PCIe接口的电子硬盘制造技术

本实用新型专利技术提供了一种ＰＣＩｅ接口的电子硬盘。符合ＰＣＩｅ规范的接口器件２连接采用ＦＰＧＡ实现光纤通道（Ｆｉｂｒｅ　　Ｃｈａｎｎｅｌ）协议和ＮＡＮＤ型Ｆｌａｓｈ阵列管理的控制器３，控制器３与ＮＡＮＤ型Ｆｌａｓｈ阵列４连接，Ｆｌａｓｈ阵列作为数据的存储介质，电源管理单元６与ＰＣＩｅ接口２、控制器３和Ｆｌａｓｈ阵列４连接，实现低功耗控制，ＳＤＲＡＭ和ＮＯＲ型Ｆｌａｓｈ存储器５与控制器３连接。结合了ＰＣＩｅ总线的高速特性以及Ｆｌａｓｈ阵列的高速、结构紧凑、低功耗、高抗震等优点，满足了对于传输性能有较高要求应用领域。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术专利涉及一种高速大容量存储设备，具体是一种基于PCIe总线 的、采用Flash阵列作为存储介质的超高速大容量非易失性电子硬盘。技术背景目前，主要的存储设备是机械硬盘，部分高端产品则采用具有IDE接口的 电子硬盘。在消费类领域，如个人计算机、数据库、低端服务器等领，可以基 本满足性能要求。但是对于工业领域和高端存储领域，普通机械硬盘和电子硬 盘的数据传输性能低， 一般不高于60MB/s，不能满足对性能有较高要求的应用。 能够满足速度要求的基于机械硬盘的磁盘阵列则体积大、重量达和功耗高，性 价比低。而且，机械硬盘采用机械马达和磁片作为存储体，不适于对温度和湿 度等有较高要求应用环境。
技术实现思路
针对现有硬盘数据传输速度和存储速度低的不足和环境适应能力弱的缺 点，本技术提供了一种基于PCIe总线的、采用Flash阵列作为存储介质的 超高速大容量非易失性电子硬盘。结合了 PCIe总线的高速特性以及Flash阵列 的高速、结构紧凑、低功耗、高抗震等优点，满足了对于传输性能有较高要求 应用领域。本技术的技术解决方案是外壳1为符合机械硬盘规范的壳体，符合 PCIe规范的接口器件2连接采用FPGA实现光纤通道(FibreChannel)协议和 NAND型Flash阵列管理的控制器3，控制器3与NAND型Flash阵列4连接， Flash阵列作为数据的存储介质，电源管理单元6与PCIe接口 2、控制器3和 Flash阵列4连接，实现低功耗控制，SDRAM和NOR型Flash存储器5与控制 器3连接，作为程序存储器和数据缓存。PCIe协议和Flash阵列管理控制器3实现了电子硬盘的数据管理和存储以及 总线时序，可以实现lGBytes/s的数据传输速率和lTBytes的容量管理。该控制 通过FPGA可编程逻辑器件实现，采用SOC芯片设计方式，集成了嵌入式软核 处理器7、 PCIe协议IP 8、 NAND型Flash阵列控制器9、 SDRAM和NOR型 Flash控制器10、 PCIe物理层IP 11 。Flash阵列4采用多片NAND型Flash实现速度和容量的扩展，实现100MBytes/s-lGBytes/s的存储速度和16GBytes-lTBytes的容量。NAND型Flash 为非易失性存储器，具有100万次的擦写寿命，可实现数据的长时间保存；并 且具有低功耗的优点。电源管理单元6具有低功耗特征，可自动监测系统的状态，当PCIe协议和 Flash阵列管理控制器处于闲置状态时，电源管理单元自动进入待机节电模式。SDRAM和NOR型FLASH存储器5作为控制器的程序存储器和电子硬盘的 数据缓存。该电子硬盘可方便的插入具有PCIe插槽的计算机和工控机。同时该电子硬 盘主体全部采用半导体介质，无机械动力部件，对环境适应能力高，可在工业 级的温度和湿度范围内正常工作。由以上可知，本技术相比现有技术有如下优点1、 采用PCIe总线作为传输接口，具有高速特性，满足高端领域对数据传 输速率的要求。2、 设计了NAND型Flash阵列的管理，极大的扩展了存储容量和速度。