专利名称：适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明为一固态磁盘的设计方式，其是利用软件程序完成外设互联速捷(PCI Express)接口的开机动作并结合接口结构设计以强化装置的连接稳固性。
背景技术：
既有固态磁盘储存装置模块化的产品，均是利用一般输出入总线为基础，例如 整合装置电路(Integrated Device Electronics, IDE)、串行先进技术连结Gerial Advanced Technology Attachment, SATA)、万用串行总线(Universal Serial Bus, USB)等 接口技术。储存资料借着输出入总线经由系统南桥芯片与中央处理器进行传输。然而若利 用外设互联速捷(PCI Express)的系统内部高速总线的路径传输储存资料，将会大幅提高 接口的数据传输速率，因为利用系统内部总线可以缩短装置与CPU之间的距离，减少信号 的延迟(Latency)，而与传统SATA接口比较，可以减少SATA嵌入式串并列转换(SerDes)的 能耗。此外目前基于PCI Express为接口的固态磁盘储存装置为了提高存储容量及接口速 度，需要较大的电路板空间以放置闪存存储器(Flash Memory)阵列，因此难以将其体积缩 小。而对于高度集成的工业用系统(Embedded System)，其需要相对短小的模块化固态磁盘 储存装置，因此既有的PCI Express固态磁盘储存装置在组装上是无法满足工业系统，尤其 是采用芯片系统(System On Chip，S0C)为系统架构，对高度电子电路集成化系统对外部储 存装置总线的设计需求。因此，为改善上述缺点，发明人乃集思广益，反复研究与验证，始发明出本案的“适 用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置及系统”。
发明内容
本发明的目的在于提出一种种适用于外设互联速捷接口的的固态储存磁盘装 置及系统，以大幅改善传统接口的固态闪存块的模块的连接缺陷，并且缩减了传统PCI Express闪存置的装置的器件大小。为达成上述的目的，本发明所提出的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装 置包括一主机总线转换器；一存储器控制器；一存储器单元；一固定用夹具；以及一印刷 电路板。主机总线转换器连接一 PCI Express接口，以处理信号转换的工作；存储器单元提 供作为装置的储存媒体；存储器控制器连接该主机总线转换器及该存储器单元，以对该存 储器单元进行资料的读取与写入并对存储器单元作规划与管理；印刷电路板上设置该主机 总线转换器、该存储器单元、及该存储器控制器，且具有必要的电路布局；固定用夹具是提 供装置固定的能力，其中印刷电路板的一端形成一金手指(Edge Connector)结构，提供PCI Express信号的连结及必要的电源电力传输，并可嵌入于标准PCI Express的连接插槽中； 主机总线转换器与存储器控制器之间则由一磁盘接口相连接。为达成上述的目的，本发明另一实施例所提出的一种适用于外设互联速捷接口的 固态储存磁盘系统包括一 PCI Express接口连接器、一存储器单元、一芯片、一印刷电路板、及一固定用夹具。PCI Express接口连接器具有插槽；存储器单元提供作为装置的储存 媒体；芯片具有主机总线转换器及存储器控制器，其中主机总线转换器用来处理信号转换 的工作，而存储器控制器则对存储器单元进行资料的读取与写入并对存储器单元作规划与 管理；印刷电路板上设置该芯片及存储器单元且具有必要的电路布局以连接芯片及存储器 单元；固定用夹具是提供印刷电路板固定的能力；其中该印刷电路板的一端形成一金手指 结构，提供PCI Express信号的连结及必要的电源电力传输，并可嵌入于PCI Express接口 连接器的插槽中；同时固定用夹具是可与PCI Express接口连接器相崁入并允许印刷电路 板插入并定位而使得印刷电路板的信号与PCI Express接口信号相连接。
本发明的其它目的、功效，请参阅附图及实施例，详细说明如下，其中图1为本案装置的电子电路设计方块图。图2为标准Xl的PCI Express连接器示意图。图3为本案装置结构示意图。图4为本案装置与PCI Express连接器嵌入结合示意图。图5为本案装置采用滑套原理与PCI Express连接器嵌入结合示意图。
具体实施例方式本案发明的具体内容说明如下。首先请先参考图1的系统方块图。图1 所示为本案的电子电路设计方块图，其中110为一个主机总线转换器(Host Bus Adapter)，于本案中以VT6415芯片为例，111为一存储器控制器，本案以闪存存储器 控制器(Flash Memory Controller)为例，两者利用通用的磁盘接口，例如先进技术 连结(Advanced TechnologyAttachment，ΑΤΑ)、串行先进技术连结(Serial Advanced TechnologyAttachment, SATA)、小型计算机系统接口 (Small Computer Systemlnterface, SCSI)或串行附加小型计算机系统接口(Serial AttachedSCSI，SAS)，连结信号并由此下达 来自120 PCI Express接口的主机命令到111闪存存储器控制器，其中的120 PCI Express 接口通道设计可以依据装置数据传输速度的需求而采用X1、X4、X8或X16的通道连结宽度 设计(Link Widths)，本案为达到装置小型化的目的而采用Xl的通道连结宽度为设计范 例，若采用X16的通道连结宽度，则可以大幅降低装置高度而达到相同的小型化目的。