性能，因此其可靠性和安全性大大提高。
但是列车存储装置通常应用环境比较恶劣，在列车上突发性断电时有发生。当发生掉电时，正在写入的文件会被损坏，等重新上电后发现文件丢失。如果掉电时文件系统正好在更新fat表，则会造成文件系统的损坏，这些故障对会严重影响车载记录功能的可靠性和安全性。
由于列车大容量存储装置的体积较小，大多安装于机箱内部使用，由于机箱内部空间不足，目前无法采用蓄电池供电对其进行掉电保护。因此，需要一种新的车载存储装置。
技术实现要素：
本发明提供了一种车载存储装置，所述装置包括基于固态硬盘的主存储器以及接收外部数据并将外部数据写入所述主存储器的主控模块，其中，所述主存储器包含：
缓存单元，其配置为接收并缓存来自所述主控模块的待存储数据；
存储单元，其配置为存储所述缓存单元中缓存的数据；
辅助供电单元，其包含电容，配置为基于电容的放电在所述主存储器掉电时供电以将所述缓存单元中未写入所述存储单元的数据写入所述存储单元。
在一实施例中，所述主存储器采用ext4文件系统。
在一实施例中，所述装置还包括用于非易失性存储的第二存储器，所述第二存储器存储的数据包括故障诊断数据和/或掉电前的缓存数据。
在一实施例中，所述第二存储器为铁电存储器。
在一实施例中，所述第二存储器包含暂存单元，其中，所述第二存储器配置为：
当所述暂存单元被存满数据后分批将所述暂存单元中的数据写入所述主存储器；
当所述暂存单元中的数据被写入所述主存储器时如果所述装置掉电，将当前批次的数据写入所述主存储器后关闭文件并记录数据写入进度。
在一实施例中，所述第二存储器配置为：
在将所述暂存单元中的数据分批写入所述主存储器的过程中暂存当前写位置偏移与当前读位置偏移；
当所述暂存单元中的数据被写入所述主存储器时如果所述装置掉电，将当前批次的数据写入所述主存储器后关闭文件并更新当前读位置偏移；
在上电时检查当前写位置偏移与当前读位置偏移是否一致以判断是否有未写入所述主存储器的数据；
当所述暂存单元中的数据全部写入所述主存储器时将当前写位置偏移与读位置偏移清零。
在一实施例中，所述装置还包含掉电延时模块，所述掉电延时模块配置为在所述装置掉电时供电以提供给所述装置足够的时间进行掉电保护操作。
在一实施例中，所述掉电延时模块包含掉电供电单元，所述掉电供电单元包含电容，配置为基于电容的放电在所述装置掉电时供电。
在一实施例中，所述掉电延时模块还包含：
稳压单元，其配置为在所述掉电供电单元的电容放电过程中稳定输出电压。
在一实施例中，所述掉电延时模块还包含：
欠压保护单元，其配置为在所述掉电供电单元的电容放电过程中防止电容两端电压的震荡。
本发明的车载存储装置可以在断电状态下采取有效的数据保护措施以避免文件系统的损坏与数据丢失。相较于现有技术，本发明的车载存储装置的安全性和可靠性均大大增强。
本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1～图3分别是根据本发明不同实施例的装置结构简图；
图4是根据本发明一实施例部分模块运行流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
列车存储装置通常应用环境比较恶劣，在列车上突发性断电时有发生。当发生掉电时，正在写入的文件会被损坏，等重新上电后发现文件丢失。如果掉电时文件系统正好在更新fat表，则会造成文件系统的损坏，这些故障对会严重影响车载记录功能的可靠性和安全性。
因此，本发明提出了一种新的车载存储装置设计。本发明的发明人首先分析了现有的车载存储装置的结构。在现有的车载存储装置中，通常采用nandflash阵列(ssd)为存储介质。
现有的ssd硬盘为了提高读写性能，ssd控制器通过外部扩展sdram的方式增加缓存，每次数据写到ssd时，都先写到ssd的缓存中，ssd控制器再将缓存中的数据写入到nandflash中。因此，在电源没有任何保护措施的情况下，如果ssd突然掉电(即外部供电在突发意外情况下发生浪涌或断电)，将会造成缓存中的数据完全丢失，轻则丢失数据，重则导致系统崩溃。
针对上述情况，在本发明的车载存储装置中，仍然基于nandflash阵列以及缓存(ssd)构造主存储器。具体的，在本发明一实施例中，如图1所示，装置包括主控模块110以及主存储器100。具体的，在一实施例中，主控模块110选用freescale公司的i.mx6处理器。主存储器100的存储介质采用ssd硬盘，通过sata2.0接口和主控模块110连接。
