专利名称：基于raid技术的固态硬盘存储卡的制作方法
技术领域：
本发明为一种大容量高速存储设备，基于RAID技术对固态硬盘构建RAID, 其中固态硬盘(含1.8寸，2.5寸，3.5寸)为一种创新硬盘设计，内含四个SATA 接口固态硬盘，利用控制单元管理FLASH阵列的高速大容量固态硬盘存储卡。
技术背景
目前，主要的计算机存储设备是机械硬盘。在消费类领域，如个人计算机、 数据库、低端服务器等领，可以基本满足性能要求。但是对于工业领域和高端
存储领域，机械硬盘传输性能低， 一般不高于lOOMB/s,不能满足对性能有较 高要求的应用。能够满足速度要求的基于机械硬盘的磁盘阵列则体积大、重量 高和功耗高，性价比低。而且，机械硬盘采用机械马达和磁片作为存储体，因 此机械硬盘不适于对温度、湿度和振动等有较高要求应用环境。
飞转的硬盘就像高速行驶的汽车，稍有磕碰，后果就会非常严重，可靠性差 而且功耗大。在以移动、便携、节电为要求的消费领域以及要求高可靠性的工 业、军事、航天等领域，存储成了最难达到要求甚至无法解决的问题。
作为解决以上问题的最好方式，以半导体作为存储及控制载体的固态硬盘成 为取代机械硬盘的一种趋势。没有机械装置，完全的半导体化，使固态硬盘形 成了自己的特点抗震、宽温、无噪、低耗、可靠。固态硬盘在使用环境上较 机械硬盘有无可比拟的优势，但在单盘的容量和速度上迟迟得不到实质性的飞 跃。
发明内容
针对现有机械硬盘速度低的不足，固态硬盘单盘容量和速度缓慢提升的现
状，本发明提供了一种基于RAID技术和固态硬盘组成更大容量和速度的固态 硬盘存储卡。包含固态硬盘(内含四个SATA接口固态硬盘，每盘包括FLASH 阵列和控制单元)、SATA RAID控制器、与PC端的PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口 以及固态硬盘之间RAID的实现，提高整个硬盘的容量、读写速度和IZO处理能 力，满足于对容量和存储速度有较高要求等特殊领域。
本发明的技术方案是基于RAID技术的固态硬盘存储卡5的结构为，利 用包含NAND型FLASH阵列2以及管理控制单元3的SATA接口固态硬盘1 做磁盘阵列RAID,在SATA RAID卡4上对各盘进行阵列管理，通过 PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口 6与PC端的板卡插槽互连。
SATA接口的固态硬盘为4通道固态盘的并行结构。控制单元3上通过FPGA实现硬件ECC校验和Flash坏块管理，保证数据存储持久。通过FPGA现场可 编程逻辑器件，采用拥有自主知识产权的IP实现SATA2.0标准总线协议，可实 现3.0Gb/s的传输速度。釆用NAND型FLASH阵列2管理的方式，实现容量和 速度的扩展，最大可达到512GB的容量和300MB/s的存储速度。
SATA RAID卡支持PCI/PCIe/PCI-X/CPCI总线，分别对应各个等级的总线 传输速度，具备多个SATA接口，可连接多个SATA接口固态硬盘。RAID卡采 用的SATA控制芯片，支持SATAII接n协议硬盘的挂载，每个端口的数据传输 速度可达300MB/s。RAID卡支持的RAID级别为RAIDO， 1，5， IO等各个RAID 模式，能够较好的保护存储卡内数据的安全。
RAID卡支持硬盘热插拔，可以自动重建镜像队列。提供了基于GUI软件的 监控和存储管理，操作十分简单，大大方便了操作员的管理。另外板卡上的flash BIOS支持升级，扩展更多的功能。
PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口可以兼容服务器、工作站以及台式机等各种主板， 兼容性好，且可以提高服务器、工作站等的整体性能，解决存储设备的容量和 传输速度的瓶颈问题。
本发明具有如下优点
1:选用SATA接口固态硬盘，在继承机械硬盘的通用性的同时，提供机械
硬盘所不具有的优异的物理特性和环境特性，并将硬盘的存储领域扩展到工 业、军事、航天等领域。
2:采用RAID技术，极大的扩展了存储容量和速度，同时能够较好的保护
存储卡内数据的安全。
3: RAID卡与PC端互连釆用多种总线，兼容性好，应用于各种服务器，数 据库，台式机等。
4:采用NAND型FLASH作为存储介质，具有掉电数据不丢失，使用寿命
长等特点。
5:固态硬盘的优点以及上述的结构特征使得整个固态硬盘存储卡具有高可 靠性、高性能、低功耗、使用环境广泛等特征。
图l:基于RAID技术的固态硬盘存储卡的结构框图
图2:固态硬盘的结构框图具体实施方式
