硬盘录像机-DVR文件系统和硬盘的发展趋势

嵌入式硬盘录像机（DVR），例如PC，具有硬盘文件系统。嵌入式DVR硬盘文件系统可分为两类，一类是与PC相同的FAT文件系统，第二类是由嵌入式DVR制造商开发的适用于存储大容量媒体数据流的文件系统。当前在市场上，基于PC的DVR通常基于Windows系统，文件系统通常采用NTFS或FAT32。嵌入式DVR使用的文件系统与制造商选择的嵌入式操作系统密切相关。当前，嵌入式DVR中使用的嵌入式操作系统包括RTOS，pSOS，嵌入式Linux，vxWorks等，并且文件系统的类型很多，例如MS-DOS兼容文件系统，UNIX兼容文件系统，Windows兼容文件。 PC系统使用的FAT文件系统无法管理长期记录生成的大型数据包（数G到数十G的数据）。它只能被打包，并且完整的记录分为几个小文件包。 ，例如5、 1 0、在30分钟内自动形成一个文件，或者150M，200M作为文件。因此，容易引起分组之间的帧丢失。同时，硬盘磁头需要频繁读写数据和文件索引，并且磁头经常跳动。对于每天连续读写硬盘超过十到二十四小时的DVR系统，很容易造成硬盘损坏。故障。同时，当硬盘已满时，需要删除整个文件，但是新记录的文件大小与旧文件不同，这将在硬盘上产生大量的碎片空间，从而影响硬盘的使用和系统效率。

此从几秒钟到几十小时不等，数据范围从几K到几十T。使用这种硬盘管理方法可以克服FAT系统用于长期视频管理的缺点。 。由于没有子包记录，因此包之间没有帧丢失；磁头不需要经常读写数据和文件索引，从而延长了硬盘的使用寿命；硬盘装满后，将使用逐帧覆盖技术，并且没有硬盘碎片。可以从视觉上将硬盘与录像带进行比较，硬盘中的任何错误都不会影响正面或背面的视频。在突然断电的情况下，也可以保存断电之前的图像。同时，原始视频数据磁盘数据与PC不兼容，因此无法在PC上直接修改以确保原始数据的机密性和可靠性。但是，由于开发困难和资金投入的限制，大多数嵌入式DVR制造商仍然使用FAT文件存储方法来管理硬盘录像机的数据。从嵌入式DVR硬盘文件系统的发展方向来看，使用这种方法进行长期稳定的录制可以大大提高硬盘录像机的可靠性，但是需要的公司具备开发硬盘的能力和经验。操作系统。中国只有几个。制造商拥有技术。存储结构为了增加灵活性，系统会对硬盘进行分区。硬盘最多分为两个区域（也称为驱动器）。系统保留一个分区扇区，该扇区中存储的分区信息结构包括一些重要信息，例如硬盘的运行状态，复选标记等，还包含硬盘的硬盘参数表（即DPT）。两个分区。 DPT还包含诸如每个分区的存储特性和群集总数之类的信息。硬盘分区（如图1硬盘分区图所示）：

分区部门

分区信息结构（包括两个硬盘参数表）：扇区号，硬盘信息

第一个分区

。驱动器参数结构

。目录区

。索引区域

。数据区

第二分区

。驱动器参数结构

。目录区

。索引区域

。数据区

驱动器参数结构是文件系统访问驱动器的基础。它包含诸如驱动器的运行状态，存储特性，链接列表指针和复选标记之类的信息。当布置硬盘时，根据驱动器的工作状态（特别是记录的开始和结束时间），驱动器形成一个双向链表，并且链表的指针被填充。格式化硬盘时，会根据硬盘容量和分区数量生成DPT，然后使用DPT初始化每个分区的驱动器参数结构并将其保存到相应的扇区。硬盘初始化时，根据DPT中驱动参数结构的扇区偏移量直接获得驱动参数结构。对于具有大量数据的流媒体应用程序，系统使用相对较大的群集来管理数据，这可以提高效率，而数据碎片的影响可以忽略不计。每个群集在物理上对应于目录区域和索引区域中的目录结构和索引结构。写入数据时，目录结构，索引结构和群集是按顺序物理应用的，并且根据应用程序的时间顺序，将每个通道混合并存储。 （如图2硬盘目录结构所示），组成如下。群集标记用于标识文件的开头和结尾，数据标记和数据属性用于查找和定位文件，并且相关属性链接特定通道的群集，主要用于连续读取文件。

