本文關(guān)鍵詞：基于SATA接口高速電子存儲陣列的設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： SATA控制器 高速存儲系統(tǒng) 嵌入式處理器 文件系統(tǒng) 可編程邏輯陣列

【摘要】：隨著科學(xué)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對高速射頻信號記錄的精度要求不斷提高,使得信號采集的持續(xù)時間增長,采樣頻率增大。為了使采集的信號可以實時無損的記錄下來,研制一種高速大容量的存儲設(shè)備變得十分必要。為了更好的適應(yīng)外場測試環(huán)境,存儲設(shè)備不僅要具有高速、海量的特點,同時還應(yīng)具有脫機運行、便于攜帶的特點。本文為了解決對高速射頻信號存儲能力的要求,分析各項具體需求,對存儲技術(shù)進行深入研究,給出了高速存儲陣列的系統(tǒng)架構(gòu)并在科研項目中予以應(yīng)用。本存儲系統(tǒng)集成在一片Virtex-5系列FPGA中,以其內(nèi)嵌的硬核Power PC440作為存儲陣列的控制核心,以EDK作為系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境,以8塊SATA接口的固態(tài)硬盤作為存儲介質(zhì),通過例化多個并行的SATA控制器,實現(xiàn)了組成形式為RAID0的硬盤陣列存儲。論文主要工作如下:1.分析研究SATA2.0協(xié)議,并在此基礎(chǔ)上,將SATA控制器的物理層、鏈路層、傳輸層以及總線接口例化為用戶IP核。以FPGA作為開發(fā)平臺,以Power PC440作為處理器,利用EDK,開發(fā)基于嵌入式SATA控制器的存儲系統(tǒng)。利用C語言對PPC440處理器編程,不僅實現(xiàn)了SATA協(xié)議的命令傳輸協(xié)議同時也實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)存儲的控制。并對單SATA控制器的嵌入式存儲系統(tǒng)進行讀寫性能測試,錯誤個數(shù)為0,寫速率約為210MB/s,讀速率約為275MB/s。2.針對項目的存儲需求,在基于單SATA控制器的嵌入式存儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,本文提出了高速電子存儲陣列架構(gòu)。本系統(tǒng)在單片F(xiàn)PGA上通過例化8個相同的SATA控制器掛載到系統(tǒng)總線上,并行工作,完成了RAID0級別的硬盤陣列。為了解決采集速率與數(shù)據(jù)存儲速率不匹配的問題,本文設(shè)計了高速緩存單元,利用多片DDR2組成緩存陣列交替工作,并利用MPMC對DDR2進行直接的數(shù)據(jù)讀寫,將控制信息與數(shù)據(jù)進行分開傳輸。為了進一步提高存儲帶寬,采用了流水線方式的數(shù)據(jù)分配策略,并設(shè)計了數(shù)據(jù)分配模塊對數(shù)據(jù)進行分配。3.設(shè)計了基于PPC440控制的高速緩沖讀寫控制邏輯。系統(tǒng)工作流程為:寫數(shù)據(jù)時,AD采集的數(shù)據(jù)通過GTX輸入,經(jīng)過數(shù)據(jù)分配模塊寫入多片DDR2,SATA控制器組在PPC440的控制下直接讀取DDR2,將數(shù)據(jù)寫入硬盤陣列;回讀數(shù)據(jù)時,SATA控制器組在PPC440的控制下,從硬盤陣列讀取數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分配模塊進行數(shù)據(jù)的拼接,寫入DDR2,并通過GTX上傳到上位機。4.設(shè)計了自定義文件系統(tǒng),實現(xiàn)了對硬盤陣列數(shù)據(jù)的管理。文件系統(tǒng)采用連續(xù)存儲的方式,分為引導(dǎo)扇區(qū)、文件目錄以及數(shù)據(jù)塊,并定義了各個分區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)項目的具體需求,本文定義了與上位機進行交互的命令協(xié)議并通過RS232協(xié)議完成。本文件系統(tǒng)具有寫文件、讀文件以及刪除文件的基本功能,同時,具有高速、簡單等特點。5.對高速電子存儲陣列進行讀寫性能測試。使用8塊SSD盤組成RAID0硬盤陣列式,系統(tǒng)的寫傳輸速率約為1.6GB/s,讀速率約為2.1GB/s,文件系統(tǒng)可正常工作。
【關(guān)鍵詞】：SATA控制器 高速存儲系統(tǒng) 嵌入式處理器 文件系統(tǒng) 可編程邏輯陣列
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-18
• 第一章 緒論18-24
• 1.1 課題的背景和意義18
• 1.2 固態(tài)硬盤與電子存儲陣列概述18-20
• 1.2.1 固態(tài)硬盤概述18-19
• 1.2.2 電子存儲陣列技術(shù)概述19-20
• 1.3 國內(nèi)外相關(guān)存儲技術(shù)現(xiàn)狀20-21
• 1.4 論文組織安排21-24
• 第二章 SATA協(xié)議研究24-38
• 2.1 SATA協(xié)議物理層25-27
• 2.2 SATA協(xié)議鏈路層27-30
• 2.3 SATA協(xié)議傳輸層30-32
• 2.4 SATA協(xié)議應(yīng)用層32-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第三章 基于嵌入式SATA控制器的存儲系統(tǒng)設(shè)計38-56
• 3.1 PowerPC440嵌入式處理器38-40
• 3.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境40-41
• 3.2.1 嵌入式開發(fā)套件40
• 3.2.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程40-41
• 3.3 嵌入式SATA控制器的存儲系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)41-53
• 3.3.1 系統(tǒng)模塊設(shè)計41-43
• 3.3.2 系統(tǒng)硬件平臺的搭建43-45
• 3.3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計45-53
• 3.4 存儲系統(tǒng)讀寫性能測試53-55
• 3.4.1 持續(xù)讀寫性能測試過程54
• 3.4.2 持續(xù)讀寫準(zhǔn)確性測試結(jié)果54-55
• 3.4.3 持續(xù)讀寫速率測試結(jié)果55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 高速電子存儲陣列的設(shè)計56-64
• 4.1 需求分析56
• 4.2 高速存儲陣列的架構(gòu)設(shè)計56-63
• 4.2.1 高速存儲陣列模塊設(shè)計57-60
• 4.2.2 高速存儲陣列工作原理60-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 第五章 自定義文件系統(tǒng)的設(shè)計64-74
• 5.1 自定義文件系統(tǒng)的設(shè)計65-66
• 5.2 存儲區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)66-67
• 5.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計67-69
• 5.4 文件系統(tǒng)工作流程69-72
• 5.5 本章小結(jié)72-74
• 第六章 高速電子存儲陣列測試74-82
• 6.1 存儲陣列持續(xù)讀寫準(zhǔn)確性測試74-79
• 6.2 存儲陣列持續(xù)讀寫速率測試79-80
• 6.3 本章小結(jié)80-82
• 第七章 總結(jié)與展望82-84
• 7.1 研究結(jié)論82
• 7.2 研究展望82-84
• 參考文獻84-86
• 致謝86-88
• 作者簡介88-89

【參考文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 董宇;基于FPGA局部動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)的可靠性系統(tǒng)實現(xiàn)與優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2012年

，

本文編號：936357