一種基于SATA硬盤陣列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

韓慧芳

摘要：SATA硬盤已經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)的PATA硬盤，SATA硬盤數(shù)據(jù)傳輸可靠性高、串口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且支持熱插拔等工作需求，是未來(lái)PC機(jī)硬盤發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)硬盤讀寫速度要求日益提高，加之現(xiàn)代數(shù)據(jù)體積日益增大，如何通過(guò)硬盤陣列系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多塊硬盤內(nèi)容的高速讀寫，并保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全，更是成為科研單位實(shí)踐研究的重點(diǎn)。隨著人們對(duì)硬盤存儲(chǔ)量和讀寫速度要求不斷提高，對(duì)SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)成果顯著。本文首先探討了SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)的工作原理，并對(duì)一種SATA硬盤陣列存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，為SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供資料參考。

關(guān)鍵詞：SATA硬盤 陣列數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)與控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0077-01

1 磁盤系統(tǒng)原理

磁盤陣列是由多塊小容量磁盤組成的大容量磁盤組，相比于使用大容量磁盤，不僅制造成本更低，而且節(jié)約磁盤購(gòu)置成本，提高磁盤的經(jīng)濟(jì)性。因此，磁盤陣列在當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)中，具有極大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展空間，并已經(jīng)成為大容量磁盤應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。磁盤陣列在通常的狀態(tài)下，其寫入過(guò)程是通過(guò)數(shù)據(jù)寫入高速緩存后，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到磁盤中，這一過(guò)程的工作效率和速度，則影響了磁盤應(yīng)用，如何解決不同磁盤主軸轉(zhuǎn)速和書寫速度不同影響的存儲(chǔ)質(zhì)量和效率問(wèn)題，就成為重點(diǎn)需要解決的問(wèn)題。為了更高效的調(diào)用磁盤，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)磁盤陣列中單個(gè)磁盤的有效控制，以保證磁盤控制器在高速緩存讀寫過(guò)程中，能夠減少主機(jī)寫入高速緩存的時(shí)間。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還能夠?qū)崿F(xiàn)同一時(shí)間多個(gè)磁盤的同時(shí)寫入，這無(wú)疑極大的提高了磁盤的寫入速度和效率。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

為了提高系統(tǒng)的工作性能，可以將SATA磁盤陣列控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為如（圖1）程序。

在該系統(tǒng)架構(gòu)模式中，通過(guò)相關(guān)參數(shù)設(shè)定，就能夠進(jìn)入響應(yīng)的工作模式。該架構(gòu)方式的特點(diǎn)在于，能夠借助ARM的處理功能，實(shí)現(xiàn)控制命令的書寫和發(fā)送。該系統(tǒng)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程控制門陣列的邏輯處理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并利用可編程控制陣列從F1F0中讀寫，將其輸送到控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)硬盤的存儲(chǔ)。而當(dāng)遇到比較大的程序時(shí)，通過(guò)ARM連接SDRAM，還能夠?yàn)锳RM解放更多的空間，從而提高其數(shù)據(jù)書寫效率。

2.2 系統(tǒng)硬件的選擇

該系統(tǒng)利用磁盤陣列控制提高了存儲(chǔ)器的儲(chǔ)存效率，并能夠與主機(jī)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的回收和利用。通過(guò)利用USB接口與主機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)回收和邏輯控制的轉(zhuǎn)換，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以選擇性價(jià)比高、功耗低的AT91RM9200處理器，USB接口則可以選用高速的CY7V68013A芯片，傳輸協(xié)議則可以選擇PCI-X傳輸協(xié)議，以提高其系統(tǒng)的傳輸效率。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 FPGA邏輯設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)的邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)則采用語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其具體的邏輯框架圖則如圖三所示：通過(guò)圖三可以看出，該部分包括3個(gè)主要的邏輯設(shè)計(jì)，與邏輯控制設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、與硬盤控制器等部分。同時(shí)由于該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，與的傳輸中，其總線采用的是64位，在工作方式的時(shí)候?yàn)榈?2位，而在當(dāng)中的總線是為32位，當(dāng)總線處在工作模式的時(shí)候則為16位，以此需要將其從32位轉(zhuǎn)換為16位，對(duì)此本文在對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行處理的時(shí)候則采用32位的模式實(shí)現(xiàn)上述接口的通訊，其具體的轉(zhuǎn)換的方式則如圖2所示。

3.2 硬盤讀寫程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在進(jìn)行初始化并設(shè)定好最初的工作模式的時(shí)候，對(duì)SⅠ13124的狀態(tài)進(jìn)行讀取，從而確認(rèn)硬盤準(zhǔn)備好可向硬盤的端口寫入地址/命令，通過(guò)SATA硬盤接口控制器執(zhí)行相關(guān)的操作，并最后返回并進(jìn)行下一次操作。

4 結(jié)語(yǔ)

按照本設(shè)計(jì)完成的SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證不僅保證了其存儲(chǔ)容量的要求，而且其傳輸速度達(dá)到了300Mb/s。雖然這一速度與人們的期望值仍然有稍許差距，但相比于其他設(shè)計(jì)方案卻要高效很多。而且上述設(shè)計(jì)穩(wěn)定性好，信息傳輸和存儲(chǔ)更加安全，因此是一種值得進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用的優(yōu)秀系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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