专利名称：具大储存容量的磁碟阵列设备的制作方法
技术领域：
本实用新型系涉及一种磁碟阵列设备(disk array device)，特别是关于一种以硬件实现的磁碟阵列设备(redundant array of inexpensive disksdevice，RAID device)，其具有较大的储存容量。
现有的使用于个人电脑、工作站或伺服器的磁碟阵列设备系显示于
图1与图2的方块图中。在图1中，磁碟阵列设备包含一磁碟阵列控制器(diskarray controller)11，一般而言为一外接式磁碟阵列控制卡，用以将存放于磁碟阵列背板(backplane)12的并列I/O界面磁碟机121-128，例如ATA(AT attachment)磁碟机或SCSI(small computer sysrems interface)磁碟机，连结至主机电脑10。磁碟阵列控制器11通过一主机界面105，例如一SCSI汇流排、ATA汇流排、S-ATA汇流排、光纤通道(fibre channel)界面、infiniband汇流排，连接至主机电脑10。主机电脑10的主机处理器101与系统存储器102经由主机PCI汇流排(host PCI bus)103与磁碟阵列控制器11沟通。I/O控制器104为插在主机电脑10的PCI(peripheral componentinterconnect)扩充插槽的PCI装置，其将主机PCI汇流排103的资料转换成主机界面105的资料。磁碟阵列控制器11包含一I/O控制器115，其将主机界面105的资料转换成本地PCI汇流排(local PCI bus)114的资料。四个或是更多个并列I/O界面控制器116-119系连接至本地PCI汇流排114。每个并列I/O界面控制器经由并列I/O界面15分别控制磁碟阵列背板12上所存放的两台并列I/O界面磁碟机的运作。磁碟阵列控制器11更包含一微控制器111与一存储器112(较佳者为一缓冲存储器)，其皆经由合适的桥梁装置(bridge，未显示于图中)连接至磁碟阵列控制器11的本地PCI汇流排114。
图2显示另一种现有磁碟阵列设备的方块图。与图1的现有磁碟阵列设备相较，图2二的磁碟阵列控制器11对主机电脑10而言乃是一PCI装置。一磁碟阵列控制器11，一般而言为一块控制卡，其插在主机电脑10的PCI扩充插槽中，而与主机电脑10的主机处理器101与系统存储器102经由主机PCI汇流排103沟通。磁碟阵列控制器11包含一PCI-to-PCI bridge113，其将主机PCI汇流排103与磁碟阵列控制器11的本地PCI汇流排114相连接，且做为主机PCI汇流排103与本地PCI汇流排114的汇流排主动装置(bus master)。四个或是更多个并列I/O界面控制器116-119连接至本地PCI汇流排114。每个并列I/O界面控制器经由并列I/O界面15分别控制磁碟阵列背板12上所存放的两台并列I/O界面磁碟机的运作。磁碟阵列控制器11更包含一微控制器111与一存储器112(较佳者为一缓冲存储器)，其皆经由合适的桥梁装置(bridge，未显示于图中)连接至磁碟阵列控制器11的本地PCI汇流排114。
然而，众所熟知的，在现今的电脑系统中，最常见的磁碟机界面主要包含ATA界面以及SCSI界面，其皆为一种并列I/O界面(parallel I/Ointerface)。当资料与控制讯号在ATA界面上传输时，会因为讯号强度的衰减而产生其电缆线在有效讯号传输距离上有45公分的限制。是以，若是采用并列I/O界面15做为磁碟阵列控制器11制存放于磁碟阵列背板12上的并列I/O界面磁碟机121-128的控制界面，便会因为并列I/O界面15在讯号传输时电缆线在长度上的本质限制，使得磁碟阵列控制器11所能够控制的并列I/O界面磁碟机数目受到限制。更进一步的，整个磁碟阵列设备所能够支援的并列I/O界面磁碟机数目也会受到某种程度的限制。
因此便有其需要提供一种磁碟阵列设备，其可突破传统并列I/O界面在讯号传输时所造成电缆线在长度上的本质限制，使得磁碟阵列控制器可以控制较多数目的磁碟机，进而扩展磁碟阵列设备整体的储存容量。
本实用新型的另一目的在于提供一种具大储存容量的磁碟阵列设备，在其中磁碟阵列控制器以比并列I/O界面更适合以较长的电缆线传输讯号的序列I/O界面与磁碟机连接，使得磁碟阵列设备的储存容量增加。
