一种NVMe接口磁盘存储方法、系统、终端及存储介质技术方案

本发明专利技术涉及存储技术领域，尤其涉及一种NVMe接口磁盘存储方法、系统、终端及存储介质。所述NVMe接口的SATA磁盘存储方法包括：NVMe队列中工作任务的聚合等处理。处理后数据的处理由SATA ACC处理，包括，在通道组中寻找空闲通道。对空闲的通道配置Cmd Descriptor。配置通道的DD，若有多个DD就配置多次。解析Cmd Descriptor，解析出本次SATA命令使用的槽位号及其对应的Command Table地址。构造PRDT列表，并写入到Command Table中相应的位置。构造CFIS。通过槽位号触发该SATA命令。本发明专利技术该方案通过把大量小IO聚合成大IO，大大提升了存储设备的性能，用硬件实现SATA ACC进一步提升处理性能。增强了该系统的广泛的应用场景。理性能。增强了该系统的广泛的应用场景。理性能。增强了该系统的广泛的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种NVMe接口磁盘存储方法、系统、终端及存储介质


[0001]本专利技术涉及存储
，尤其涉及一种NVMe接口磁盘存储方法、系统、终端及存储介质。

技术介绍

[0002]在企业存储市场，SATA磁盘凭借其在容量、持久性和成本上的优势，其在保有量上长期占据相当的份额。另一方面，计算机主机出于对存储设备速率的无止境的需求，其在接口选择上又不得不放弃SATA接口。在计算机与存储设备的软件交互上，更倾向于采用NVMe传输协议作为存储设备的数据传输协议。
[0003]NVMe(Non
‑
VolatileMemoryexpress，非易失性内存主机控制器接口规范)磁盘在物理介质上提高了磁盘的性能，但是在原有的AHCI(AdvancedHostControllerInterface，高级主机控制器接口)规范中，只定义了一个交互队列，那么主机与磁盘之间的数据交互只能通过一个队列通信，也就是多核处理器也只能通过一个队列与磁盘进行数据交互，无法更好地发挥NVMe磁盘的物理特性。而NVMe协议可以最多有64K个队列，每个CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)或者核心都可以有一个队列，这样并发程度大大提升，性能也自然更高了。
[0004]那么设计一种上行接口为NVMe协议，下行接口为SATA协议的存储设备，即可以迎合NVMe协议接口的高速率、定制性强等优点，也可以迎合SATA磁盘的，特别是SATA机械磁盘的大容量、低成本和高稳定性等优点，此类存储设备尤其存在的价值。
[0005]其中，作为此类存储设备，如何把主机的NVMe协议请求转换为对SATA磁盘的请求就是一个关键问题，本专利技术重点公开了此问题的解决方案。
[0006]按照NVMe协议的规定，其数据包可以用PRP List进行描述。在存储设备内部管理的数据出于便利性，其数据也由定制化PRP List描述(CPRP List,Customer PRP List)。此处，我们可以认为NVMe协议规定的PRP List属于CPRP List的一个特殊情况。
[0007]类似地，在存储设备内部，面向磁盘的数据IO请求用DD(Data Descriptor，数据描述符)来描述。DD中除了CPRP List的描述信息外，其亦定义了数据IO的类型(读、写)、磁盘标识、起始地址、数据长度等命令信息的定义，另外还定义一些补充信息，比如是否使能参考数据列表等。
[0008]按照AHCI规范，发送到AHCI控制器SATA命令使用Command Table描述，其主要包括有CFIS和PRDT列表两个部分。其中PRDT列表部分描述了该SATA命令的数据信息，如图1所示。
[0009]SATA磁盘挂载在AHCI控制器的某一个端口上，AHCI控制器为每个端口准备了最多32个SATA命令槽位，用于存放即将被执行的SATA命令。SATA命令若要存放在某个槽位，则其命令信息就当写入到槽位号对应的Command Table内存区域。写入就绪后，把槽位号通知AHCI控制器，说明槽位号对应的Command Table中CFIS和PRDT列表都已就绪，后续执行由AHCI控制。
[0010]把CB描述的数据请求下发到SATA磁盘，其中如下三个步骤涉及软硬件交互较多，对CPU性能消耗大：
[0011]PRDT列表构造，即把CB中通过CPRP List描述的数据转换为SATA磁盘控制器的数据描述格式。按照AHCI规范，SATA磁盘控制器的数据描述格式为PRDT格式。具体地，其用一个PRDT列表来描述一个SATA命令(即一次SATA磁盘交互)的数据，每个列表元素描述一个数据段，包括数据分包的指针和数据长度。所有数据段一起构成了SATA命令的完整数据描述。
[0012]PRDT列表构造就是循环地从CPRP List中找到各个数据段的数据指针及其长度，写入到PRDT的相应元素中相应位置，直到处理完所有数据段。
[0013]CFIS构造，即提取CB中的命令信息以及Cmd Descriptor中的数据长度信息，按照SATA命令规范要求进行CFIS的填写，并按照AHCI规范填写到相应Command Table的CFIS内存区域。
[0014]命令下发。Command Table填写完整后，需要通过把槽位号写入SATA磁盘控制器的完成命令下发。后续的SATA命令的执行由SATA磁盘控制器自主完成。
[0015]在软件上，把数据从CPRP List转换为PRDT列表，构造CFIS，触发SATA控制器执行SATA命令等工作不存在编写困难。但由于存在多次软硬件交互，CPU性能受到很大影响，尤其在SATA磁盘数量较多时，CPU性能受到影响巨大。
[0016]由上所述，NVMe协议到SATA协议的转换需要经过复杂的软件流程和软硬件交互过程，需要考虑的软硬件设计问题也是多方面的；主要是一方面对硬件加速引擎通道的浪费，另一方面是缓存带来的延时增大的副作用。

