一种可扩展的基于NVMe固态盘的星载高速通用存储器的制作方法

一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器
技术领域
1.本发明属于星载高速通用存储器技术领域，具体涉及一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器。


背景技术：

2.nvme固态盘是一种通过pcie接口被访问的非易失性存储器，是新一代的高速固态存储介质，其读写速率远超sata固态盘等存储介质。由于fpga、soc等控制器具有极高的数据吞吐能力，因此常被用于星载高速通用存储器的控制器。综上，以fpga或soc为控制器、以nvme固态盘为存储介质的存储器是高性能商用卫星高速通用存储器的理想选择之一。
3.然而，fpga或soc等控制器仅具有有限的pcie gen3 x4接口数量，多数控制器甚至仅有1～2个pcie gen3 x4接口。因此，目前此架构的星载高速通用存储器主要存在的问题有：一、受控制器pcie gen3 x4接口数量以及当前nvme固态盘容量两个因素的限制，导致此架构的星载高速通用存储器的存储容量无法进一步提高；二、由于空间环境十分恶劣，温度、振动、辐射等因素都可能会对电子产品产生影响，因此对星载高速通用存储器具有较高的可靠性要求，而基于多数控制器的存储架构一般最多仅支持挂载两块nvme固态盘，系统可靠性将受到一定程度的影响。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中星载高速通用存储器存在的问题，本发明提供一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器。
5.一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器，包括控制器、高速总线驱动器、高速总线复用器以及nvme固态盘，所述控制器为fpga或者soc，所述高速总线驱动器的型号为ds160pr412与ds160pr421，所述高速总线复用器的型号为tmuxhs4412；
6.所述控制器具有1个2
n+1-2位gpio接口和2个pcie gen3 x4接口，2个所述pcie gen3 x4接口经所述高速总线驱动器和所述高速总线复用器进行n级扩展后，最多可以挂载2
n+1
块nvme固态盘，并且通过所述2
n+1-2位gpio接口可以控制各个所述高速总线复用器以及所述高速总线驱动器的数据通道选择位，为2个所述pcie gen3 x4接口各选择一块nvme固态盘来执行数据的读写操作。
7.本发明实现了基于nvme固态盘的星载高速通用存储器的扩展功能，解决了此前该架构星载高速通用存储器的两个主要弊端，具有以下有益效果：一、通过对nvme固态盘的扩展，极大地提高了基于此存储架构的星载高速通用存储器的存储容量，使得存储容量至少提升4倍以上；二、通过对nvme固态盘的扩展，更多的nvme固态盘可以用于备份使用，使得此架构的星载高速通用存储器的可靠性及使用寿命获得了极大地提升；三、本发明通过结合应用tmuxhs4412高速总线复用器以及ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器实现的可扩展的星载高速通用存储器具有较低的附加功耗、支持多级扩展等优点，并且可通过调整均衡参数来适配多种不同的使用需求；四、该扩展方法具有极强的适用性，广泛的适用于各种
基于fpga和soc控制器的星载高速通用存储器。
附图说明
8.图1为本发明一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器的架构图；
9.图2为本发明一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器的工作流程图。
具体实施方式
10.下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
11.本发明提供一种可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器，该星载高速通用存储器主要包括控制器、高速总线驱动器、高速总线复用器以及nvme固态盘，其中控制器为fpga或者soc控制器，高速总线驱动器的型号为ds160pr412与ds160pr421，高速总线复用器的型号为tmuxhs4412。ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器是一种四通道线性驱动器，其内部具有线性均衡器(continuous time linear equalization，ctle)用来补偿信号的高频分量。ti公司的tmuxhs4412高速总线复用器是一种模拟差分无源的四通道复用器或解复用器，支持的数据速率最高达20gbps，适用于包括pcie3.0接口在内的许多高速差分接口。
12.本发明的星载高速通用存储器的系统架构图如图1所示。其采用的控制器具有1个2
n+1-2位gpio接口和2个pcie gen3 x4接口，2个pcie gen3 x4接口经tmuxhs4412高速总线复用器以及ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器进行n级扩展后，最多可以挂载2
n+1
块nvme固态盘(nvme ssd)，并且可以通过控制器的2
n+1-2位gpio接口控制各个tmuxhs4412高速总线复用器以及ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器的数据通道选择位，从而为控制器的2个pcie gen3 x4接口各选择一块nvme固态盘来执行数据的读写操作。
13.本发明使用的tmuxhs4412高速总线复用器作为一种无源开关复用器，具有低至0.1mw的功耗，使得系统以极低的附加功耗换取了可扩展的存储功能。
14.在pcie信号传输的过程中高频信号会产生较大的衰减，进而对信号完整性造成较大的影响。本发明使用的ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器具有16档可调的高频信号均衡能力，可以根据存储扩展系统的扩展级数、pcie信号链路的长度等因素进行参数调整，其4ghz频率下信号的补偿量最高可达13db，可有效补偿信号传输过程中的高频衰减。
15.本发明结合使用tmuxhs4412高速总线复用器以及ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器，实现了具有较低附加功耗的、可多级扩展的且具有高度适配性的存储扩展系统。
16.进一步地，本发明可扩展的基于nvme固态盘的星载高速通用存储器工作流程图如图2所示，具体过程包括如下步骤：
17.(1)根据实际应用情况，确定需要挂载nvme固态盘的数量，进而确定星载高速通用存储器存储器的扩展级数n；
18.(2)根据星载高速通用存储器的扩展级数n、pcie信号链路的长度等因素配置ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器的信号均衡参数；
19.(3)存储器上电，并完成初始化；
20.(4)根据上位机发出的固态盘切换指令，通过控制器的2
n+1-2位gpio接口配置各个
tmuxhs4412高速总线复用器以及ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器的数据通道选择位，使得控制器的各pcie gen3 x4接口分别与1块nvme固态盘相联；
21.(5)控制器对pcie gen3 x4进行复位，并与当前连接的nvme固态盘建立链接；
22.(6)根据上位机发出的读写指令进行正常的读写操作；
23.(7)待本次读写操作完成后，判断是否执行新的读写任务，若是，则执行步骤(8)，否则执行步骤(9)；
24.(8)判断是否仍对当前连接的nvme固态盘进行读写操作，若是，则返回至步骤(6)；否则返回至步骤(4)，在未进行读写操作的状态下(系统空闲状态下)，重新配置数据通道选择位，选择其他的nvme固态盘进行读写操作；
25.(9)任务完成，存储器关机。
26.本发明实现了基于nvme固态盘的星载高速通用存储器的扩展功能，解决了此前该架构星载高速通用存储器的两个主要弊端，具有以下有益效果：一、通过对nvme固态盘的扩展，极大地提高了基于此存储架构的星载高速通用存储器的存储容量，使得存储容量至少提升4倍以上；二、通过对nvme固态盘的扩展，更多的nvme固态盘可以用于备份使用，使得此架构的星载高速通用存储器的可靠性及使用寿命获得了极大地提升；三、本发明通过结合应用tmuxhs4412高速总线复用器以及ds160pr412/ds160pr421高速总线驱动器实现的可扩展的星载高速通用存储器具有较低的附加功耗、支持多级扩展等优点，并且可通过调整均衡参数来适配多种不同的使用需求；四、该扩展方法具有极强的适用性，广泛的适用于各种基于fpga和soc控制器的星载高速通用存储器。
27.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
28.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。