3、 釆用NAND型Flash存储器作为存储介质，具有非易失性、数据保存时 间长的优点。3、 采用了可编程逻辑器件，采用SOC芯片设计方式，采用了嵌入式软核 处理器，实现了 PCIe总线协议和Flash阵列的管理。4、 智能电源管理单元，使得设备功耗进一步得到优化。5、 上述优势使得该设备具有高可靠性、高性能、低功耗、体积小的特征。附图说明图1是PCIe接口的电子硬盘的组成框图。 图2是利用可编程逻辑器件实现的控制器设计原理图。具体实施方式结合附图对硬盘的结构进行详细说明。图1中可编程逻辑器件是控制数据收发和存储的核心。PCIe接口的数据通 过FPGA高速端口收发数据，SDRAM用来对数据进行缓冲，提高读写速度，Flash 阵列存储数据，NOR型FLASH存储器用来存储FPGA的程序。电源管理部分 对整个硬盘供电。图2中框图为可编程逻辑器件FPGA工作流程的详细说明。包括数据收发通 过的PCIe物理层，PCIe协议层，嵌入式软核处理器为数据和控制逻辑处理的 中心，负责接过PCIe协议层转换后数据的处理以及与外围SDRAM、 NOR型 FLASH存储器和FLASH阵列接口电路的控制逻辑。 实施例采用如下型号配置 可编程逻辑器件Virtex5LXT50-FF665 存储器32M SDRAM和64M Flash NAND型Flash: K9NBG08U4A-PIB0 嵌入式软核处理器XilinxMicroBlaze4.0PCIe协议IP: Xilinx PCI Express Endpoint Cores v3.3 PCIe物理层IP: Xilinx RocketIOGTP实施例短消息服务中心移动运营商的短消息服务中心由UNIX服务器和低端磁盘阵列构成，在突 发大量用户短消息的情况下，SMSC软件需要磁盘阵列其无法达到的提供超过 3000IOPS的I/O能力，结果造成服务器CPU使用率接近100n/。、不能及时处理、 转发短信，引起用户的不满。此时，即便扩充CPU、内存也无明显效果。通过对短消息服务应用的分析，把频繁更新及读写的Oracle Redo日志文件、 Oracle回滚内容、Oracle临时文件和索引文件等全部装入PCIe接口的高速电子 硬盘可以满足要求。在减少SMSC服务器数量的情况下，短消息处理能力可以 由每秒5条短消息大幅提升到每秒450条短消息，而且使每条短消息的成本大 幅降低，增加了运营商的利润。本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＰＣＩｅ接口的电子硬盘，包含有接口、控制器、电源等，其特征在于外壳（１）为符合机械硬盘规范的壳体，符合ＰＣＩｅ规范的接口器件（２）连接采用ＦＰＧＡ实现ＦｉｂｒｅＣｈａｎｎｅｌ光纤通道协议和ＮＡＮＤ型Ｆｌａｓｈ阵列管理的控制器（３），控制器（３）与ＮＡＮＤ型Ｆｌａｓｈ阵列（４）连接，电源管理单元（６）与ＰＣＩｅ接口（２）、控制器（３）和Ｆｌａｓｈ阵列（４）连接，ＳＤＲＡＭ和ＮＯＲ型Ｆｌａｓｈ存储器（５）与控制器（３）连接。

【技术特征摘要】
1、PCIe接口的电子硬盘，包含有接口、控制器、电源等，其特征在于外壳(1)为符合机械硬盘规范的壳体，符合PCIe规范的接口器件(2)连接采用FPGA实现FibreChannel光纤通道协议和NAND型Flash阵列管理的控制器(3)，控制器(3)与NAND型Flash阵列(4)连接，电源管理单元(6)与PCIe接口(2)、控制器(3)和Flash阵列(4)连接，SDR...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐欣，吴佳，步凯，
申请(专利权)人：徐欣，吴佳，步凯，
类型：实用新型
国别省市：43[中国|湖南]