集群徽标

集群是文件的自由集群或第一个集群，扩展的第一个集群和非第一个集群。

数据徽标

集群记录数据的通道号，音频和视频标记以及警报标记。

数据属性

集群视频数据的开始和结束时间，长度和图像质量。

关联属性

群集是文件的编号，以及群集所在文件的第一个群集号，下一个群集号和较高的群集号。

保留

索引结构包含群集中数据的通道号，音频和视频标志以及警报标志。由于索引结构占用的空间较小，实际上，使用索引结构代替目录结构中的数据标记，可以实现文件搜索，可以提高效率。缓冲区管理由于对索引区和目录区的读写操作更为频繁，因此存在时空性。如果您为每次读写直接调用基础接口，则将浪费资源，并从系统中打开缓冲区阵列进行管理。从而减少实际读取和写入的次数。上述特性在数据区的读写中不存在，因此数据区的读写可以直接调用底层接口函数。为了增加缓冲区的命中率，缓冲区的大小应大于64个扇区单位。如果系统内存资源没有问题，请增加缓冲区数量。如果有大量缓冲区，则系统存在缓冲区搜索时间开销。为了减少这部分开销，在查找缓冲区时使用哈希搜索。哈希表的长度设置为缓冲区数的两倍以上。由于访问的顺序性质，可以直接从LBA的低位生成哈希函数。在突然断电的情况下，为了能够恢复数据，必须随时保存目录区域，因此在任何情况下都可以同步缓冲区。同步方法包括单个缓冲区，单个驱动器和所有缓冲区。电源管理硬盘正常运行时的功耗比较大，一般具有电源管理功能。它基本上分为三个工作状态，即寻道，空闲和待机。处于空闲状态的硬盘电机仍在运行。在待机状态下，硬盘电机停止，但接受命令输入。

系统已设置硬盘参数，如果在固定时间内无任何操作，它将自动进入待机状态，但是硬盘从待机状态恢复需要较长时间进入搜寻状态（通常超过8秒）。这将导致数据丢失，因此该程序将在操作要杀死的硬盘之前提前唤醒。对于同一端口的主磁盘和从磁盘，由于它们使用相同的线路集，因此现在在电源管理中以一致的方式使用它们，也就是说，两个磁盘可以一起工作，也可以一起处于备用状态。文件系统初始化和冲突处理文件系统初始化的过程是：缓冲区初始化-版本检测-驱动器初始化-句柄初始化，文件系统恢复-冲突扫描-硬盘布置。初始化成功后，文件系统即可开始正常工作。在版本检测期间，将判断分区扇区中的复选标记，如果不是系统要求的文件系统标记，则将其格式化。硬盘排列方式是指文件系统初始化时，必须根据硬盘记录时间的顺序将所有驱动器参数结构连接到双链表中，并确定当前的工作磁盘。硬盘的工作顺序是正确安排的，基本上可以分为搜索，空闲和待机三种工作状态。处于空闲状态的硬盘电机仍在运行。处于待机状态时，硬盘电机停止，但接受命令输入。系统将硬盘的参数设置为在固定时间内无任何操作的情况下自动进入待机状态，但是硬盘从待机状态恢复需要很长时间（通常超过8秒）进入寻找状态，这将导致数据丢失，因此程序将在操作硬盘之前被预先唤醒。

