专利名称：Scsi磁盘记录装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种SCSI磁盘记录装置，特别是涉及外设、主机均需访问磁盘阵列设备的SCSI磁盘控制器及与之相应的记录装置。
背景技术：
高速数据记录与存储在科学研究及现代数据通信(讯)中具有非常重要的地位，在测试大系统、数据通信、科学试验、视频编辑等领域，都需要采用高速数据存储设备。目前海量记录存储设备通常是磁盘阵列设备和磁带记录仪，磁带的存储容量大但速度较慢，磁盘的速度较高，尤以SCSI接口(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)磁盘为甚，磁盘容量也越来越大，能方便地以磁盘阵列的方式构成一个高速大容量存储系统。
但磁盘存储系统过去多采用通用SCSI卡或嵌入式方法实现，通用SCSI卡必须由主机直接管理，囿于普通计算机体系的拓扑结构，不但占用CPU和I/O通道的很多时间，降低了磁盘的平均传输效率，而且实时性很难保证。而目前的嵌入式磁盘存储设备，尽管能保证实时性但缺乏与主机通信的灵活性。
磁盘存储系统过去无论采用通用SCSI卡还是嵌入式方法实现，采用的均是专用芯片，在针对特定功能需求时设计上缺乏灵活性。目前的电子、通信行业普遍采用SOC(System OnChip，片上系统)与IP(Intellectual Property，知识产权)核进行设计，但目前还没有SCSI系统控制器IP核，只能采用专用芯片，功能专一、操作不够灵活、硬件升级不方便。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术中所存在的不足之处，提供一种新颖的SCSI磁盘记录装置与方法。SCSI磁盘记录装置兼有嵌入式和通用SCSI设备的特点，主机与外设分时与SCSI磁盘阵列设备进行通信，外设以嵌入式的方式实时访问SCSI磁盘阵列设备，主机以普通方式与SCSI磁盘阵列设备进行通信，主机也可与外设进行通信、监控外设的数据和行为。针对采用专用芯片存在的技术问题，所有电路功能模块均为软核的形式，采用Verilog HDL(Verilog Hardware Language，Verilog硬件描述语言)进行设计，具有很好的移植性、剪裁性和功能拓展能力，可方便地在现场可编程器件上实现。
本发明的上述目的通过如下方案实现面向数字外设、SCSI磁盘阵列设备、主机三个I/O端口，在一现场可编程器件中集成了一个支持三端口互连的SCSI系统控制器，SCSI系统控制器由SCSI磁盘控制器软核、信息处理控制器软核、PCI总线控制器软核、外设接口控制器软核、SDRAM控制器软核构成，这些软核用Verilog硬件描述语言实现，用现场可编程器件实现其硬件功能。SCSI系统控制器外部分别与PCI(Peripheral Component Interconnection，周边元件扩展接口)总线接口、通过一个具有读指针恢复功能的FIFO与外设接口、通过LVTTL-LVDS电平转换芯片与SCSI磁盘阵列设备接口，构成一个三端口SCSI系统控制卡。为提高主机访问磁盘的性能，SCSI系统控制器外部连接了一片SDRAM作为在板缓存。
外设通过SCSI系统控制卡将外设数据写入磁盘阵列设备，同时主机与外设通信，记录外设每次写磁盘的存盘位置、读取外设的复制数据、监控外设访问磁盘阵列设备的行为。当外设暂停记录或全部记录完毕时，主机通过SCSI系统控制卡访问磁盘，根据所记录的外设每次存盘位置，读取磁盘数据，实现数据快速回放。
与已有技术相比，这种新颖的三端口I/O拓扑结构SCSI磁盘记录装置，既能保证外设数据存储的高速实时性，主机又可以方便地监控外设的所有数据和行为，也可根据所作记录访问磁盘实现数据的快速回放，操作灵活，克服了通用SCSI存储设备的非实时性以及嵌入式SCSI存储设备与主机通信不便的问题。SCSI磁盘记录装置中的SCSI系统控制器，兼有嵌入式和通用SCSI控制器的特点，采用软核的形式，用现场可编程器件实现，克服了SCSI控制器专用芯片功能单一、操作不够灵活、硬件升级不方便的技术问题。