主存储器100包含缓存单元120以及存储单元130。具体的，缓存单元120采用dram，存储单元130采用nandflash阵列。主控模块110将外部的待存储数据写入主存储器100的缓存单元120中；缓存单元120将数据缓存；存储单元130存储缓存单元120中缓存的数据。
在这种结构下，主控模块110向缓存单元120的数据写入过程是否被打断不会直接影响存储单元130中存储的数据的完整性。影响存储单元130中存储的数据的完整性的是由缓存单元120向存储单元130写入数据这一过程。也就是说，在突发掉电时，只要维持缓存单元120中的数据能够写入存储单元130就可以保证存储单元130中存储的数据的完整性。
主存储器100包含主供电单元140，主供电单元140接入外接电源。在正常工作状态下，主供电单元140基于外部电源输入为主存储器100中其他部分供电。进一步的，在主存储器100中还构造有辅助供电单元140，其配置为在主存储器100掉电时(主供电单元140无法为主存储器100供电时)供电以将缓存单元120中未写入存储单元130的数据写入存储单元130。这样，在掉电时缓存单元120缓存的数据有足够时间写入nandflash阵列当中，有效的防止了硬盘损坏和文件丢失。
进一步的，由于缓存单元120中缓存的数据量不高(写入操作耗时短)，并且，缓存单元120写入存储单元130这一行为的耗电量不大。因此，在本发明一实施例中，基于电容(电容阵列)构造辅助供电单元140，辅助供电单元140基于电容的放电实现供电(在正常工作状态下，辅助供电单元140基于主供电单元140被充电)。这样就避免了采用蓄电池供电所造成的空间消耗问题，使得存储装置的体积得到了有效控制。
在主存储器中构造的辅助供电单元主要是针对主存储器进行掉电时的供电。为了进一步提高存储装置的安全性，避免掉电时的数据丢失以及文件损坏，在本发明一实施例中，针对整个存储装置构造了用于掉电时供电的模块。
具体的，在一实施例中，如图2所示，装置还包含掉电延时模块200。掉电延时模块200配置为在装置掉电时供电以提供给装置足够的时间进行掉电保护操作。进一步的，掉电延时模块200包含掉电供电单元201。掉电供电单元201包含电容，其配置为基于电容的放电在装置掉电时供电。进一步的，掉电延时模块200还包含：稳压单元202，其配置为在掉电供电单元的电容放电过程中稳定输出电压；欠压保护单元203，其配置为在掉电供电单元的电容放电过程中防止电容两端电压的震荡。
具体的，在本发明一实施例中，掉电供电单元201基于超级电容(supercapacitor)构造。超级电容器兼有常规电容器功率密度大、充电电池比能量高的优点，可进行高效率快速充放电，在大电流充放电、充放电次数，寿命等方面均优于电池。
具体的，在一实施例中，如图2所示，正常情况下外部供电(vin_5v)经过防反向电路230输出给开关电源210供电。当存储装置的输入电源vin_5v跌落或掉电时，则自动切换至掉电延时模块200供电。同时电源监测220向主控模块110发出掉电信号，提醒主控模块110采取掉电保护操作。
掉电延时模块200采用掉电供电单元201(超级电容)作为储能元件，在正常情况下，存储装置由外部电源供电，并同时给超级电容进行充电。当外接电源掉电后，存储装置的所有供电需求均由超级电容完成。在本实施例中超级电容部分是由超级电容充电电路及两个耐压值为2.7v，容值为10f的电容组成。因为超级电容随着能量的释放电压会不断下降，在后端采用boost电源芯片对其进行稳压(稳压单元202)。当超级电容两端电压在4.5v-2.7v变化时始终能够输出5v。同时设计有欠压保护单元203，防止超级电容两端电压的震荡。图2所示实施例可实现延时5-10s的延时，提供给处理器足够的时间进行掉电保护操作。
进一步的，为了更有效的避免掉电造成的文件损坏，在本发明一实施例中，主存储器采用ext4文件系统。ext4是一种日志型文件系统，具有掉电安全和可恢复等优点，适用于ssd硬盘等存储介质之上。除此之外ext4文件系统具有较大的数据吞吐量，适用于大文件的频繁写入的场合，有利于ssd的损耗均衡，延长使用寿命。存储装置由机箱电源输入的5v供电，当电源意外掉电时，会产生中断信号，主控模块收到中断信号后，迅速关闭当前正在写入的文件，这样保证了正在写入文件不被损坏，同时也保证了文件系统的完整性。
进一步的，为了提高存储装置的可靠性，在本发明一实施例中，存储装置中还构造有用于进行非易失性存储的第二存储器。如图3所示，第二存储器300与主控模块110相连，用于存储故障诊断数据和/或掉电前的缓存数据，以方便事后的查看和分析。在本发明其他实施例中，根据实际需求，第二存储器300也可用于存储其他数据。
