一種超大容量固態硬盤的實現方法
【專利摘要】本發明提出一個超大容量固態硬盤的實現方法，可實現TB級以上容量的固態硬盤。所述的硬盤采用單體容量大的帶SD/MMC接口的存儲介質；每個存儲通道可容納多個存儲介質；每個存儲通道內的各個存儲介質共享SD/MMC接口的D[0:7]/CMD數據總線；每個存儲通道的SD/MMC接口時鐘信號則通過高速時鐘開關電路再分別接入各存儲介質，并將SD/MMC接時鐘信號作為片選控制，使得硬盤控制器的單一存儲通道所容納的存儲介質數量多倍地增加，進而使得硬盤容量多倍地增加，實現超大容量的固態硬盤。
【專利說明】一種超大容量固態硬盤的實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據存儲領域，特別涉及一種超大容量固態硬盤的實現方法。
【背景技術】
[0002]近些年來，隨著基于閃存介質的固態硬盤應用日益廣泛，對這類硬盤的單體容量也提出了更大的要求，特別是在數據庫服務器、冗余磁盤陣列等需要海量數據存儲的應用領域。
[0003]傳統固態硬盤采用多個并行的存儲通道的架構來實現高速數據讀寫和容量擴展，每個存儲通道采用片選信號控制的方式來選擇多個閃存芯片，因此固態硬盤的最大容量決定于其主控制器的存儲通道數、片選控制數以及閃存芯片的單體容量等。
[0004]固態硬盤主控制器芯片受限于其架構和封裝管腳數，所具有的并行存儲通道和片選控制的數量均有限；另外傳統的閃存芯片采用ONFI/Toggle數據接口協議，存在單體容量偏小、數據接口管腳數多的缺點，盡管隨著集成電路工藝技術的進步，單體容量也有逐步增大的趨勢，比如從4GB到8GB、乃至16GB等，但從大容量應用來說，閃存的單體容量仍偏小；從固態硬盤的體積而言，比如標準的2.5英寸固態硬盤，也限制了閃存芯片的配置數量。
[0005]因此傳統的固態硬盤在大容量、尤其是TB級以上的超大容量的設計和實現方面，存在很大的瓶頸。故，針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現有技術中存在的缺陷。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種超大容量的固態硬盤的實現方法，該方法采用單體容量大的帶SD/MMC接口的存儲介質，容量可達TB級以上；本發明的另一個目的在于提供一種固態硬盤的存儲通道容量擴展機制，該機制使得硬盤控制器的單一存儲通道所容納的存儲介質數量多倍地增加，從而使得硬盤容量多倍地增加。
[0007]為解決現有技術存在的問題，本發明的技術方案為:
[0008]I)超大容量的固態硬盤對外接口采用SATA、SAS、eSATA或者USB等高速數據通訊接口形式之一；
[0009]2)超大容量的固態硬盤內部設置有多個并行的存儲通道；
[0010]3)每個存儲通道均采用SD/MMC數據接口，配置帶SD/MMC接口協議的存儲介質，存儲介質可為eMMC、iNAND、SD卡或者TF卡等形式；
[0011]4)每個存儲通道均采用容量擴展機制，即可配置多個單體容量大的SD/MMC接口的存儲介質，從而多倍擴展每個存儲通道的容量；
[0012]5)通過存儲通道的容量擴展，實現了超大容量的固態硬盤。
[0013]根據發明目的之一所提出的固態硬盤的存儲通道容量擴展機制，實現方法為:
[0014]固態硬盤的存儲通道容量擴展機制主要包括:主處理器、DMA數據通道、存儲通道處理器、SD/MMC時序接口電路、高速數據開關電路、多個帶SD/MMC接口的存儲介質以及片選控制等。
[0015]該存儲通道容量擴展機制所述的主處理器，通過DMA數據通道將邏輯塊地址數據分別發給每個存儲通道處理器。
[0016]該存儲通道容量擴展機制所述的DMA數據通道，提供主處理器和并行存儲通道的數據鏈接。
[0017]該存儲通道容量擴展機制所述的存儲通道處理器，負責將所獲得的邏輯塊地址轉換成物理塊地址，并負責計算和分配通道內的每個存儲介質的物理塊地址。
[0018]該存儲通道容量擴展機制所述的存儲通道處理器，根據物理塊地址來選擇所需讀與的存儲介質。
[0019]該存儲通道容量擴展機制所述的存儲通道處理器，負責控制高速數據開關電路的切換。
[0020]該存儲通道容量擴展機制所述的SD/MMC時序接口電路，負責和通道內的各個存儲介質的以SD/MMC通訊協議方式的數據傳輸。SD/MMC時序接口電路除了時鐘線外，其他數據線(包括D[0:7]和CMD)均以并聯的方式，和通道內的各個存儲介質相連和共享。
[0021]該存儲通道容量擴展機制所述的高速數據開關電路，屬于單刀雙擲、或者單刀多擲等開關方式；其公共端(輸入端)連接到SD/MMC時序接口電路的時鐘信號線，其擲端(輸出端)則分別連到通道內的各個存儲介質的時鐘信號輸入端，其控制端則連接到存儲通道處理器的控制管腳。