若 进一步利用半导体的微缩技术，则可以将110主机总线转换器(Host Bus Adapter)与111 存储器控制器集成化成为单一芯片，而此单芯片内部可以采用适当的接口来处理资料的 传递，例如采用AMBA接口用于以ARM为设计基础的芯片，如此可以省掉较复杂的SATA接 口而降低芯片成本。而111闪存存储器控制器其后则连接着由多个NAND型闪存存储器 组成的112闪存存储器阵列，经由111控制器直接对112闪存存储器作资料的读取与写 入，并且对存储器进行平均磨耗(Wear-Leveling)的优化处理及垃圾资料收集(Gartage Collection)的动作，以增进存储器使用的效率。而113电源处理电路则过滤来自主机系 统供应的电源噪声后提供给各个电子元件，114为一个只读存储器(Readonly Memory)，其 与110主机总线转换器相连接，内部并储存着开机启动时所需的基本输出入系统(BIOS)资 料。由于目前对于以PCI Express为接口的磁盘系统并没有标准的操作系统驱动软件，因此在处理系统开机流程上必须遵循BBS (BIOS Boot Specification)的规格来规范系统BIOS 如何选择启动装置，其主要为辨识系统中的初始程序加载(Initial ProgramLoad, IPL)装 置，接着寻访每个IPL装置并检视它是否能够启动系统，而114只读存储器内部储存的资料 便是提供系统辨识IPL装置所需的各项中断参数及指针，以便于将系统BIOS的开机指针指 向本案的闪存磁盘装置加载操作系统。而114只读存储器也可以利用112闪存存储器内部 的储存空间来完成，以进一步删减114只读存储器而降低成本。将来工业界若制定这方面 有关的软件标准后，系统的BIOS便会支持PCIE接口的磁盘开机组态，本案设计的装置就不 再需要114只读存储器了。由上所述可以得知，本案简化了传统以独立磁盘容错阵列系统(Redundant Array of Independent Disks,RAID)为设计基础的PCIExpress固态存储器储存装置的电子电路， 大幅降低了电路成本，减少热散逸，符合绿色工业的设计目标。而在装置的结构设计方面，请参考图2。图2所示为标准Xl的PCIExpress连接 器，其中210插槽是提供本案装置嵌入连接信号所使用，其内部置有多个金属触片。为详细 解说，请再参考图3。图3为本案装置结构示意图，其中310印刷电路板为装置的本体，其 上布局相关的电子线路以提供图1中各部元件的设置及连接，而320为PCI Express接口 的金手指，其大小可以嵌入至210插槽内部，而由210插槽内部的金属触片导通信号。请再 参考图2及图3，其中220凸出导体是成型于200连接器的本体上，而400固定夹是由一弹 性体所组成，其是固定于310印刷电路板上，当装置插入连接器后，400固定夹便可以咬合 住220凸出导体而固定装置，如图4所示，使得固态储存装置能牢固地与连接器连接，而提 高系统对剧烈震动环境的抵抗能力。另外在400固定夹的设计上，也可以利用220凸出导 体的结构，采用滑套的概念来设计，也就是将400固定夹设计成一 410滑套来咬合连接器， 请参考图5，其中的400固定夹是可滑行于200连接器本体上，此原理乃是利用220凸出导 体作为滑套的轨道并夹持住200连接器；而当装置插入210插槽内部后，位于310印刷电路 板上的311定位孔便会因400固定夹的弹性应力作用而将420定位插栓嵌入于311定位孔 内而将装置固定于连接器上，同时400固定夹也因此而得到定位，停止滑动。这样设计的方 式可以使得400固定夹不必固定于装置之上，只需要在组装时先将400固定夹滑入200连 接器，再插入装置，扣锁定位后即可完成一个十分稳固的接口连接。这种分离式的设计同时 也简化了装置本身生产组装的流程及提高产品包装的可靠度及效率。如上所述，本案利用PCI Express接口设计出一高速度低耗能的闪存存储器装 置，并移除过多的闪存存储器元件，以降低装置的大小，使其更有效利用工业用主机系统的 空间，提高器件集成的能力，虽然因此使得本装置仅能提供有限的存储容量，然而一方面随 着半导体微缩工艺的不断精进，芯片的单位面积所能提供的存储容量已不断地提高；另一 方面，对特定任务的工业用系统设计而言，其精简的操作系统及应用程序并不需要动辄几 千兆字节的储存容量。因此，对于工业用嵌入式系统设计而言，本案装置的模块化设计已 能充分满足系统对存储器容量的作业需求。再者，其独特的连接机构设计则提供了比传统 SATA/USB DOM(Disk On Module，固态盘模块)更稳固的连接能力，解决了以往为人头疼的 SATA/USB DOM连接松脱的问题，而追究此问题的产生，实乃肇因于SATA/USB的接口设计原 本就不是适用于嵌入式装置的连接。然本案金手指的设计确为一嵌入式系统连接的最佳设 计方式，辅以外部固定夹的设计而形成一高度抗震的连接结构，不可不谓为一个崭新进步的设计方案。由本发明所揭露的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置及系统，可以大 幅改善传统接口的固态闪存储存模块的连接缺陷，并且缩减了传统PCI Express闪存储存 装置的器件大小，精简其复杂的电子电路，使其更适用于工业用集成式系统。然本案所揭示的，乃较佳实施例，凡是局部的变更或修饰而源于本案的技术思想 而为熟习该项技术的人所易于推知的，俱不脱本案的专利权范畴。综上所述，本案无论就目的、手段与功效，均不同于已知的技术特征，符合发明的 专利的条要件，故依法提出专利申请。
