一种实时存储装置的制作方法

本发明涉及运用到通信和雷达设备以及相关测试设备的高性能存储的技术领域，具体为一种实时存储装置。

背景技术：

随着半导体技术和信号处理技术的发展，通信、雷达设备以及相关测试设备所采用的信号的带宽、采样率和精度越来越高，当需要记录原始的信号的时候时，需要实时存储tb级别的数据，存取带宽高达数据gb/s。目前采用的方法主要包括改造商用的服务器存储设备和采用fpga开发底层的sata接口用于挂载多块固态硬盘。

现有的方案存在以下不足：

1）采用改造商用的服务器存储设备的方法，虽然使用方便，但是存在实时性不能满足要求的缺点；

2）用fpga开发底层的sata接口用于挂载多块固态硬盘的方法开发周期长、灵活性、可扩展性差。

鉴于现有方案的以上不足，有必要发明一种易于实现、灵活性好、扩展性强的实时存储装置，以满足通信、雷达设备以及相关测试设备的大带宽大容量数据的实时存储的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提高大带宽大容量数据的实时存储设备的可设计性、灵活性和扩展性。为此，本发明采用如下技术方案：

一种实时存储装置，包括以下三个组成部分：

1-a）一颗主控片上系统soc芯片，其作用是完成实时存储的管理功能、数据分发功能和读取并合并功能，以及提供对外的应用接口；

所述主控片上系统soc芯片，内部包括arm多核处理器和可编程逻辑电路；所述可编程逻辑电路被配置成的部分包括连接芯片内arm处理器的内部接口和连接桥接片上系统soc芯片的高速数据接口；

所述实时存储的管理功能包括实时存储的软件和硬件监控功能、存储空间的分配和回收功能；

所述数据分发功能，实现将大带宽数据分发到多个存储固态盘存储；

所述数据读取并合并功能，实现从多个存储固态盘读取数据并合并；

所提供的对外的应用接口，为用户提供一组硬件和软件接口，以实现实时存储装置存储空间管理和数据存储功能；

1-b）多颗桥接片上系统soc芯片，用作主控片上系统和固态硬盘之间的存储数据桥接；

所述桥接片上系统芯片，内部包括arm多核处理器和可编程逻辑电路；所述可编程逻辑电路被配置成的部分包括：连接主控片上系统内的可编程逻辑的高速数据接口和芯片内arm处理器的内部接口；

所述多颗桥接片上系统soc芯片相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决等模式；

1-c）多块固态硬盘，分别连接到所述多颗桥接片上系统，用作数据存储载体；

所述多块固态硬盘，在多颗桥接片上系统的存储器控制器的控制下存储数据，相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决模式。

可选的，所述主控片上系统、多片桥接片上系统和多块固态硬盘，构成了一个可扩展、易于实现、灵活性好的非易失实时存储装置。

可选的，所述主控片上系统的多核处理器将需要存储的数据拆分后，通过内部的axi接口发送到可编程逻辑；主控片上系统的可编程逻辑通过高速串口进一步将数据传输到桥接片上系统的可编程逻辑；然后桥接片上系统的可编程逻辑将数据传输到内部的多核处理器，最后桥接片上系统的多核处理器通过固态盘接口将数据写到固态硬盘。

可选的，主控片上系统的多核处理器在读取数据时，首先控制桥接片上系统的多核处理器通过固态盘接口从固态硬盘读取数据；然后桥接片上系统的多核处理器将数据传输到内部的可编程逻辑；桥接片上系统通过高速串口进一步将数据传输到主控片上系统的可编程逻辑；进而主控片上系统的可编程逻辑通过内部的axi接口发送到多核处理器；最后主控片上系统的多核处理器合并数据后提供给应用接口。

可选的，数据拆分的方法可以是负荷分担、主备用和多模表决，以实现不同的可靠性等级；

所述的负荷分担，将一块大容量高带宽的数据分块存储到多个固态硬盘；

所述的主备用，将固态硬盘分成两个一组，存储一样的数据，互为备份；

所述的多模表决，将固态硬盘分成多个一组，存储一样的数据，读取数据的时候进行对比以获得正确的数据。

可选的，负荷分担工作模式下，可以获得最大的存储带宽和实时性。

可选的，通过突发的并行存储能够以较大的带宽实时存储大容量的数据。

可选的，利用桥接片上系统soc的硬盘控制器接口，通过上层协议完成实时大容量高带宽数据的并行存储。

本发明的有益效果是：本发明利用桥接片上系统（soc）的硬盘控制器接口，通过上层协议完成实时大容量高带宽数据的并行存储，无需开发底层的硬盘控制程序，降低了开发难度，提高了灵活性和可扩展性；本发明利用片上系统将传输数据进行拆分，数据拆分的方法可以是负荷分担、主备用和多模表决，以满足不同的需求。