[0022]該存儲通道容量擴展機制所述的多個帶SD/MMC接口的存儲介質，可為eMMC、iNAND、SD卡或者TF卡等形式，較優的選擇是單體容量大的eMMC存儲芯片。
[0023]本發明的有益效果是:
[0024]用戶使用本發明，可實現超大容量(TB級以上)的固態硬盤。
[0025]用戶使用本發明，采用單體容量大的eMMC等存儲介質，可在較小體積(如2.5英寸)的硬盤上，實現TB級的超大容量。
[0026]用戶使用本發明，硬盤的容量可不受硬盤主控制器的存儲通道數和片選信號的限制，可多倍地增加。
[0027]用戶使用本發明，可不改變現有硬盤主控制器芯片的封裝、管腳數和存儲通道數，便于集成和實現。
[0028]用戶使用本發明，在實現超大容量的固態硬盤的同時，仍保持高速讀寫速度的性倉泛
[0029]通過參考本說明書和附圖的其余部分可以實現本文所公開的特定實施例中的性質和優點的進一步理解。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1所示為本發明的實施例1的原理框圖；
[0031]圖2所示為實施例1中一個存儲通道(11)的進一步細節框圖；
[0032]圖3所示為本發明的實施例2的原理框圖；
[0033]圖4所示為實施例2中一個存儲通道(111)的進一步細節。【具體實施方式】
[0034]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0035]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0036]圖1示出了根據本發明的一個實施例中的一個固態硬盤(10)。固態硬盤(10)包括一個對外數據接口(4)，一個主處理器(5)，一個高速串行數據時序接口和控制單元(2)，一個DMA通道(3)，N個相同架構的并行的存儲通道(11-14)。
[0037]圖2是上述一個存儲通道11的進一步細節描述，包括一個數據緩存器(20)，一個通道I處理器(21)，一個SD/MMC時序接口電路(23)，一個高速時鐘開關電路(27)，開關電路控制信號(26 )，M個相同的存儲介質(41-43 )等主要部分，另外還包括開關電路控制信號(26)、SD/MMC時序接口電路的時鐘信號CLKl (22)、存儲介質共用的D[0:7]/CMD數據總線
(25)、存儲介質單用的時鐘信號CLKl-1 (25)等。
[0038]實施例的一個超大容量的固態硬盤(10)的工作機制如下:
[0039]固態硬盤(10)通過對外接口(4)和外部主機(I)相連；外部主高速串行數據通訊接口和控制單元(2)收到外部主機(I)的串行信息后，經過信號檢測和串并轉換等處理，再傳遞給主處理器(5);主處理器(5)將外部主機(I)所要求的讀寫數據內容(包括數據邏輯塊地址和數據長度等信息)，通過DMA通道(3)平均分配給各個存儲通道(11-14)。
[0040]后續的各個存儲通道的操作模式均相同，以存儲通道I (11)為例，描述如下:
[0041]DMA通道(3)的數據信息經過數據緩存器(20)，傳遞給通道I處理器(21)。
[0042]通道I處理器(21)負責將數據的邏輯塊地址轉換成物理塊地址，而物理塊地址則和存儲介質一一對應；通道I處理器(21)可根據所需讀寫的數據物理塊地址，選擇相應的存儲介質(41-43);通道I處理器(21)負責對通道內的各個存儲介質(41-43)分配不同的物理塊地址，負責控制高速時鐘開關電路(27)的切換，負責控制SD/MMC時序接口電路(23)。
[0043]SD/MMC時序接口電路(23)的D[0:7]/CMD數據總線(25)直接和各個存儲介質(41-43)并接和共享；SD/MMC時序接口電路(23)的時鐘信號CLKl (22)則接入高速時鐘開關電路(27)，并經選擇和切換后，再分別連接到各個存儲介質(41-43)，比如連接到存儲介質I (41)的時鐘信號CLKl-1 (25)。
[0044]各個存儲介質(41-43)均由通道I處理器(21)設置成為傳輸狀態(transfer):當收到時鐘信號和相應協議命令時，則該存儲介質可立即進入傳輸工作狀態，從而保持高速的讀寫速度；當未收到時鐘信號時，則該存儲介質的其他所有接口管腳均始終保持高阻抗輸入狀態，和其他存儲介質共享D [0:7] /CMD數據總線(25)。
[0045]高速時鐘開關電路(27)可由單刀雙擲數據開關、單刀多擲數據開關或者其他數據開關電路構成；可采用開關級聯的方式等。較優的選擇是采用單刀雙擲的數據開關電路，級聯不超過兩級。[0046]高速時鐘開關電路(27)的輸入端(公共端)連接SD/MMC時序接口電路(23)的時鐘信號CLKl (22);高速時鐘開關電路(27)的輸出端(擲端)則分別連接到各個存儲介質(41-43)的時鐘信號接口。高速時鐘開關電路(27)的輸出端切換，由開關電路控制信號
(26)來控制。