权利要求
1.一种适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其主要由下列元件所构成一主机总线转换器，其连接一 PCI Express接口，以处理信号转换的工作；一存储器单元，其提供作为装置的储存媒体；一存储器控制器，其连接该主机总线转换器及该存储器单元，以对该存储器单元进行 资料的读取与写入并对存储器单元作规划与管理；一印刷电路板，其上设置该主机总线转换器、该存储器单元、及该存储器控制器，且具 有必要的电路布局；以及一固定用夹具，提供装置固定的能力；其中该印刷电路板的一端形成一金手指结构，提供PCI Express信号的连结及必要的 电源电力传输，并可嵌入于标准PCI Express的连接插槽中；该主机总线转换器与该存储 器控制器之间则由一磁盘接口相连接。
2.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的存储器 单元是由至少一个非挥发性存储器所组成。
3.如权利要求2所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的非挥发 性存储器为闪存存储器。
4.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中进一步包 括一只读存储器，该只读存储器与主机总线转换器相连接。
5.如权利要求4所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的只读存 储器内部是储存装置开机时所需的BIOS中断资料及指令。
6.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的固定用 夹具是固定于印刷电路板上，提供用来夹持PCI Express插槽连接器以强化装置连接的能 力。
7.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的磁盘接 口 为 ATA、SATA、SCSI 或 SAS 接口。
8.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的PCI Express接口为XI，X4，X8或X16的通道连结宽度。
9.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中的存储器 单元内部的部分存储空间是储存装置开机时所需的BIOS中断资料及指令。
10.如权利要求1所述的适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置，其中主机总 线转换器与存储器控制器是整合成为单一芯片。
11.一种适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘系统，其主要由下列元件所构成一 PCI Express接口连接器，其具有插槽；一存储器单元，其提供作为装置的储存媒体；一芯片，其具有主机总线转换器及存储器控制器，其中主机总线转换器用来处理信号 转换的工作，而存储器控制器则对存储器单元进行资料的读取与写入并对存储器单元作规 划与管理；一印刷电路板，其上设置该芯片及存储器单元且具有必要的电路布局以连接芯片及存 储器单元；以及一固定用夹具，提供印刷电路板固定的能力；其中该印刷电路板的一端形成一金手指结构，提供PCI Express信号的连结及必要的 电源电力传输，并可嵌入于PCI Express接口连接器的插槽中；同时固定用夹具是可与PCI Express接口连接器相崁入并允许印刷电路板插入并定位而使得印刷电路板的信号与PCI Express接口信号相连接。
全文摘要
本案揭露一种适用于外设互联速捷接口的固态储存磁盘装置及系统。所谓的外设互联速捷也就是惯称的PCI Express标准，本案利用储存装置上的基本输出入系统(BIOS)程序，导入至主机开机程序中，以启动固态磁盘，将储存于固态磁盘中的操作系统加载至系统存储器中执行并挂载设备驱动软件，完成开机程序。同时在机体结构部分，利用PCI Express接口处的沟槽设计，于固态储存磁盘装置外部设计一弹性体使成为钩爪结构以崁入该沟槽体，使得固态储存磁盘与系统主板的组装更为稳固，以充分满足工业应用的恶劣操作环境，同时利用PCI Express的高速接口特性，大幅提升资料读写的速度，并且主机系统可以因此设计除去多余的SATA/IDE等磁盘接口，进一步提高工业用嵌入式主板的设计效能。
文档编号G11C7/10GK102129881SQ201010002970
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者严圣舜, 邓为光 申请人:多利吉科技股份有限公司