全息图数字数据储存（Holographic digital data storage；HDDS）技术是光学储存业界最具发展愿景的新技术，因为传统的数据储存技术已经接近实体上的限制。HDDS和传统技术不同，它可以将传导体容体里面的数据编码，而不只是在传导体表面上，因而可以达成超高密度储存的目标。达成极高的数据通量的方法则是使用庞大的并行储存器区块（称为page）来记录及取得数据，而不是一次读取或写入一个位。全息图储存可以将数据传输速度提高到接近每秒十亿个位（1Gbps），将访问时间降低到数十微秒，并将储存密度提高至1Tb/cm3的理论最大值。

Daewoo Electronics开发出世界第一款供HDDS使用的高准确度伺服运动控制器实用原型机展示。最初选择的估计成本为：使用传统的嵌入式开发方法设计一款客制DSP适配卡，便要达数万美元，而且需要几个月的时间进行开发。传统设计流程的挑战在于它非常直线化，软件开发人员必须等候硬件设计完成，设计流程很缓慢。HDDS系统就是极具设备复杂性的挑战之一。

《图一 HDDS并非从表面上一次存取一位的数据，而是在3D媒体中的多个层面上储存及读取整页数据。》

为了迅速让原型机进入市场，Daewoo改用NI的新一代图形化系统设计（GSD）工具。图形化系统设计是新的嵌入式开发方法，利用统一的高阶图形化程序设计语言，配合立即可用、采用可重新设定的厂房、可程序化门阵列（FPGA）硬件、整合性实时处理器及插入式I/O模块的嵌入式原型制作平台。GSD设计流程的目标是运用原型制作硬件及流线化的开发工具，在布署之前对系统设计进行精制，将低阶的硬件应用细节（例如缓存器层级的互动）抽取出来，让开发人员免于设计的复杂度，并利用预先制成的智能财产（IP）区块来解决常见的作业，例如运动控制和数字信号处理。

FPGA设备是图形化系统设计的核心技术之一。FPGA是内含可重设组态闸门数组逻辑电路矩阵的设备。和处理器不同的是，FPGA可重新连接内部线路，以便用最佳方式来执行处理逻辑。FPGA提供精确的计时和同步化功能、快速决策，以及在一颗芯片中同步执行并行操作的能力，而这颗芯片可以使用软件无限次地加以重设组态。

《图二 快速原型建立平台提供能力，得以使用图形化程序设计来设计客制FPGA逻辑，然后使用真实世界的I/O信号来验证嵌入式设计。》

Daewoo HDDS原型包括两个主要子系统：一部电子光学运动控制系统，以NI CompactRIO 3M网关FPGA机箱为基础；一部视讯译码系统，以8M网关Xilinx FPGA界面卡为基础。CompactRIO系统控制一部线性马达、一部步进马达、一个galvo mirror，以及一部CMOS摄影机。由于每个运动控制循环都需要精确的控制，因此使用传感器回馈信号，在FPGA硬件中直接进行闭循环控制。透过在硬件中进行控制循环，可以完全消除计时抖动的影响，而且控制循环速率仅受限于I/O模块的更新速率。

和传统的运算适配卡不同，CompactRIO允许Daewoo使用NI LabVIEW FPGA模块，自行设定脉冲产生器的频率达到单FPGA频率的分辨率。为了消除滑动（slipping）的问题，设计师设计自制的加速及减速数学函数，开发出复杂的马达控制运算法。除了运动控制之外，CompactRIO也和使用NI的信号处理技术开发的视讯译码FPGA适配卡通讯，以进行视讯取得和CMOS摄影机控制。CompactRIO也在MPEG译码器之前检查累积在缓冲区中的数据量（它会随着速度而有极大的变动），控制数据传输速率。

透过NI图形化系统设计开发工具，Daewoo只需花费数千美元即开发其系统，而不致牺牲效能，且开发时程减少为一个月。

---作者为NI美商国家仪器嵌入及控制资深产品经理---

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