[0047]當通道I處理器(21)根據物理塊地址，確定所需要讀寫的某個存儲介質，比如存儲介質I (41)時，通道I處理器(21)即控制高速時鐘開關電路(27)，將時鐘信號CLKl (22)切換到CLKl-1 (25)端口，然后，通道I處理器(21)即可對存儲介質1(41)進行讀寫操作，完成存儲介質的選擇和讀寫工作流程。
[0048]上述實施例的一個超大容量的固態硬盤(10)包括N個存儲通道，每個存儲通道含有M個存儲介質，則硬盤的總體容量為M X N X單個存儲介質容量。
[0049]圖3示出了根據本發明的另外一個實施例的一種超大容量固態硬盤(100)，是一個基于128GB eMMC存儲介質的總容量為2TB的帶SATA接口的固態硬盤。固態硬盤(100)包括一個對外SATA數據接口( 104)，一個32位主處理器(105)，一個SATA高速串行數據時序接口和控制單元(102)，一個DMA通道(103)，8個相同架構的并行的存儲通道(111-118)。
[0050]圖4是上述圖3 —個存儲通道(111)的進一步細節描述，包括一個數據緩存器(120)，一個通道I處理器(121 )，一個SD/MMC時序接口電路(123)，一個1P2T的高速數據開關(127)，2個128GB的eMMC( 141-142)等主要部分，另外還包括開關電路控制信號Switch_Sel (126)，SD/MMC時序接口電路的時鐘信號CLKl (22)，eMMC共用的D [0:7] /CMD數據總線(125)，eMMC 單用的時鐘信號 CLK1-1 (25)、CLK1-2 (128)等。
[0051]上述實施例的一個超大容量的固態硬盤(100)包括8個存儲通道，每個存儲通道含有2個128GB eMMC，則硬盤的總體容量=8x2xl28GB=2048GB=2TB ;另外該固態硬盤(100)僅包含16片eMMC芯片,可在2.5英寸硬盤尺寸上實現。
[0052]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，包括: 采用帶SD/MMC接口的存儲介質； 具有多個存儲通道； 每個存儲通道中容納多個帶SD/MMC接口的存儲介質； 每個存儲通道通過SD/MMC接口的時鐘信號的切換來片選同一通道內的各個存儲介質。
2.權利要求1中所述的一種超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，所述帶SD/MMC接口的存儲介質是eMMC存儲芯片、iNAND存儲芯片或者SD/MMC存儲卡中的任一種。
3.根據權利要求1所述的超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，還設置有:對外高速數據接口、主處理器、DMA數據通道以及多個并行的存儲通道。
4.根據權利要求1所述的超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，每個存儲通道還設置有:存儲通道處理器、SD/MMC時序接口電路、高速時鐘開關電路。
5.根據權利要求1中所述的一種超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，每個存儲通道內的各個存儲介質共享SD/MMC接口的數據總線。
6.根據權利要求1中所述的一種超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，每個存儲通道的SD/MMC接口時鐘線接到高速時鐘開關電路的公共輸入端，各個存儲介質的時鐘線分別連接到高速時鐘開關電路的輸出端。
7.根據權利要求3中所述的一種超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，所述的對外數據接 口可為如下接 口之一:SATA、eSATA、USB、IDE、SCS1、SAS、PCI/PCIE。
8.根據權利要求4所述的超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，所述存儲通道處理器負責分配通道內的各個存儲介質的物理塊地址，并根據物理塊地址來選擇所需讀寫的存儲介質。
9.根據權利要求4所述的超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，所述存儲通道處理器通過控制高速時鐘開關電路，將SD/MMC時序接口電路的時鐘信號切換和連接到所需讀寫的存儲介質的時鐘信號線。
10.根據權利要求4所述的超大容量固態硬盤的實現方法，其特征在于，所述高速時鐘開關電路可由單刀雙擲數據開關或者單刀多擲數據開關構成；并可采用開關級聯的方式。
【文檔編號】G06F3/06GK103809920SQ201410049417
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2014年2月13日
【發明者】樊凌雁 申請人:杭州電子科技大學