專利名稱：一種存儲系統(tǒng)的控制器硬件架構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機存儲技術，特別是存儲系統(tǒng)的控制器。
背景技術：
存儲系統(tǒng)是一種將多個磁盤驅(qū)動器組織在一起，以提供較高的數(shù)據(jù)讀寫、傳輸性能和存儲安全特性的計算機設備。是指計算機中由存放程序和數(shù)據(jù)的各種存儲設備、控制器及管理信息調(diào)度的設備(硬件)和算法(軟件)所組成的系統(tǒng)。其控制器主要有三個功能: 管理和控制磁盤集合(陣列)、高速I / O操作與處理、為數(shù)據(jù)提供冗余計算即RAID管理。 存儲控制器硬件功能模塊上端接口為光纖通道與以太網(wǎng)接口。下端接口為磁盤接口多為 FC(光纖)，SATA，SAS。數(shù)據(jù)由上端接口進入控制器，經(jīng)過I / O緩存，RAID控制及管理， 由下端磁盤接口寫入磁盤。目前的技術限制
目前存儲控制器多基于X86體系結(jié)構(gòu)，其硬件結(jié)構(gòu)示意如圖I。內(nèi)存為系統(tǒng)唯一緩存， 操作系統(tǒng)、應用程序都依賴于內(nèi)存。所有外部接口(如FC，ETH, SATA, SAS)的讀寫數(shù)據(jù)都依賴于內(nèi)存作為數(shù)據(jù)緩存。CPU在執(zhí)行程序時訪問內(nèi)存多為64或128字節(jié)的數(shù)據(jù)讀寫。而外部接口訪問數(shù)據(jù)緩存多為512至4096字節(jié)的大數(shù)據(jù)塊訪問。CPU的數(shù)據(jù)緩存與外部高速接口的數(shù)據(jù)緩存共用同一內(nèi)存，勢必增加內(nèi)存訪問的復雜性，影響內(nèi)存訪問效率，并且內(nèi)存很容易成為整個系統(tǒng)的性能瓶頸。而存儲控制器主要功能是數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理，隨著當前高速I/O廣泛應用于存儲系統(tǒng)，高速的數(shù)據(jù)傳輸與處理要求存儲控制器要大的數(shù)據(jù)緩存，高的數(shù)據(jù)計算處理能力。X86架構(gòu)僅依靠提高CPU頻率已經(jīng)無法滿足存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與處理需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的針對背景技術所述的現(xiàn)有技術的不足，實現(xiàn)一種新型的存儲系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，以期提高存儲控制器數(shù)據(jù)傳輸與處理性能，同時減輕CPU的計算負擔。為達上述目的，本發(fā)明設計的存儲系統(tǒng)硬件構(gòu)架
本發(fā)明是一種片上系統(tǒng)，由管理通道，數(shù)據(jù)通道和監(jiān)控通道構(gòu)成，監(jiān)控通道連接在管理通道和數(shù)據(jù)通道；所述管理通道由CPU、內(nèi)存控制器、管理通道專用總線、串口、管理網(wǎng)口及一些低速外設(如GPIO, LED, I2C等)組成；所述數(shù)據(jù)通道由外部高速I/O接口，數(shù)據(jù)通道總線，RAID計算加速，數(shù)據(jù)通道緩存組成；所述監(jiān)控通道由監(jiān)控通道總線、數(shù)據(jù)通道各部分狀態(tài)與控制寄存器和中斷控制器組成。優(yōu)選方案管理通道的內(nèi)存控制器突發(fā)長度設置為4，每次讀或?qū)懞笾鲃幼鯾ank 切換和管理。管理通道專用總線，數(shù)據(jù)位寬為128比特，讀寫突發(fā)長度最大為4。優(yōu)選方案二 數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)通道總線的數(shù)據(jù)位寬為128比特以上，突發(fā)長度16 以上。本發(fā)明的有益效果從硬件架構(gòu)上將存儲控制器的管理與數(shù)據(jù)傳輸分開，優(yōu)先滿足數(shù)據(jù)傳輸性能，用以提高存儲控制器的I/O傳輸與處理能力。