图1为本发明的SCSI磁盘记录装置的I/O结构图。
图2为本发明的SCSI系统控制器的内部电路结构图。
图3为本发明的SCSI磁盘控制器软核的电路结构图。
图4为示出的单启动多目标SCSI总线阶段迁移图。
图5为本发明的信息处理控制器软核的电路结构图。
图6为本发明的信息处理控制器软核的工作流程图。
具体实施例方式
参考图1，该图示出本发明的SCSI磁盘记录装置的I/O结构图，外设、主机与SCSI磁盘阵列设备通过三端口SCSI系统控制卡1互连的三端口I/O拓扑结构。该SCSI系统控制卡以现场可编程器件2为其核心电路，集成了支持三端口互连的SCSI系统控制器，SCSI系统控制器外部分别与PCI总线接口、通过一个具有读指针恢复功能的FIFO与外设接口、通过LVTTL-LVDS电平转换芯片与SCSI磁盘阵列设备接口，构成一个三端口SCSI系统控制卡。外设、主机分时访问磁盘阵列设备，以突破目前SCSI控制器专用芯片的功能只能支持主机访问磁盘或只能支持外设访问磁盘的单一功能的局限。
参考图2，该图示出本发明的SCSI系统控制器的内部电路结构图，SCSI系统控制器包括SCSI磁盘控制器、信息处理控制器、PCI总线控制器、外设接口控制器、SDRAM控制器以及缓冲区FIFO1、FIFO2，所有电路模块均为软核的形式，用现场可编程器件2实现其电路功能。
数字外设的数据由信息处理控制器控制，实时地将数据从片外缓冲区通过FIFO1和SCSI磁盘控制器写入磁盘阵列设备，同时信息处理控制器通知主机，主机读取外设操作消息，记录数据存盘位置及其帧大小。在外设实时写磁盘的过程中，主机不作任何干预，但主机可以通过FIFO2读取外设的复制数据、监控外设的所有数据和动作，SCSI磁盘记录装置可以同时执行将外设数据实时存盘与主机监控显示的双重任务。
外设数据记录完后，主机根据外设写磁盘时所记录的数据存盘位置，通过信息处理控制器快速读取磁盘，将数据从磁盘通过SCSI磁盘控制器和FIFO3写入SDRAM，主机再读取SDRAM中的数据。
参考图3，该图示出本发明的SCSI磁盘控制器软核的电路结构图。SCSI磁盘控制器软核由SCSI协议微控制器、SCSI信息寄存器组、奇偶校验器、数字滤波器组成，具体实现SCSI指令访问层、SCSI传输协议层和SCSI物理连接层协议。SCSI协议微控制器是根据SCSI协议采用与RISC处理器控制部件相同的结构加以实现，支持选择、消息输入、命令、数据、消息输出、状态等SCSI总线阶段，并提供与信息处理控制器通信的功能。信息寄存器组包括信息输出寄存器组和信息输入寄存器组，信息输出寄存器组包括SCSI指令、消息输出寄存器队列，用于寄存信息处理控制器待发的指令、启动者消息，发送到目标设备。信息输入寄存器组包括状态和消息输入寄存器队列，用于寄存目标设备发送的状态、输入消息。数字滤波器用以消除SCSI总线信号沿长并行电缆传输造成的抖动。奇偶校验器用于对SCSI总线上的信息进行奇偶校验并在信息输出时产生奇偶校验位。
图4为示出的单启动多目标SCSI总线的阶段迁移图。对于SCSI磁盘记录装置，SCSI指令与消息，限定于SCSI磁盘支持的范围，SCSI指令与消息都是确定的，由于装置只有一个主控设备，且LVTTL-LVDS芯片通常不支持线或，因而SCSI磁盘控制器在启动SCSI总线访问磁盘时，可以免去仲裁阶段和再选择阶段。当外设由消息处理控制器控制使SCSI磁盘控制器启动一个写磁盘操作时，直接从空闲阶段进入选择阶段，将主控设备的ID与目标设备的ID一起发送到SCSI总线上，如果磁盘检测到奇偶错，则回到总线空闲阶段，当磁盘给出忙信号时，就可以进入消息输出阶段。