基于FPGA的磁盘阵列协处理卡的硬件设计与实现

发布时间：2020-07-04 09:02

【摘要】： 随着信息技术的飞速发展,数据存储容量需求急剧增长,磁盘阵列技术应运而生。虽然磁盘阵列利用多个磁盘并行存取提高了存储系统的性能,但是磁盘阵列在操作系统的引导、Cache和冗余信息计算方面依然存在不足,严重影响系统性能的提高。为了缓解这种情况,提高磁盘阵列的性能,提出了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的磁盘阵列协处理卡的解决方案,并进行了相关的研究。 针对由通用计算机部件集成的磁盘阵列系统,设计了基于32位PCI(Peripheral Component Interconnect)总线的磁盘阵列协处理卡,利用PCI总线的高速特性,解决了磁盘阵列处理器和协处理卡之间的通信问题。 采用FPGA技术,实现校验的功能,使得奇偶校验计算工作完全从系统处理器中独立出来;采用非易失性存储设备  NVRAM(Non-Volatile RAM)与FPGA的控制功能相配合,实现磁盘阵列Cache,从而加速磁盘阵列的响应速度;采用Flash闪存作为存储操作系统和控制程序的设备,在可编程逻辑芯片上实现磁盘阵列系统的引导。 随着集成电路的发展,信号的工作频率越来越高,硬件设计时需要考虑高速电路的信号完整性。运用高速PCB(Printed Circuit Board)设计规则进行了协处理卡的板级设计,并完成了33MHz PCI总线和66MHz PCI总线的调试。 调试结果表明,该协处理卡能高速完成校验运算、实现磁盘阵列Cache和磁盘阵列启动的功能,有助于提高磁盘阵列控制器的性能。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP333
【图文】：

发展及广泛应用，PCI 局部总线的优越性能逐渐发挥出来，成为当今计算机系统流总线结构[34,35]。在一个 PCI 系统中，高速外设和慢速外设可以共存，PCI 总线可以与 ISA／EIS线并存，如图 2.3 所示。从图 2.3 可以看出，微处理器／高速缓存／存储器子系过一个 PCI 桥接器（简称桥）连接到 PCI 总线上。这个桥提供了一个低延迟的通路，通过这个桥，处理器能直接访问任何映射到存储器或 I／O 地址空间的设备同时还提供了能使 PCI 主设备直接访问主存的高速通路；该桥也能提供数据缓能，以使 CPU 与 PCI 总线上的设备并行工作而不必相互等待。另外，桥还可以CI 总线的操作与 CPU 总线分开，以免互相影响。总之，桥实现了 PCI 总线的全动控制。

图 3.1 Cyclone 系列支持的 I/O 标准Cyclone器件的引脚中，有两种电压，分别是VCCINT和VCCIO，VCCINT指的是核电压，VCCIO是I/O电压，同一片FPGA的VCCIO可以由外部I/O标准的不同而连接到不同电压的电源上。图3.2所反应的正是同一个FPGA和不同设备之间的连接。图 3.2 Cyclone 和不同设备之间的连接但是 5V 设备的输出引脚和 Cyclone 设备的输入引脚直接相连会引起过冲或下冲，过冲（overshoot）就是第一个峰值或谷值超过设定电压，对于上升沿是指最高

【引证文献】

相关硕士学位论文 前3条

1 闫攀;SATA硬盘阵列的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 柳睿;基于Nand Flash的图像声纳数据采集存储系统设计[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 都文超;星载高速大容量存储器的设计与实现[D];西安电子科技大学;2012年

本文编号：2740921