專利名稱：基于sata接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速固態(tài)存儲陣列，特別是基于RAID技術(shù)的SATA接口固 態(tài)硬盤陣列，通過Fibre Channel光纖接口與服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)互連。
背景技術(shù)：
磁盤陣列(RAID)技術(shù)是解決計算機(jī)I/O瓶頸的有效方法之一，有著廣闊的發(fā) 展前景。計算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展和計算機(jī)應(yīng)用的日益遍及,對計算機(jī)存 儲技術(shù)提出了越來越高的要求。因此，磁盤陣列這種容量大、可靠性高、響應(yīng)迅 速的存儲技術(shù)越來越被人們所重視。
目前，磁盤陣列主要的存儲設(shè)備是機(jī)械硬盤。飛轉(zhuǎn)的硬盤就像高速行駛的 汽車，稍有磕碰，后果就會非常嚴(yán)重，可靠性差而且功耗大。在以寬溫、抗振、 節(jié)電為要求的高可靠性的工業(yè)、軍事、航天等領(lǐng)域，這種存儲介質(zhì)成了最難達(dá) 到要求甚至無法解決的問題。
作為解決以上問題的最好方式，以半導(dǎo)體作為存儲及控制載體的固態(tài)硬盤 成為取代機(jī)械硬盤的一種趨勢。沒有機(jī)械裝置，完全的半導(dǎo)體化，使固態(tài)硬盤
形成了自己的特點(diǎn)抗震、寬溫、無噪、低耗、可靠。
以固態(tài)硬盤為存儲介質(zhì)的存儲陣列集合了固態(tài)硬盤的各種優(yōu)點(diǎn)和陣列管理 的優(yōu)勢，大大擴(kuò)展了存儲陣列的使用領(lǐng)域和壽命。光纖接口的傳輸光纜同時擴(kuò) 大傳輸距離，使得數(shù)據(jù)能夠長距離高速傳輸。 發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有磁盤陣列的適用領(lǐng)域有限而使磁盤陣列使用受限的現(xiàn)狀，提出用固
態(tài)硬盤取代傳統(tǒng)機(jī)械硬盤，提高現(xiàn)有磁盤陣列的i/o特性和可靠性。本實用新型
集成了帶Fibre Channel光纖接口的SATA RAID卡和采用FLASH陣列的高速大 容量SATA接口固態(tài)硬盤，結(jié)構(gòu)緊湊，寬溫、抗振、低功耗，大大提高了存儲
陣列的容量、讀寫速度以及穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是基于SATA接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列的結(jié)構(gòu)采 用由NAND FLASH陣列、控制單元6和SATA接口協(xié)議4組成的SATA接口固 態(tài)硬盤1做磁盤陣列，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架結(jié)構(gòu)的RAID磁盤陣列與SATA RAID控制器2 連接，符合光纖通道規(guī)范的Fibre Channel接口 3與SATA RAID控制器2連接， 實現(xiàn)高速固態(tài)存儲陣列。
SATA接口的固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)為Nand Flash陣列7與Flash控制器6連接， Flash控制器6連接MPU (微處理器)5， MPU 5連接SATA接口協(xié)議4， SATA接口協(xié)議4連接SATA接口 8。
控制單元6通過FPGA (現(xiàn)場可編程邏輯陣列)實現(xiàn)硬件ECC (錯誤檢查 和糾正)校驗和Flash壞塊管理，保證數(shù)據(jù)存儲持久。通過FPGA現(xiàn)場可編程邏 輯器件，采用IP實現(xiàn)SATA2.0標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，可實現(xiàn)3.0Gb/s的傳輸速度。采 用NAND型FLASH陣列2管理的方式，實現(xiàn)容量和速度的擴(kuò)展，最大可達(dá)到 512GB的容量和300MB/s的存儲速度。
SATARAID卡具備多個SATA接口 ，可連接多個SATA接口固態(tài)硬盤。RAID 控制器采用的SATA控制芯片，支持SATAII接口協(xié)議硬盤的掛載，每個端口的 數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)300MB/s。 RAID控制器支持的RAID級別為RAID 0， 1， 5， IO等各個RAID模式，能夠較好的保護(hù)存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)的安全。
RAID卡支持硬盤熱插拔，可以自動重建鏡像隊列。提供了基于GUI軟件的 監(jiān)控和存儲管理，操作十分簡單，大大方便了操作員的管理。另外板卡上的flash BIOS支持升級，擴(kuò)展更多的功能。
光纖通道具有高帶寬、低延遲、適宜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，可以實現(xiàn)20米至 10千米的傳輸距離以及100MB/S-1GB/S的傳輸速度。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1:選用SATA接口固態(tài)硬盤，在繼承機(jī)械硬盤的通用性的同時，提供機(jī)械 硬盤所不具有的優(yōu)異的物理特性和環(huán)境特性，并將硬盤的存儲領(lǐng)域擴(kuò)展到工 業(yè)、軍事、航天等領(lǐng)域。
2:采用RAID技術(shù)，極大的擴(kuò)展了存儲容量和速度，同時能夠較好的保護(hù) 存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)的安全。
3: RAID控制器與服務(wù)器互連采用光纖技術(shù)，高帶寬、低延遲、適宜遠(yuǎn)距 離傳輸。
4:采用NAND型FLASH作為存儲介質(zhì)，具有掉電數(shù)據(jù)不丟失，使用壽命
長等特點(diǎn)。
5:固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)以及上述的結(jié)構(gòu)特征使得基于SATA接口固態(tài)硬盤的高
速存儲陣列具有高可靠性、高性能、低功耗、使用環(huán)境廣泛等特征。