圖1，現(xiàn)有的x86體系硬件架構(gòu)示意圖2，本發(fā)明的存儲系統(tǒng)控制器的實施例結(jié)構(gòu)示意圖3，控制通道結(jié)構(gòu)示意圖4，數(shù)據(jù)通道結(jié)構(gòu)示意圖5，監(jiān)控通道結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以常用的存儲設備之一，虛擬磁帶庫(VTL)為例，說明本發(fā)明應用。虛擬磁帶庫硬件是一套基于磁盤陣列的存儲系統(tǒng)，軟件上應用虛擬化技術將其虛擬成一套磁帶庫存儲系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種存儲控制器硬件架構(gòu)，將存儲控制器的集成到單顆芯片上，即所述的片上系統(tǒng)架構(gòu)，降低硬件電路板的復雜度的同時提供更高的性能和更可靠的體統(tǒng)。如圖2虛擬磁帶庫的片上系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。整個系統(tǒng)分為三個通道管理通道，數(shù)據(jù)通道和監(jiān)控通道。管理通道以CPU為核心，主要用于運行操作系統(tǒng)，磁帶庫虛擬化應用程序，數(shù)據(jù)通道后臺管理程序。軟件程序存儲于管理通道的內(nèi)存。管理通道如圖3由CPU，內(nèi)存，管理通道專用總線，串口，管理網(wǎng)口及一些低速外設(如GPI0，LED，I2C等)組成。主要完成儲控制器的后臺任務監(jiān)測，前臺界面響應，及異常處理等功能。CPU在運行操作系統(tǒng)及應用程序時，多以64字節(jié)或128字節(jié)的數(shù)據(jù)塊訪問內(nèi)存，并且多為離散訪問。所以管理通道的特點，訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)塊小，離散訪問多，突發(fā)數(shù)據(jù)量大。為保證管理通道運行效率，管理通道為管理通道專用總線，針對管理通道特點，總線地址32位寬，數(shù)據(jù)位寬128位，頻率200MHz，讀寫通道獨立，支持突發(fā)(burst)讀寫，突發(fā)讀深度8。內(nèi)存控制器突發(fā)深度4，每次讀寫后主動執(zhí)行預充電(pre-charge)，更換塊 (active bank)。數(shù)據(jù)通道如圖4，用于I/O數(shù)據(jù)傳輸與處理，是存儲控制器的核心通道。它要保證高數(shù)據(jù)帶寬，高效率的實時傳輸，和快速的數(shù)據(jù)處理與計算。由前端高速I/o接口、后端高速i/o接口、數(shù)據(jù)通道總線、RAID計算加速，數(shù)據(jù)通道緩存組成。存儲系統(tǒng)的外部I/O接口是高速串行接口(如FC，SATA, SAS)，數(shù)據(jù)傳輸帶寬在800MB/S以上。存儲系統(tǒng)控制器的主要功能完成數(shù)據(jù)對存儲介質(zhì)的寫入或讀出，即要保證高速，高效的數(shù)據(jù)傳輸，又要保證數(shù)據(jù)的安全性。所以數(shù)據(jù)通道是存儲控制器的核心。數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)流程
數(shù)據(jù)由前端高速I/O接口進入前端接口，經(jīng)過協(xié)議解析，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩存，并觸發(fā)中斷通知管理通道，管理通道啟動數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊開始做相應數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)束觸發(fā)中斷通知管理通道，管理通道啟動后端I/o將數(shù)據(jù)寫入磁盤。整個過程大塊的數(shù)據(jù)僅緩存于數(shù)據(jù)通道，所有數(shù)據(jù)解析與處理由硬件邏輯完成，數(shù)據(jù)傳輸由各部分的DMA負責。 管理通道處理簡單的監(jiān)控與控制功能。