根据本实用新型的一较佳实施例的叙述，本实用新型提供一种磁碟阵列控制器，用以将具有一系统存储器的一主机电脑耦接至复数个磁碟阵列，其包含一本地PCI汇流排；一序列I/O界面控制器，耦接于该本地PCI汇流排与该复数个磁碟阵列之间，其系被组态设定以经由一序列I/O界面控制至少一个磁碟阵列中的至少一个磁碟机的运作；一存储器，较佳者为一缓冲存储器，用以储存该系统存储器与该复数个磁碟阵列的磁碟机间的一I/O资料；以及一微控制器，根据该主机电脑所产生的一I/O请求，将该I/O请求中所包含的命令与资料经由该本地PCI汇流排分配至该序列I/O界面控制器，以启始该主机电脑与该磁碟阵列的磁碟机间的一I/O资料传输。
根据本实用新型的一较佳实施例的一第一方面的构想，该主机电脑可为一个人电脑(PC)、一工作站或一伺服器，而经由一主机界面与该磁碟阵列控制器耦接。该主机界面可包含一SCSI汇流排、ATA汇流排、S-ATA汇流排、光纤通道(fibre channel)界面或一infiniband汇流排。磁碟阵列中的磁碟机为一并列I/O界面磁碟机，例如一ATA磁碟机或一SCSI磁碟机。该主机电脑更包含一I/O控制器，用以将该主机电脑的主机PCI汇流排的资料转换成该主机界面的资料，且该磁碟阵列控制器亦包含一I/O控制器，用以将该主机界面的资料转换成本地PCI汇流排的资料。
根据本实用新型的一较佳实施例的一第二方面的构想，本实用新型的磁碟阵列控制器乃是经由主机电脑的系统汇流排与主机电脑沟通的一系统汇流排装置。一般而言，主机电脑的系统汇流排乃是指向一主机PCI汇流排。因此，本实用新型的磁碟阵列控制器亦可以一PCI装置实现，且其包含一桥梁装置，用以耦接该主机PCI汇流排至本地PCI汇流排。
为了达成以序列I/O界面控制并列I/O界面磁碟机的运作，一序列-并列界面转换器设置于该序列I/O界面与每个磁碟阵列的每个磁碟机之间，用以将每个磁碟阵列的每个磁碟机耦接至该序列I/O界面。在本实用新型的较佳实施例中，上述的序列I/O界面控制器可选用通用序列汇流排(USB)控制器、IEEE1394控制器或是光纤通道(fibre channel)界面控制器，分别经由一USB界面、一IEEE1394汇流排界面与一光纤通道界面控制至少一个磁碟阵列中的至少一个磁碟机的运作。
本实用新型亦提供一种磁碟阵列设备，其包含一主机电脑，较佳者为一个人电脑(PC)；复数个磁碟阵列；以及一磁碟阵列控制器，具有一本地PCI汇流排，用以将该主机电脑耦接至该复数个磁碟阵列，其包含一序列I/O界面控制器，连接至该本地PCI汇流排，用以接收该主机电脑所产生的一I/O请求所包含的一命令与一资料，而利用该序列I/O界面控制至少一个磁碟阵列中的至少一个磁碟机的运作。
根据本实用新型的一较佳实施例，该主机电脑可为一个人电脑、一工作站或一伺服器，且经由一主机界面，例如一SCSI汇流排、ATA汇流排、S-ATA汇流排、光纤通道(fibre channel)界面或一infiniband汇流排，与磁碟阵列控制器耦接。然而，根据本实用新型的一较佳实施例，磁碟阵列控制器亦可经由主机电脑的一系统汇流排，例如一主机PCI汇流排，直接耦接至主机电脑，成为主机电脑的一PCI装置。
为了使得该磁碟阵列控制器能够经由该序列I/O界面控制该磁碟阵列中的磁碟机的运作，一序列-并列界面转换器设置于该序列I/O界面与每个磁碟阵列的每个磁碟机之间，用以将每个磁碟阵列的每个磁碟机耦接至该序列I/O界面。该磁碟阵列控制器的序列I/O界面控制器做为本地PCI汇流排的汇流排主动装置(bus master)，其能够通过本地PCI汇流排的读取/写入周期运作，经由该序列I/O界面控制至少一个磁碟阵列中的至少一个并列I/O界面磁碟机，例如ATA或SCSI界面磁碟机，的运作。可实施于本实用新型的序列I/O界面可包含通用序列汇流排(USB)界面、IEEE1394界面或是光纤通道(fibre channe1)界面。
