嵌入式冗余磁盘通道控制器结构的研究

发布时间：2020-07-14 05:57

【摘要】： 随着网络存储技术的发展,SAN(Storage Area Networking)和低端服务器的成本降低,如何管理、优化SAN以及整合与之相连的服务器,将成为企业控制成本、提高效率的关键因素,同时也将成为网络存储的研究热点。网络存储控制器,一种全新的网络存储基础架构产品正好满足这一要求,它将不连续的信息孤岛整合为连续性的集中化信息系统。 网络存储控制器的硬件基础是具有网络化存储管理功能的磁盘控制器,目前国外对网络存储控制器技术的研究主要集中在高端产品,其开发周期长且产品价格昂贵,为解决这个问题,提出了一种采用SOPC(System on a Programmable Chip)方式现实高性能磁盘控制器的构想,SOPC是一种具有高灵活性与高性能的,将整个系统整合入一块芯片的特殊嵌入式系统。 以FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心,在其中建立双32位的Nios II软核处理器,添加SDRAM模块,GbE(Gigabit Ethernet)接口,DMA(Direct Memory Access)控制器等IP(Intellectual Property)核,构建了一种冗余磁盘通道控制器原型系统。它采用Avalon片上总线结构,内接物理存储设备,外连TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)网络,是整个网络存储系统中的重要组成部分。从理论上可以论证,双端口链路连接的冗余磁盘通道具有高带宽,高安全性等优势。在磁盘通道控制器的主处理器上移植了嵌入式实时操作系统uC/OS-II,应用可剪裁的TCP/IP协议栈,并编写相关的网络驱动程序,扩展了控制器的网络功能。 在Stratix GX开发板上对这个控制器系统进行了测试,测试结果表明,相应端口运行正常,基本达到预期的功能要求。同时也说明采用SOPC技术构建此嵌入式冗余磁盘通道控制器具有开发周期短,软硬件升级方便,可扩展性强等特点。
【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】：TP368.11
【图文】：

需的外设——包括存储器，定制外设和 IP 模块。第二，它能够自动完成系统集成工作，这样设计者不必拘泥于定义存储器映射，中断控制和总线控制。GUI 非常直观，允许设计者配置复杂的系统。除了提供软件和集成的 OS 之外，还包括定义具有多总线主设备，总线仲裁和 DMA 控制的系统。可以称之为“库——表接口”，它能自动地把部件添加到系统中。如下图 2.3 是 SOPC Builder 的运行界面，用户从有效外设库中选择所需的核（在 SOPC Builder 窗口的左边），然后，外设出现在当前系统的部件表中（在 SOPC Builder 窗口的右边）。每个外设会启动一个配置向导，指导用户为这个系统配置外设的功能。部件表 GUI 允许用户输入每个外设基地址和中断优先级(SOPC Builder 也可以自动进行分配)。系统可以直观地连接总线体系，分配从设备端的仲裁优先级，Altera 的解决方案成为“接插板”（窗口的中部），垂直线代表主设备；水平线代表从设备。接插板让用户制定主设备和从外设之间的连接，还可以为不同的主设备分配权重。这些权重定义了每个竞争主设备如何访问从设备。

了确保满足时序和协议要求，PCI 兆核函数已经严格通过硬件测试。图 4.6 PCI 模块生成图如上图 4.6 是该 PCI 模块的生成图，它具有灵活的多种用途接口，用户可以自

一个相邻的存储范围，用户仅需要选择一个 BAR，从而减少逻辑单元消耗。根据用户指定的参数，Quartus II 软件自动有效地定制函数并实现逻辑。在 Stratix GX 开发板的背面有一个 PMC（PCI Mezzanine Card）插槽，可供用户插入 PCI 卡扩展其功能，通过该方法，以弥补开发板不能直接连接 SCSI 控制器的缺憾，在整个磁盘通道控制器的体系结构中起到外接存储设备的作用。4.3.3 LAN91C111 接口模块网络接口芯片采用SMSC公司的LAN91C111芯片，该器件是一个以太网控制器,实现了网络七层协议栈中的传输层和MAC层的功能，是一款数模信号混合的设备；具有10/100M自适应、双工/半工自适应等功能, 有很好的网络兼容性。LAN91C111接口模块包含了所有可用于实现Nios II系统与该芯片通讯的软件功能，通过在SOPCBuilder内添加LAN91C111接口模块，可方便地实现该芯片与Stratix设备的控制信号相互连接，这样Nios II系统就能通过RJ-45接口联接到网络。如下图4.7所示是LAN91C111接口模块的生成图：

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