技术实现思路

[0017]为了解决上述现有技术中存在的一方面对硬件加速引擎通道的浪费，另一方面是缓存带来的延时增大的副作用的技术问题，本专利技术提供了一种NVMe接口磁盘存储方法、系统、终端及存储介质，本专利技术关于加速引擎，其定义了两个部分，通道组和加速引擎。通道组由多个通道组成，加速引擎与通道一一对应。通道负责接收软件的Cmd Descriptor配置信息和一个或多个DD信息，其同时记录本通道的工作状态。加速引擎解析通道传递过来的Cmd Descriptor和DD(Data Descriptor)，并据此进行PRDT列表的构造、CFIS构造和命令下发，命令下发后同步更新对应通道的工作状态。各通道及其引擎独立工作。
[0018]其中，以实现NVMe接口SATA存储系统为目的的软硬件架构设计，以及工作流程为本专利技术的核心技术点。
[0019]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下的技术方案：
[0020]第一方面，在本专利技术提供的一个实施例中，一种NVMe接口磁盘存储方法，所述NVMe接口的SATA磁盘存储方法包括：
[0021]S10、NVMe队列中工作任务的聚合处理；
[0022]S20、在通道组中寻找空闲通道；
[0023]S30、对空闲的通道配置Cmd Descriptor；
[0024]S40、配置通道的DD，若有多个DD就配置多次；
[0025]S50、解析Cmd Descriptor，解析出本次SATA命令使用的槽位号及其对应的Command Table地址；
[0026]S60、构造PRDT列表，并写入到Command Table中相应的位置；
[0027]S70、构造CFIS；
[0028]S80、通过槽位号触发该SATA命令；
[0029]S90、标记通道为“完成”状态。
[0030]作为本专利技术的进一步方案，所述槽位号触发该SATA命令包括：
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NVMe接口磁盘存储方法，其特征在于，所述NVMe接口的SATA磁盘存储方法包括：S10、NVMe队列中工作任务的聚合处理；S20、在通道组中寻找空闲通道；S30、对空闲的通道配置Cmd Descriptor；S40、配置通道的DD，若有多个DD就配置多次；S50、解析Cmd Descriptor，解析出本次SATA命令使用的槽位号及其对应的Command Table地址；S60、构造PRDT列表，并写入到Command Table中相应的位置；S70、构造CFIS；S80、通过槽位号触发该SATA命令；S90、标记通道为“完成”状态。2.根据权利要求1所述的一种NVMe接口磁盘存储方法，其特征在于，所述槽位号触发该SATA命令包括：S81、解析Cmd Descriptor中的SATA命令槽位号、Command Table地址和数据长度；S82、解析DD中的CPRP List和参考CPRP List；S83、依次读取CPRP List的数据指针及其数据长度；S84、若使能参考CPRP List，使用参考CPRP List中数据指针相关字段的描述处理数据指针及其长度；S85、依次写入Command Table中的PRDT列表中的元素；CPRP List数据指针与PRDT列表中的元素一一对应，并写入内容包括数据指针和数据长度；S86、判断CPRP List是否处理完毕，如果是，则执行S87，如果否，则执行S83；S77、判断SATA命令的数据长度与PRDT列表中已填写的数据长度是否相等，如果是，则执行S88，如果否，则执行S83；S78、触发该SATA命令，把SATA命令使用的槽位号写入到AHCI触发寄存器，完成命令触发；S79、通知通道完成命令触发。3.根据权利要求2所述的一种NVMe接口磁盘存储方法，其特征在于，所述数据指针相关字段的描述处理中，把数据指针做偏移，即在指针上加或减固定值；把部分数据指针替换为固定值；跳过部分数据指针。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：程广亮，李幸远，崔健，沈欣舞，吴睿振，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：