进一步的，在一实施例中第二存储器300为铁电存储器(ferromagneticrandomaccessmemory，fram)。具体的，在一实施例中，第二存储器300采用芯片fm22l16，具备512kb的fram。芯片fm22l16和主控模块110之间通过eim总线连接，采用16位的访问模式。
进一步的，为了进一步提高数据传输的可靠性，第二存储器存储的数据(部分或全部)会转移到主存储器中长期保存。在本发明一实施例中，在铁电存储器(第二存储器)中分配一定空间用于暂存数据，即第二存储器包含暂存单元。对应的，第二存储器配置为：
当暂存单元被存满数据后分批将暂存单元中的数据写入主存储器；
当暂存单元中的数据被写入主存储器时如果装置掉电，将当前批次的数据写入主存储器后关闭文件并记录数据写入进度，上电时将未写入的数据继续写入主存储器。
进一步的，在将暂存单元中的数据分批写入主存储器的过程中暂存当前写位置偏移与当前读位置偏移；当暂存单元中的数据被写入主存储器时如果装置掉电，将当前批次的数据写入主存储器后关闭当前记录的文件并更新当前读位置偏移；在上电时检查当前写位置偏移与当前读位置偏移是否一致以判断是否有未写入主存储器的数据；当暂存单元中的数据全部写入主存储器时将当前写位置偏移与读位置偏移清零。
进一步的，第二存储器通过当前写位置偏移与当前读位置偏移的值判断是否存在掉电，在本发明一实施例中，第二存储器在掉电时将掉电事件单独保存。
具体的，在一实施例中，暂存单元被设置为64k。当铁电存储器中暂存数据尺寸大于64k字节时，以每次写入1024字节的方式将暂存单元中的数据写入至文件系统(主存储器)。
如果在写入数据至文件系统过程中，接收到断电信号，则写完1024字节后，马上关闭文件，同时更新当前读位置偏移。若未接收到断电信号，则循环将暂存单元中数据全部写入至文件系统。数据全部保存至文件系统后，将铁电存储器中事件记录数据清空，同时将当前读位置与当前写位置清零。下次上电时刻，通过检测当前读位置的值与当前写位置的值是否相等来确定暂存单元中是否有新数据未写入至文件系统，若有则将剩余部分数据写入至文件系统。
进一步的，在数据往文件系统中搬移时，采用互斥信号量对其进行互斥，确保在同一时刻仅有一个任务在操作文件系统。
具体的，在一实施例中，铁电存储器的数据处理流程如图3所示。附图3的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在铁电存储器上电时，首先读取当前读位置偏移以及当前写位置偏移(步骤s401)，根据两者的值判断是否存在未保存(未写入文件系统)数据(上一次关闭是否是意外掉电)(步骤s402)，如果存在未保存数据，则将未保存数据写入文件系统(步骤s410)。
如果没有未保存数据，则正常的写数据(写暂存数据)到铁电存储器(步骤s403)。在写入数据的过程中判断暂存数据是否达到64k(暂存单元是否写满)(步骤s404)；如果没有达到64k，则接续写入。
如果暂存数据达到64k，则将1k暂存数据写入文件系统(步骤s410)；判断1k数据是否写入完成(判断步骤s410是否仍在执行)(步骤s411)；如果1k数据没有完成写入，判断当前是否存在掉电信号(装置是否掉电)(步骤s420)；如果没有掉电信号，则继续执行步骤s410。
在步骤s411中，如果1k数据完成写入，则更新当前读位置偏移以及当前写位置偏移(步骤s412)；并接下来判断1k数据的写入是否满64次(是否写完了64k暂存数据)(步骤s430)；如果满64次，则清空数据(步骤s431)，清空暂存数据，当前读位置偏移以及当前写位置偏移清零；如果没有满64次，则再次循环执行步骤s410，直到满64次或者掉电。
在步骤s420中，如果存在掉电信号，则写完当前的1k暂存数据(步骤s421)；接着关闭当前记录的文件(步骤s422)并更新当前读位置偏移。
综上，本发明提出了一种车载大容量存储装置，其采用ssd硬盘作为存储介质，能实现快速存储数据的功能。ssd硬盘具有电容阵列实现掉电延时功能，从而保证了数据的可靠性和安全性。传统的机箱掉电延时方案需要在机箱中增加蓄电池，增加了成本和空间，本专利提出的单板级掉电延时电路，体积小成本低，同时能防止掉电后文件系统损坏，保护好掉电前的数据防止数据的丢失。
本发明的车载存储装置可以在断电状态下采取有效的数据保护措施以避免文件系统的损坏与数据丢失。相较于现有技术，本发明的车载存储装置的安全性和可靠性均大大增强。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。