附图说明

图1为本发明所述实时存储装置的组成框图。

图2为本发明所述实时存储装置的写数据流向图。

图3为本发明所述实时存储装置的读数据流向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为采用本发明方案的一种实时存储装置的组成框图，其硬件组成包括主控片上系统（soc）芯片11，多颗桥接片上系统（soc）芯片12~14，以及每颗桥接片上系统（soc）芯片所分别连接的两块固态硬盘15、16~19、1x。主控soc芯片和桥接soc芯片内部由arm多核处理器和可编程逻辑电路组成，可以选用商用zynqultrascale+mpsoc系列片上系统（soc）芯片。固态硬盘选用市面上的商用sata接口固态硬盘。

主控片上系统（soc）芯片11完成实时存储的管理功能、数据分发和读取并合并的功能，以及提供对外的应用接口。其可编程逻辑电路被配置成的部分包括连接芯片内arm处理器的内部接口和连接桥接片上系统芯片的高速数据接口。主控片上系统（soc）芯片11所完成的实时存储的管理功能包括实时存储的软件和硬件监控功能、存储空间的分配和回收功能；所完成的数据分发功能，实现将大带宽数据分发到多个存储固态盘存储；数据读取并合并功能，实现从多个存储固态盘读取数据并合并；所提供的对外的应用接口，为用户提供一组硬件和软件接口，以实现实时存储装置存储空间管理和数据存储功能。

多颗桥接片上系统（soc）芯片12~14，用作主控片上系统和固态硬盘之间的存储数据桥接；其可编程逻辑电路被分别配置成的部分包括：连接主控片上系统内可编程逻辑的高速数据接口和芯片内arm处理器的内部接口；多颗桥接片上系统（soc）芯片12~14相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决等模式。

多块固态硬盘15、16~19、1x在多颗桥接片上系统的存储器控制器的控制下存储数据，相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决等模式。

上述主控片上系统（soc）、多片桥接片上系统（soc）和多块固态硬盘，构成了一个可扩展、易于实现、灵活性好的非易失实时存储装置。

图2给出了应用于数据存储的时候，写数据的流向图。主控片上系统（soc）芯片21从应用接口获得写数据，其多核处理器上运行数据分发程序211将需要存储的数据拆分，通过内部的axi接口发送到可编程逻辑的多路数据缓存212；可编程逻辑通过高速串口（srio）213进一步将数据传输到桥接片上系统（soc）芯片22~24的可编程逻辑的高速串口221~241；然后数据经过两路数据缓存222~242后通过axi接口传输到内部的多核处理器，最后桥接片上系统（soc）芯片22~24的多核处理器通过固态盘接口即sata控制接口223~243将数据写到固态硬盘25、26~29、2x。

图3给出了应用于数据读取的时候，写数据的流向图。主控片上系统（soc）芯片31的多核处理器在读取数据时，首先控制桥接片上系统（soc）芯片32~34的多核处理器通过固态盘接口即sata控制接口323~343从固态硬盘35、36~39、3x读取数据；然后桥接片上系统（soc）芯片32~34的多核处理器将数据传输到内部的可编程逻辑；经过两路数据缓存322~342后通过高速串口321~341进一步将数据传输到的主控片上系统（soc）芯片31的可编程逻辑上的高速串口（srio）313；最后，数据经过多路数据缓存312后通过内部的axi接口发送到多核处理器的数据合并程序311，数据合并程序311完成数据合并后提供给应用接口。

本发明中，数据分发程序211和数据合并程序311所采用的数据拆分的方法可以是负荷分担、主备用和多模表决，以实现不同的可靠性等级；负荷分担，将一块大容量高带宽的数据分块存储到多个固态硬盘；主备用，将固态硬盘分成两个一组，存储一样的数据，互为备份；多模表决，将固态硬盘分成多个一组，存储一样的数据，读取数据的时候进行对比以获得正确的数据。

本发明工作在负荷分担模式下，可以获得最大的存储带宽和实时性。

本发明通过突发的并行存储技术能够以较大的带宽实时存储大容量的数据。

本发明利用桥接片上系统（soc）的现成硬盘控制器接口，通过上层协议完成实时大容量高带宽数据的并行存储，无需开发底层的硬盘控制程序，降低了开发难度，提高了灵活性和可扩展性。

应当理解的是，以上所述从具体实施例的角度对本发明的技术内容进一步地披露，其目的在于让大家更容易了解本发明的内容，但不代表本发明的实施方式和权利保护局限于此。本发明保护范围阐明于所附权利要求书中，凡是在本发明的宗旨之内的显而易见的修改，亦应归于本发明的保护之内。