元件符号说明主机电脑10 磁碟阵列控制器11、21、31主机处理器101系统存储器102主机PCI汇流排103 I/O控制器104、115主机界面105 微控制器111存储器112PCI-to-PCI bridge 113本地PCI汇流排114 并列I/O界面控制器116-119磁碟阵列背板12、22、32磁碟阵列背板12上所存放的并列I/O界面磁碟机121-128并列I/O界面15序列I/O界面控制器120、121序列I/O界面20序列-并列界面转换器211磁碟阵列背板22所存放的并列I/O界面磁碟机212IEEE1394控制器320、321IEEE1394汇流排界面30 IEEEE1394-ATA转换器311磁碟阵列背板32所存放的ATA磁碟机312
如图3与图4所示，根据本实用新型的磁碟阵列设备的磁碟阵列控制器21，包含一序列I/O界面控制器120与121，做为磁碟阵列控制器21控制存放于磁碟阵列背板22上的并列I/O界面磁碟机212的控制界面。每个序列I/O界面控制器系组态设定为控制四个并列I/O界面磁碟机。然而，由于存放于磁碟阵列背板22的并列I/O界面磁碟机212是采用并列I/O界面做为其与其它周边装置沟通的界面，在序列I/O界面20与每个并列I/O界面磁碟机212之间皆需增设一个序列-并列界面转换器(serial-to-parallel converter)211，用以将序列I/O界面控制器120与121通过序列I/O界面20传送过来的磁碟控制讯号转换成在并列I/O界面上传送的讯号，分别控制磁碟阵列背板22上所存放的各个并列I/O界面磁碟机212的运作。值得注意的是，一般而言序列I/O界面因为在其中所传送的讯号的衰减量远较于并列界面来的小，序列I/O界面电缆线的有效讯号传输距离就远比并列界面电缆线的有效讯号传输距离要长的多。若是采用序列I/O界面20取代图1的并列I/O界面15做为磁碟阵列控制器21控制相连接的磁碟机的控制界面，则磁碟阵列控制器21所能够存取的磁碟机数目必会因传送磁碟控制讯号的有效讯号传输距离的增加而增多。如此的磁碟阵列设备组态，将可大幅度地提升磁碟阵列设备所能支援的磁碟机数目，增加储存容量。
在运作时，主机电脑的主机处理器101经由主机PCI汇流排103、本地PCI汇流排114以及I/O控制器104与115(若磁碟阵列设备控制器的组态为为图3的外接式装置)或PCI-to-PCI bridge 113(若磁碟阵列设备控制器的组态为图4的PCI装置)送出一I/O请求至微控制器111。一般而言，每个I/O请求包含一命令描述符号区块(command descriptor block，CDB)，其为并列I/O界面磁碟机的命令，用以指定欲执行的磁碟机运作的参数(如读取或写入)。微控制器111会根据主机电脑所发出的I/O请求执行一个韧体程序，将I/O请求基于特殊的RAID组态(如RAID 3或RAID 5)转换成相等的并列I/O界面磁碟机命令，且经由本地PCI汇流排114将这些并列I/O界面磁碟机命令分配到相对应的序列I/O界面控制器120与121，以启始并列I/O界面磁碟机212与主机电脑10间的I/O资料传输。序列I/O界面控制器120与121乃是做为本地PCI汇流排114的汇流排主动装置(busmaster)，其具有存取连接至本地PCI汇流排114的周边装置的能力。关于序列I/O界面控制器120与121存取并列I/O界面磁碟机212的方式，乃是由序列I/O界面控制器120与121向本地PCI汇流排114的仲裁器(未显示出)取得本地PCI汇流排114的使用权後，依照本地PCI汇流排114的读取/写入周期运作存取并列I/O界面磁碟机212。因此，主机电脑10的系统存储器102与并列I/O界面磁碟机的212间的I/O资料便可通过序列I/O界面控制器120与121存取并列I/O界面磁碟机212的途径来达成。一开始时，由系统存储器102所发出的I/O资料乃是储存在存储器112中。存储器112亦执行其它与特殊RAID组态相关的运作，例如根据发生错误的磁碟机来重建资料。微控制器111亦会监视所分配下去的并列I/O界面命令的处理情形，并且会插断主机处理器101的运作，以通知主机处理器101 I/O资料传输作业已经完成。