圖l:基于SATA接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列結(jié)構(gòu)框圖 圖2: SATA接口固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)框圖具體實施方式
本發(fā)明實施例包括SATA接口固態(tài)硬盤，SATARAID控制器，F(xiàn)ibre Channel接口， SATA接口協(xié)議，MPU， FLASH控制器和FLASH陣列。
SATA接口固態(tài)硬盤型號為RDS SATA-128G。 SATA接口協(xié)議和Flash控制 器在同一片微處理器內(nèi)部實現(xiàn)，微處理器選用FPGA。通過在FPGA內(nèi)部嵌入 MicroBlaze軟核處理器實現(xiàn)系統(tǒng)管理。SATA接口實現(xiàn)與主機(jī)的聯(lián)接和數(shù)據(jù)的傳 輸，即數(shù)據(jù)的傳并轉(zhuǎn)化。Flash控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和存儲。處理器部分實現(xiàn) SATA的兼容命令、數(shù)據(jù)流的分發(fā)、陣列管理和Flash文件系統(tǒng)。Flash作為數(shù)據(jù) 的最終存儲體。整個系統(tǒng)的功能完全模擬機(jī)械硬盤。
采用SATA串行接口 ，兼容SATA1.0和SATA2.0標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)3.0Gb/s的傳 輸速度，該接口還具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。FPGA是一種可編程邏輯 器件，片上含有豐富的存儲器資源、觸發(fā)器資源、布線資源、時鐘分配以及豐 富的管教類型和數(shù)量。通過硬件描述語言編程實現(xiàn)SATA的各層協(xié)議。SATA控 制器采用AHB總線可以與嵌入式軟核處理器直接連接。并且集成DMA控制器， 提高數(shù)據(jù)傳輸效能。優(yōu)化的FPGA設(shè)計，降低系統(tǒng)功耗。
SATA RAID控制器的控制器核心處理芯片為Intel IOP-333,內(nèi)建SATA連 接器，支持各種RAID等級，提供更為安全且彈性化的存儲方式。Fibre Channel 接口采用Xilinx FPGA實現(xiàn)，其中Fibre Channel接口設(shè)計通道協(xié)議IP (Xilinx FibreChannel LogiCORE)和通道物理層IP (Xilinx RocketIO GTP)完成。
本實施例采用如下配置
可編程邏輯器件Virtex4FX60-llFF672 嵌入式軟核處理器Xilinx MicroBlaze 4.0
SATA接□: Virtex-4 RocketIO MGT
時鐘管理ICS844001
SATA RAID控制器核心處理芯片Intel IOP-333
光纖(FibreChannel)通道協(xié)議IP: Xilinx FibreChannel LogiCORE
光纖(FibreChannel)通道物理層IP: Xilinx RocketIO GTP
實施案例
機(jī)載服務(wù)器的高速數(shù)據(jù)存儲
眾所周知，機(jī)載服務(wù)器與普通服務(wù)器不同，運(yùn)行條件很苛刻，飛機(jī)起飛和 降落的加速度大，特別是在惡劣的天氣環(huán)境對服務(wù)器的抗震性能要求很高。高 速固態(tài)存儲陣列配置SATA接口固態(tài)硬盤，物理特性優(yōu)越，滿足各種使用環(huán)境。 同時，利用光纖高達(dá)lGBytes/s的傳輸速度和SATA固態(tài)硬盤陣列高達(dá)lOTBytes 的海量容量實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和存儲。
權(quán)利要求1、基于SATA接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列，包括磁盤陣列(RAID)、SATA接口等，其特征在于基于SATA接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列的結(jié)構(gòu)采用由NAND FLASH陣列、控制單元(6)和SATA接口協(xié)議(4)組成的SATA接口固態(tài)硬盤(1)做磁盤陣列，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架結(jié)構(gòu)的RAID磁盤陣列與SATARAID控制器(2)連接，符合光纖通道規(guī)范的Fibre Channel接口(3)與SATARAID控制器(20連接，實現(xiàn)高速固態(tài)存儲陣列。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SATA接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列，其特 征在于SATA接口的固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)為NandFlash陣列(7)與Flash控制器(6) 連接，F(xiàn)lash控制器(6)連接MPU (微處理器)(5)， MPU (5)連接SATA接口協(xié)議 (4)， SATA接口協(xié)議(4)連接SATA接口(8)。
專利摘要基于SATA接口固態(tài)硬盤的高速存儲陣列的結(jié)構(gòu)采用由NAND FLASH陣列、控制單元6和SATA接口協(xié)議4組成的SATA接口固態(tài)硬盤1做磁盤陣列，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架結(jié)構(gòu)的RAID磁盤陣列與SATA RAID控制器2連接，符合光纖通道規(guī)范的Fibre Channel接口3與SATA RAID控制器2連接，實現(xiàn)高速固態(tài)存儲陣列。以固態(tài)硬盤為存儲介質(zhì)的存儲陣列大大擴(kuò)展了存儲陣列的使用領(lǐng)域和壽命。光纖接口的傳輸光纜擴(kuò)大傳輸距離。
文檔編號G06F3/06GK201130371SQ200720064958
公開日2008年10月8日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者佳 吳, 吳建飛, 欣 徐, 凱 步, 薛以輝 申請人:湖南源科創(chuàng)新科技股份有限公司