对于同一端口的主磁盘和从磁盘，因为它们使用同一组电缆，所以它们现在在电源管理中以一致的方式使用，即，两个磁盘可以一起工作或处于备用状态一起陈述。文件系统初始化和冲突处理文件系统初始化的过程是：缓冲区初始化-版本检测-驱动器初始化-句柄初始化，文件系统恢复-冲突扫描-硬盘布置。初始化成功后，文件系统即可开始正常工作。在版本检测期间，将判断分区扇区中的复选标记，如果不是系统要求的文件系统标记，则将其格式化。硬盘排列方式是指文件系统初始化时，必须根据硬盘记录时间的顺序将所有驱动器参数结构连接到双链表中，并确定当前的工作磁盘。正确安排硬盘的工作顺序是确保数据连续性和最大空间利用的基础。但是，由于机器上硬盘的更换（例如人工硬盘更换），硬盘之间的记录时间可能会重叠或与机器当前时间冲突。这些统称为硬盘冲突。正确处理冲突可以使系统正常运行，并处于最佳状态，否则，将对数据连续性，空间利用率和搜索产生严重影响。先前的系统没有冲突处理功能。在检测到冲突后，它会跳出硬盘排列，而剩余的硬盘没有排列在链表中，这会浪费大量空间。用户只能清除所有数据才能恢复正常。后来，系统增加了与用户交互的冲突处理功能，并将已检查的冲突提交给用户，然后用户根据实际情况（格式化或设置为只读磁盘）对其进行处理，从而减少了冲突在一定程度上引起了冲突。但是，有时用户无法做出正确和决定性的判断，并且冲突处理可能会带来不便。

新系统可以自动处理冲突，帮助用户做出决定，并在发生冲突时最大程度地降低系统性能损失。定时打包和文件系统恢复关闭正在写入的文件称为打包。打包的视频文件信息完整且正确。定期打包文件，并将连续数据分成小块，这有利于文件检索和用户操作。通常将打包时间设置为一小时，文件系统将在该小时自动打包，即首先关闭正在写入的文件，然后打开一个新文件。异常关闭后，可能存在未打包的文件。此时，驱动器参数表可能不会更新，这将导致将来的读写操作错误，因此需要对其进行恢复。关闭时，系统时间保存在CMOS中，恢复时将使用该时间。文件操作，搜索和位置用于保存视频的文件系统的调用顺序为：打开文件写句柄-写文件-关闭文件句柄。同时，文件会自动打包在文件系统中。用于播放视频的文件系统的调用顺序为：查找文件-打开读取的文件句柄-在文件中定位-读取文件-关闭文件句柄。在文件句柄生命周期中，可以多次调用读写定位操作。搜索参数是时间。找到的文件的开始和结束时间应包括搜索时间，或搜索时间之后的最早文件。有常用，列表，警报列表和其他搜索模式。不同的搜索仅找到一个文件，列表搜索按时间顺序找到指定数量的文件。定位参数可以是数据长度，绝对时间或相对时间。

如图3、 4所示，可以看出当前的硬盘驱动器消耗量已经超过了传统PC的主导地位，并正在缓慢地向消费电子产品进军。在此类消费类电子产品中，DVR占了很大一部分。但是，当前监控系统中DVR应用程序的硬盘问题尤为突出。据不完全统计，硬盘录像机的故障率占60％。硬盘在DVR中的故障率很高，引起了社会硬盘制造商的高度关注。此外，突出的硬盘问题也直接增​​加了服务成本并影响了品牌形象。根据硬盘的需求，监控系统的应用不同于个人计算机，如图5所示。

监控系统

个人电脑

打开电流

在设计电源时，应考虑硬盘的启动电流，特别是具有多个硬盘的系统

计算机电源可以提供足够的电流

读写速度

不需要很快

越早越好

数据完整性

对话音频和视频不是很重要

非常重要

散热

硬盘很多，在设计和安装时必须考虑散热

硬盘不多，基本上没有散热问题

振动

设计和安装时必须考虑硬盘的振动问题

个人计算机的机箱设计通常可以解决硬盘振动问题

根据上表，可以针对DVR应用优化和设计四个方面：•启动电流； • 能量消耗; •同时容纳系统数据和图像数据的不同方式； •自动睡眠。

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