图5与图6分别显示根据图3与图4的的一较佳实施例的磁碟阵列设备方块图，其中序列I/O界面控制器指定为一IEEE1394控制器320与321，且磁碟阵列控制器31乃是经由IEEE1394汇流排界面30控制存放于磁碟阵列背板32上的ATA磁碟机312。IEEE1394汇流排界面30为一种具有大资料传输流量特性的汇流排界面，且可同时提供62个周边装置与其它周边装置进行资料传输。因此，在本实用新型的磁碟阵列设备中，磁碟阵列控制器31中的磁碟控制单元可采用IEEE1394控制器320与321来实现，而通过IEEE1394汇流排界面30连接至存放于磁碟阵列背板32上的并列I/O界面磁碟机312。在图5与图6的实施例中，并列I/O界面磁碟机系指定为ATA磁碟机312。为了要使得IEEE1394汇流排界面30能够存取ATA磁碟机312，在IEEE1394汇流排界面30与每个ATA磁碟机312之间须设置一个IEEE1394-ATA转换器311，用以将在IEEE1394汇流排界面30上传输的讯号转换成在ATA汇流排界面上传输的讯号。如前所述，IEEE1394汇流排界面可同时提供62个周边装置与其它周边装置进行资料传输。因此本实用新型的磁碟阵列控制器31便可经由IEEE1394汇流排界面30控制存放在磁碟阵列背板32上的ATA磁碟机312。如此一来将可使得磁碟阵列控制器所能存取的磁碟机数目最大化，且使得磁碟阵列设备的效能达到最佳化。
简言之，本实用新型提供一种磁碟阵列设备，在其中磁碟阵列控制器采用一种序列I/O界面以取代ATA汇流排或SCSI汇流排等并列I/O界面，做为磁碟阵列控制器控制存放于磁碟阵列背板上的并列I/O界面磁碟机的控制界面。由于ATA汇流排或SCSI汇流排等并列I/O界面的电缆线在有效讯号传输距离具有本质上的限制，采用有效讯号传输距离较长的序列I/O界面如通用序列汇流排(USB)界面、IEEE1394界面或光纤通道(fibrechannel)界面做为磁碟阵列控制器与磁碟机的沟通界面，则ATA或SCSI汇流排等并列I/O界面的有效讯号传输距离长度不够的缺陷将可得到改善，使得磁碟阵列设备的磁碟机数目与储存容量增加，更进一步地可增加磁碟控制讯号传输的稳定度与可靠度。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本专业的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的更动与润饰，均应在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其与一具有一系统存储器的主机电脑、及复数个磁碟阵列相连接，该磁碟阵列控制器包含一第一汇流排；一被组态设定以经由一序列I/O界面控制至少一个磁碟阵列中的至少一个磁碟机运作的序列I/O界面控制器，耦接于该第一汇流排与该复数个磁碟阵列之间；一用以储存该系统存储器与该复数个磁碟阵列的磁碟机间的一I/O资料的存储器；以及一将该主机电脑所产生的一I/O请求中所包含的一命令与一资料经由该第一汇流排分配至该序列I/O界面控制器、以启始该主机电脑与该磁碟阵列的磁碟机间的一I/O资料传输的微控制器。
2.如权利要求1所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该主机电脑可为一个人电脑(PC)、一工作站或一伺服器。
3.如权利要求1所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该磁碟阵列控制器经由一主机界面耦接至该主机电脑。
4.如权利要求3所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该主机界面由一ATA汇流排、一SCSI汇流排、一S-ATA汇流排、一光纤通道(fibre channel)界面、一infiniband汇流排的其中一种所组成。
5.如权利要求3所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该主机电脑还包含一用以将该主机电脑的一系统汇流排的资料转换成该主机界面的资料的I/O控制器；且该磁碟阵列控制器还包含一用以将该主机界面的资料转换成该第一汇流排的资料的I/O控制器；其中该主机电脑的该系统汇流排为一主机PCI汇流排，且该第一汇流排为一本地PCI汇流排。
6.如权利要求1所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该复数个磁碟阵列的磁碟机为一并列I/O界面磁碟机。