因為數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)訪問特點，數(shù)據(jù)塊大，多以4096字節(jié)或更大數(shù)據(jù)塊傳輸。為保證高速傳輸，設計總線地址64位寬，數(shù)據(jù)128位寬，讀寫通道獨立，支持突發(fā)(burst)讀寫， 突發(fā)讀深度16-32。內(nèi)存控制器，突發(fā)訪問深度8，多塊(bank)同時激活。相應的，作為數(shù)據(jù)緩存的內(nèi)存訪問多為大塊數(shù)據(jù)順序讀寫，可以達到內(nèi)存訪問效率的90%以上。監(jiān)控通道是管理通道探測和管理數(shù)據(jù)通道的唯一接口。如圖5它由監(jiān)控通道總線，數(shù)據(jù)通道各部分狀態(tài)與控制寄存器，中斷控制器組成。監(jiān)控通道是管理通道與數(shù)據(jù)通道交互通道。管理通道可以通過監(jiān)控通道完成對數(shù)據(jù)通道的控制和監(jiān)測。監(jiān)控通道總線是輕量級總線，總線讀寫方式簡單，讀寫延時小?？梢员Ｕ瞎芾硗ǖ揽焖夙憫獢?shù)據(jù)通道。本發(fā)明的存儲系統(tǒng)控制器的主要功能是數(shù)據(jù)傳輸與處理，而將系統(tǒng)管理與數(shù)據(jù)傳輸分開，可以根據(jù)不同功能需求，分別優(yōu)化，優(yōu)先滿足數(shù)據(jù)傳輸與處理的硬件資源需求，更適合存儲系統(tǒng)控制器。
權利要求
1.一種存儲系統(tǒng)的控制器硬件架構(gòu)，是一種片上系統(tǒng)，由管理通道，數(shù)據(jù)通道和監(jiān)控通道構(gòu)成，監(jiān)控通道連接在管理通道和數(shù)據(jù)通道；所述管理通道由CPU、內(nèi)存控制器、管理通道專用總線、串口、管理網(wǎng)口及一些低速外設(如GPIO，LED, I2C等)組成；所述數(shù)據(jù)通道由外部高速I/O接口，數(shù)據(jù)通道總線，RAID計算加速，數(shù)據(jù)通道緩存組成；所述監(jiān)控通道由監(jiān)控通道總線、數(shù)據(jù)通道各部分狀態(tài)與控制寄存器和中斷控制器組成。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種存儲系統(tǒng)的控制器硬件架構(gòu)，其特征在于所述的管理通道的內(nèi)存控制器突發(fā)長度設置為4，每次讀或?qū)懞笾鲃幼鯾ank切換和管理，管理通道專用總線，數(shù)據(jù)位寬為128比特，讀寫突發(fā)長度最大為4。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種存儲系統(tǒng)的控制器硬件架構(gòu)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)通道總線的總線地址64位寬，數(shù)據(jù)128位寬，讀寫通道獨立，支持突發(fā)(burst) 讀寫，突發(fā)讀深度16-32 ;內(nèi)存控制器的突發(fā)訪問深度8，多塊(bank)同時激活。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種存儲系統(tǒng)的控制器架構(gòu)，涉及計算機存儲技術，它是一種片上系統(tǒng)，由管理通道,數(shù)據(jù)通道和監(jiān)控通道構(gòu)成，監(jiān)控通道連接在管理通道和數(shù)據(jù)通道；所述管理通道由CPU、內(nèi)存控制器、管理通道專用總線、串口、管理網(wǎng)口及一些低速外設(如GPIO，LED，I2C等)組成；所述數(shù)據(jù)通道由外部高速I/O接口，數(shù)據(jù)通道總線，RAID計算加速，數(shù)據(jù)通道緩存組成；所述監(jiān)控通道由監(jiān)控通道總線、數(shù)據(jù)通道各部分狀態(tài)與控制寄存器和中斷控制器組成。本發(fā)明將存儲控制器的管理與數(shù)據(jù)傳輸分開，優(yōu)先滿足數(shù)據(jù)傳輸性能，可以提高存儲控制器的I/O傳輸與處理能力。
文檔編號G06F13/16GK102609379SQ201210025760
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權日2012年2月7日
發(fā)明者宋君, 張慶敏, 張衡, 胡剛 申請人:無錫眾志和達存儲技術有限公司