将识别消息(80h)发送到SCSI总线上，建立主控设备与磁盘的连接，如果磁盘检测到奇偶错，则进入总线空闲阶段，如果没有奇偶错，则可以进入指令阶段。SCSI磁盘控制器将输出寄存器组中的指令根据REQ/ACK握手信号按序发送到SCSI总线上，如果磁盘检测到奇偶错，则进入总线空闲阶段，如果没有奇偶错，则可以进入数据阶段。在数据传输过程中，如果磁盘检测到奇偶错，则进入总线空闲阶段，如果没有奇偶错，SCSI磁盘控制器等待进入状态阶段。进入状态阶段时，如果SCSI磁盘控制器检测到奇偶错，则进入消息输出阶段，SCSI磁盘控制器向磁盘发送消息奇偶错(09h)，总线进入空闲阶段，如果没有奇偶错，SCSI总线进入消息输入阶段。在消息输入阶段，如果SCSI磁盘控制器检测到奇偶错，则进入消息输出阶段并向磁盘发送消息奇偶错(09h)，磁盘重试，再次进入消息输入阶段，如果没有奇偶错，SCSI总线就进入空闲阶段，外设的一次写任务就结束了。对于主机读磁盘的操作，SCSI总线阶段迁移与此相同。
参考图5，该图示出本发明的信息处理控制器软核的电路结构图。信息处理控制器的服务对象面向主机、外设、磁盘控制器，具体响应PCI命中、外设或磁盘控制器的物理中断脉冲，控制部件适时生成cmd_rdy、mark_ext、retry等控制信号。在响应外部中断时，PCI命中比外设中断的优先级高，SCSI磁盘控制器中断为PCI访问周期或外设访问周期正常或非正常结束的申明。当处于PCI访问周期、外设写磁盘任务未完或指针恢复重试时，控制部件给出mark_ext控制信号，而当响应PCI指令或响应外设中断并对其消息作LBA计算完毕时，给出cmd_rdy信号，通知地址序贯生成器生成地址并将指令寄存器堆中的信息序贯输出。
参考图6，该图示出本发明的信息处理控制器软核的工作流程图。系统上电后，由主机的应用程序通过驱动程序给信息处理控制器发指令获取磁盘记录仪系统中各个SCSI的容量、扇区大小等基本信息，主机读取这些信息进行记录并将这些信息写入信息处理控制器的磁盘参数表，之后放弃对系统的控制，由信息处理器等待外设信息管理器的中断。
当外设写磁盘时，外设信息管理器首先获取欲记录的外设帧数据的大小并向信息处理控制器发中断，控制部件清除该中断后，使能加法器计算LBA，将外设的帧数据的大小、LBA与SCSI微代码组合成SCSI指令，同时序贯地址生成器生成地址，将地址与SCSI指令按序发给磁盘控制器，同时控制部件通过PCI控制器发中断给主机。磁盘控制器接受指令后，启动快速同步传输，将外设的数据按序送上SCSI总线，并等待SCSI磁盘控制器的中断，如果状态是CHECK CONDITION，则发送REQUEST SENSE指令获取当前命令异常终止的原因，若为奇偶错，发送retry信号，恢复数据指针重试。而主机接收到中断后，记录本次传输的数据帧大小和数据存放于磁盘的位置，并读取外设的复制数据，起到监控的作用。当本次帧数据传输完后，磁盘控制器发中断给信息处理控制器，信息处理控制器于是等待外设信息管理器的下次中断，继续外设的数据写磁盘操作。当LBA的地址大于磁盘的最大允许寻址范围时，比较器给出dr_s信号将LBA置0，磁盘号加1，自动切换到下一个磁盘。信息处理是通过硬线连接并行工作。
主机读取外设存于磁盘的数据时，系统屏蔽掉外设中断，根据之前所记录的外设存盘位置快速读出磁盘中的数据并写入SDRAM缓存，再由信息处理控制器发中断脉冲给PCI控制器，主机接收到中断后，再以内存直接映象方式读取SDRAM中的数据。
