TDMS文件的内部结构

TDMS（Technical Data Management Streaming）文件是NI主推的一种二进制记录文件，它兼顾了高速、易存取和方便等多种优势，能够在NI的各种数据分析或挖掘软件之间进行无缝交互，也能够提供一系列API函数供其它应用程序调用。
TDMS的逻辑结构分为三层：文件（File）、通道组（Channel Groups）和通道（Channels），如图 25所示，每一个层次上都可以附加特定的属性（Properties）。程序员可以非常方便地使用这三个逻辑层次定义测试数据，也可以任意检索各个逻辑层次的数据，这使得数据检索是有序的、方便存取的。

图 25 TDMS文件的逻辑结构
TDMS文件的内部结构（物理结构）如图 25所示，实际上程序员无需了解该部分内容就可以利用相关的API函数进行TDMS文件的读写，因此这里只作简单的介绍。TDMS内部结构的核心是segment，当数据被写入到segment中时实际上是新建了segment。各个segment中包含的主要数据段的含义如下所示，更详细的信息可以参考http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/5696。
Ø  ToC Bitmask：这是一个32位的整型数据段，它表示该segment是否包含meta data、raw data。
Ø  Version number：表示segment的版本，这可以确保兼容一些旧的TDMS文件版本。
Ø  Next segment offset：表示下一个segment的偏移字节。
Ø  Raw data offset：表示Raw data的偏移字节。
Ø  Meta Data：三个层次的属性存储字段。
Ø  Raw data：实际的raw data存储字段。
这种物理结构也就决定了TDMS文件的随机存取特性，当程序员只希望读取raw data而并不关注属性时，此时可以利用raw data offset直接获得raw data信息而无需关注Meta Data信息。正如前面所述，往TDMS中添加信息时实际上是添加了新的segment，因此无需关心segment之前的内容是什么，也就确保了写TDMS文件的速度与TDMS文件的大小无关，保证了高速存取。值得注意的是，TDMS物理结构中的segment与其三层次逻辑结构没有任何关系。可能一个通道对应着多个segment，也可能一个segment中包含多个通道。当把数据写入硬盘时就是产生一个segment，而把数据从硬盘中读取出来时也就是把一个个的segment内容读取出来。

图 25 TDMS文件的物理结构
TDMS文件格式在labview、LabWindows/CVI、Signal Express和DIAdem中均可以使用，也可以在Excel或matlab中被调用。在LabVIEW中，TDMS文件的操作函数在Programming>>File I/O>>TDM Streaming选板中，如图 25所示。其使用方法比较简单，这里只给出简单的解释，具体的实例可以参考LabVIEW自带的Examples。
Ø  TDMS Open/Write/Read/Close：与文本文件和二进制文件的功能类似，程序员只需要牢记TDMS文件的三层次逻辑结构即可。
Ø  TDMS List Contents：列出TDMS文件的Groups和Channels名称，或者根据指定的Group列出其包含的Channels的名称。
Ø  TDMS Set Properties：设置TDMS文件、通道组或通道的属性。
Ø  TDMS Get Properties：获取TDMS文件、通道组或通道的属性。
Ø  TDMS Flush：刷新所有TDMS文件在内存中的数据，即立即将所有的TDMS数据写入硬盘（创建新的segments）。
Ø  TDMS Defragment：整理TDMS文件中的存储碎片，当TDMS文件较大时，利用该函数可以提高数据存取的性能。
Ø  TDMS Create Scaling Information：将TDMS中的数据创建Scaling信息，当采集到原始数据需要使用如y=ax+b等线性、多项式或者各种传感器的转换关系时，可以使用该函数直接改变TDMS文件中某些通道的数据值（该改变是不可逆的，无法删除Scaling信息）。
Ø  TDMS File Viewer：TDMS文件查看器，该VI可以非常直观地以树形方式列出TDMS文件中的属性和数据，便于用户查看。

图 25 TDMS函数选板
当写完TDMS文件之后，LabVIEW会自动生成两个文件：*.tdms文件和*.tdms_index文件。前者为数据文件（或主文件），后者为索引文件（或头文件）。二者最大的区别在于索引文件不含raw data信息，而只包含属性等信息，这样可以增加数据检索的速度并且利于搜索TDMS文件。该文件是自动生成的，不需要程序员干预。
LabVIEW 2009进一步改进了对TDMS格式的支持，从1.0版本升级到2.0版本，并且提高了对高速流盘应用的支持，以及对DAQmx的应用支持，比上一版本的TDMS文件至少有4倍以上速度的提升。当然，TDMS也有一些缺点。比如速度上并没有win32 streaming API快，不支持删除某个通道或通道组，以及只支持Windows操作系统和VxWorks、Phar Lap等实时平台。总体而言，TDMS文件格式兼顾了速度、逻辑组织、易用性等多个因素，在数据存储方面是一种非常不错的选择。