本发明实施例包括同态硬盘，SATARAID控制器，PCI/PCIe/PCI-X/CPCI 接口， SATA接口固态硬盘。其中固态硬盘集成四个SATA接口的固态硬盘，每个SATA接口固态硬盘包 含控制单元、FLASH阵列和SATA接口。采用SATA串行接口，兼容SATAl.O 和SATA2.0标准，可实现3.0Gb/s的传输速度，该接口还具有结构简单、支持热 插拔的优点。FPGA是一种可编程逻辑器件，片上含有丰富的存储器资源、触发 器资源、布线资源、时钟分配以及丰富的管教类型和数量。通过硬件描述语言 编程实现SATA的各层协议。SATA控制器采用AHB总线可以与嵌入式软核处 理器直接连接。并且集成DMA控制器，提高数据传输效能。优化的FPGA设计， 降低系统功耗。
在单块盘的基础上，进行组合实用， 一者可以在容量和读写速度上实现性 能的四倍优化；二者可以使结构更加紧凑，提高整体的结构特性，保证高可靠 性；三是便于维护，利于对故障定位，査找问题。固态硬盘的实现原理不同与 机械硬盘，采用控制单元对FLASH阵列进行管理。因而固态硬盘没有旋转介质， 抗震性极佳，同时工作温度很宽。
SATARAID控制器内建SATA连接器，支持各种RAID等级，提供更为安 全且弹性化的存储方式。核心处理器配备Intel IOP-333,内建了 128MB的内存， 以供XOR运算数据作缓冲之用。系统连接根据应用场合配置不同等级的总线带 宽，选用PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口 。
本实施例采用如下配置
可编程逻辑器件Virtex4FX60-llFF672 嵌入式软核处理器XilinxMicroBlaze4.0 SATA接口 Virtex-4 RocketIO MGT
时钟管理ICS844001
SATA电子硬盘RDSSATA-128G
SATARAID控制器核心处理芯片Intel IOP-333
实施案例邮件服务器
电子邮件系统应该具备无限的扩展能力，Internet网络的一个特性是变化无 常，我们需要应对随时而来的应用尖峰。因此，我们需要电子邮件系统具有无 限的可扩展能力，这个能力主要体现在邮件的处理能力和邮件的存储能力上。 为了能够使邮件的处理能力可以无限扩展，就需要引入集群和负载均衡技术， 使应用平台可以在需要的时候无限扩充，满足长期或临时的业务需要。为了便 于邮件存储，需要高性能的邮件存储解决方索。
采用基于RAID技术的固态硬盘存储卡提供了高效的存储解决方案，可以显著的提升在线用户数、邮件处理数量和速度、存储空间等，并且可以随时对 出现的发信高峰和数据存储和备份。
权利要求1、基于RAID技术的固态硬盘存储卡，包括固态硬盘、SATARAID控制器、与PC端的PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口等，其特征在于基于RAID技术的固态硬盘存储卡5的结构为利用包含NAND型FLASH阵列2与管理控制单元3的SATA接口互连，组成固态硬盘1做磁盘阵列RAID，磁盘阵列RAID通过SATARAID卡4对各盘进行阵列管理，通过PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口6与PC端的板卡插槽互连。
2、 根据权利要求1所述的基于RAID技术的固态硬盘存储卡，其特征在于 SATA接口的固态硬盘为4通道固态盘的并行结构，控制单元3上通过FPGA实 现硬件ECC校验和Flash坏块管理。
3、 根据权利要求1所述的基于RAID技术的固态硬盘存储卡，其特征在于 SATA RAID卡支持PCI/PCIe/PCI-X/CPCI总线，分别对应各个等级的总线传输 速度，具备多个SATA接口，可连接多个SATA接口固态硬盘，RAID卡采用的 SATA控制芯片，支持SATAII接口协议硬盘的挂载。
专利摘要本实用新型涉及基于RAID技术的固态硬盘存储卡。包含固态硬盘(内含四个SATA接口固态硬盘，每盘包括FLASH阵列和控制单元)、SATA RAID控制器、与PC端的PCI/PCIe/PCI-X/CPCI接口以及固态硬盘之间RAID的实现，提高整个硬盘的容量、读写速度和I/O处理能力，满足于对容量和存储速度有较高要求等特殊领域。
文档编号G06F3/06GK201130370SQ20072006495
公开日2008年10月8日 申请日期2007年11月5日 优先权日2007年11月5日
发明者佳 吴, 吴建飞, 欣 徐, 凯 步, 薛以辉 申请人:湖南源科创新科技股份有限公司