专利名称：基于sata接口固态硬盘的高速存储阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速固态存储阵列，特别是基于RAID技术的SATA接口固 态硬盘阵列，通过Fibre Channel光纤接口与服务器实现数据互连。
背景技术：
磁盘阵列(RAID)技术是解决计算机I/O瓶颈的有效方法之一，有着广阔的发 展前景。计算机及其相关技术的飞速发展和计算机应用的日益遍及,对计算机存 储技术提出了越来越高的要求。因此，磁盘阵列这种容量大、可靠性高、响应迅 速的存储技术越来越被人们所重视。
目前，磁盘阵列主要的存储设备是机械硬盘。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。在以宽温、抗振、 节电为要求的高可靠性的工业、军事、航天等领域，这种存储介质成了最难达 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。
以固态硬盘为存储介质的存储阵列集合了固态硬盘的各种优点和阵列管理 的优势，大大扩展了存储阵列的使用领域和寿命。光纤接口的传输光缆同时扩 大传输距离，使得数据能够长距离高速传输。 发明内容
针对现有磁盘阵列的适用领域有限而使磁盘阵列使用受限的现状，提出用固
态硬盘取代传统机械硬盘，提高现有磁盘阵列的i/o特性和可靠性。本实用新型
集成了带Fibre Channel光纤接口的SATA RAID卡和采用FLASH阵列的高速大 容量SATA接口固态硬盘，结构紧凑，宽温、抗振、低功耗，大大提高了存储
阵列的容量、读写速度以及稳定性。
本发明的技术方案是基于SATA接口固态硬盘的高速存储阵列的结构采 用由NAND FLASH阵列、控制单元6和SATA接口协议4组成的SATA接口固 态硬盘1做磁盘阵列，标准机架结构的RAID磁盘阵列与SATA RAID控制器2 连接，符合光纤通道规范的Fibre Channel接口 3与SATA RAID控制器2连接， 实现高速固态存储阵列。
SATA接口的固态硬盘的结构为Nand Flash阵列7与Flash控制器6连接， Flash控制器6连接MPU (微处理器)5， MPU 5连接SATA接口协议4， SATA接口协议4连接SATA接口 8。
控制单元6通过FPGA (现场可编程逻辑阵列)实现硬件ECC (错误检查 和纠正)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IP实现SATA2.0标准总线协议，可实现3.0Gb/s的传输速度。采 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。
SATARAID卡具备多个SATA接口 ，可连接多个SATA接口固态硬盘。RAID 控制器采用的SATA控制芯片，支持SATAII接口协议硬盘的挂载，每个端口的 数据传输速度可达300MB/s。 RAID控制器支持的RAID级别为RAID 0， 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。
光纤通道具有高带宽、低延迟、适宜远距离传输等特点，可以实现20米至 10千米的传输距离以及100MB/S-1GB/S的传输速度。
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控制器与服务器互连采用光纤技术，高带宽、低延迟、适宜远距 离传输。
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基于SATA接口固态硬盘的高
速存储阵列具有高可靠性、高性能、低功耗、使用环境广泛等特征。
图l:基于SATA接口固态硬盘的高速存储阵列结构框图 图2: SATA接口固态硬盘结构框图具体实施方式
本发明实施例包括SATA接口固态硬盘，SATARAID控制器，Fibre Channel接口， SATA接口协议，MPU， FLASH控制器和FLASH阵列。
SATA接口固态硬盘型号为RDS SATA-128G。 SATA接口协议和Flash控制 器在同一片微处理器内部实现，微处理器选用FPGA。通过在FPGA内部嵌入 MicroBlaze软核处理器实现系统管理。SATA接口实现与主机的联接和数据的传 输，即数据的传并转化。Flash控制器实现数据的读取和存储。处理器部分实现 SATA的兼容命令、数据流的分发、阵列管理和Flash文件系统。Flash作为数据 的最终存储体。整个系统的功能完全模拟机械硬盘。
采用SATA串行接口 ，兼容SATA1.0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。
SATA RAID控制器的控制器核心处理芯片为Intel IOP-333,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。Fibre Channel 接口采用Xilinx FPGA实现，其中Fibre Channel接口设计通道协议IP (Xilinx FibreChannel LogiCORE)和通道物理层IP (Xilinx RocketIO GTP)完成。
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Xilinx MicroBlaze 4.0
SATA接□: Virtex-4 RocketIO MGT
时钟管理ICS844001
SATA RAID控制器核心处理芯片Intel IOP-333
光纤(FibreChannel)通道协议IP: Xilinx FibreChannel LogiCORE
光纤(FibreChannel)通道物理层IP: Xilinx RocketIO GTP
实施案例
机载服务器的高速数据存储
众所周知，机载服务器与普通服务器不同，运行条件很苛刻，飞机起飞和 降落的加速度大，特别是在恶劣的天气环境对服务器的抗震性能要求很高。高 速固态存储阵列配置SATA接口固态硬盘，物理特性优越，满足各种使用环境。 同时，利用光纤高达lGBytes/s的传输速度和SATA固态硬盘阵列高达lOTBytes 的海量容量实现数据的高速传输和存储。
权利要求1、基于SATA接口固态硬盘的高速存储阵列，包括磁盘阵列(RAID)、SATA接口等，其特征在于基于SATA接口固态硬盘的高速存储阵列的结构采用由NAND FLASH阵列、控制单元(6)和SATA接口协议(4)组成的SATA接口固态硬盘(1)做磁盘阵列，标准机架结构的RAID磁盘阵列与SATARAID控制器(2)连接，符合光纤通道规范的Fibre Channel接口(3)与SATARAID控制器(20连接，实现高速固态存储阵列。
2、 根据权利要求1所述的基于SATA接口固态硬盘的高速存储阵列，其特 征在于SATA接口的固态硬盘的结构为NandFlash阵列(7)与Flash控制器(6) 连接，Flash控制器(6)连接MPU (微处理器)(5)， MPU (5)连接SATA接口协议 (4)， SATA接口协议(4)连接SATA接口(8)。
专利摘要基于SATA接口固态硬盘的高速存储阵列的结构采用由NAND FLASH阵列、控制单元6和SATA接口协议4组成的SATA接口固态硬盘1做磁盘阵列，标准机架结构的RAID磁盘阵列与SATA RAID控制器2连接，符合光纤通道规范的Fibre Channel接口3与SATA RAID控制器2连接，实现高速固态存储阵列。以固态硬盘为存储介质的存储阵列大大扩展了存储阵列的使用领域和寿命。光纤接口的传输光缆扩大传输距离。
文档编号G06F3/06GK201130371SQ200720064958
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