7.如权利要求6所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该并列I/O界面为一ATA汇流排或一SCSI汇流排。
8.如权利要求1所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该磁碟阵列控制器还包含一用以耦接该主机电脑的一系统汇流排至该第一汇流排的桥梁装置，而该主机电脑的该系统汇流排为一主机PCI汇流排，且该第一汇流排为一本地PCI汇流排。
9.如权利要求1所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中于该序列I/O界面与每个磁碟阵列的每个磁碟机之间，设置有一用以将每个磁碟阵列的每个磁碟机耦接至该序列I/O界面的序列-并列界面转换器。
10.如权利要求1所述的具大储存容量的磁碟阵列控制器，其特征是其中该序列I/O界面控制器为一USB界面控制器，且该序列I/O界面为一USB界面；或该序列I/O界面控制器为一IEEE1394控制器，且该序列I/O界面为一IEEE1394汇流排界面；或该序列I/O界面控制器为一光纤通道控制器，且该序列I/O界面为一光纤通道界面。
11.一种磁碟阵列设备，其包含一主机电脑；复数个磁碟阵列；以及一磁碟阵列控制器，具有一用以将该主机电脑耦接至该复数个磁碟阵列的第一汇流排，其包含一用以接收该主机电脑所产生的一I/O请求所包含的一命令与一资料、而经由一序列I/O界面控制至少一个磁碟阵列中的至少一个磁碟机的运作的序列I/O界面控制器，连接至该第一汇流排。
12.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中该主机电脑为一个人电脑(PC)、一工作站或一伺服器。
13.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中该磁碟阵列控制器经由一主机界面耦接至该主机电脑，而该主机界面由一ATA汇流排、一SCSI汇流排、一S-ATA汇流排、一光纤通道(fibre channel)界面、一infiniband汇流排的其中一种所组成。
14.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中该磁碟阵列控制器耦接至该主机电脑的一系统汇流排，而该系统汇流排为一PCI汇流排。
15.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中该复数个磁碟阵列的磁碟机为一并列I/O界面磁碟机。
16.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中于该序列I/O界面与每个磁碟阵列的每个磁碟机之间，设置有一用以将每个磁碟阵列的每个磁碟机耦接至该序列I/O界面的序列-并列界面转换器，而该序列I/O界面控制器为一USB界面控制器，且该序列I/O界面为一USB界面。
17.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中该序列I/O界面控制器为一IEEE1394控制器，且该序列I/O界面为一IEEE1394汇流排界面。
18.如权利要求11所述的磁碟阵列设备，其特征是其中该序列I/O界面控制器为一光纤通道界面控制器，且该序列I/O界面为一光纤通道界面。
专利摘要一种具大储存容量的磁碟阵列设备,其包含:一主机电脑,可为一个人电脑(PC)、一工作站或一伺服器;复数个存放于磁碟阵列背板上的并列I/O界面磁碟机所组成的磁碟阵列,如ATA磁碟机或SCSI磁碟机;以及一磁碟阵列控制器;该磁碟阵列控制器包含一本地PCI汇流排与一序列I/O界面控制器,其将并列I/O界面磁碟机耦接至主机电脑,序列I/O界面控制器做为本地PCI汇流排的一汇流排主动装置;由于序列I/O界面较并列I/O界面更易于扩充;因此,采用序列I/O界面做为与磁碟阵列沟通的磁碟阵列控制器可使得所能够控制的并列I/O界面磁碟机数目亦同样地增加,导致磁碟阵列设备的储存容量亦随之增大。
文档编号G06F9/22GK2491893SQ0123160
公开日2002年5月15日 申请日期2001年7月13日 优先权日2001年7月13日
发明者黄宿显 申请人:世仰科技股份有限公司