从以上描述可知，由支持三端口I/O的SCSI系统控制器及其外围芯片构成三端口SCSI系统控制卡，将外设接口控制器软核、信息处理控制器软核、SCSI磁盘控制器软核、PCI总线接口控制器软核、SDRAM控制器软核组合成SCSI系统控制器软核，对SCSI系统控制器软核进行后综合与适配，将其配置数据通过编程器或在线编程方式编程到SCSI系统控制卡上的现场可编程器件的配置芯片中。将三端口SCSI系统控制卡与数字外设、SCSI磁盘阵列设备、主机互连组成SCSI磁盘记录装置。启动计算机，安装驱动程序，根据具体的应用编写应用程序与驱动程序接口，便能实现特定用途的SCSI磁盘记录装置。
权利要求
1，一种SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于外设、主机、SCSI磁盘阵列设备通过三端口I/O SCSI系统控制卡互连，三端口SCSI系统控制卡由支持三端口的SCSI系统控制器及其外围芯片构成，SCSI系统控制器通过LVTTL-BLVDS/MLVDS电平转换芯片与SCSI磁盘阵列设备相连，SCSI系统控制器是由SCSI磁盘控制器软核、信息处理控制器软核、PCI接口控制器软核、外设接口控制器软核、SDRAM控制器软核构成，这些软核用Verilog硬件描述语言实现，采用现场可编程器件实现其电路功能，外设、主机通过SCSI系统控制卡分时访问SCSI磁盘阵列设备，外设通过SCSI系统控制卡以实时方式访问磁盘阵列设备，同时主机监控外设数据和行为，在外设访问磁盘暂停或结束时，主机通过SCSI系统控制卡快速访问磁盘实现数据回放。
2，如权利要求1所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于外设、主机、SCSI磁盘阵列设备通过三端口SCSI系统控制卡互连。
3，如权利要求1所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于外设与主机可以通过SCSI系统控制卡分时访问SCSI磁盘阵列设备。
4，如权利要求1所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于外设访问磁盘阵列设备时，主机监控外设的数据与行为。
5，如权利要求1所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于SCSI系统控制器内嵌了SCSI磁盘控制器软核、信息处理控制器软核、PCI接口控制器软核、外设接口控制器软核、SDRAM控制器软核。
6，如权利要求5所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于SCSI系统控制器的各软核采用Verilog硬件描述语言实现。
7，如权利要求6所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于SCSI系统控制器采用现场可编程器件实现其电路功能。
8，如权利要求1所述的SCSI磁盘记录装置与方法，其特征在于SCSI系统控制器采用LVTTL-BLVDS/MLVDS电平转换芯片与SCSI磁盘阵列设备相连。
全文摘要
本发明揭示一种SCSI磁盘记录装置与方法。一个支持三端口I/O的SCSI系统控制器2，由SCSI磁盘控制器软核、信息处理控制器软核、PCI总线控制器软核、SDRAM控制器软核、外设接口控制器软核构成，用现场可编程器件实现其电路功能。数字外设、主机、SCSI磁盘阵列设备通过三端口SCSI系统控制卡1互连构成SCSI磁盘记录装置，数据外设通过SCSI系统控制卡实时将数据写入磁盘阵列，同时主机通过SCSI系统控制卡与外设通信，记录每次外设写磁盘的数据存盘位置、拷贝外设数据并显示，在记录暂停或结束后，主机根据所记录的外设每次写任务的存盘位置读取磁盘数据实现快速回放。
文档编号G06F12/00GK1783040SQ20041008137
公开日2006年6月7日 申请日期2004年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者孟劲松 申请人:孟劲松