基于FPGA的存储控制器设计
发布时间：2021-03-06 22:29
信息技术的发展和普及使数据呈现爆炸式增长,加上大数据时代的来临,对存储系统的性能提出了更高的要求。由于传统的存储系统架构只用FPGA实现,其操作复杂、不方便升级、存储速度慢,无法满足数据量大的存储需求。因此,设计一种存储速度快、方便管理的存储控制器十分有必要。在这种背景下本文结合实际的项目需求设计了一种新的CPU+FPGA架构的存储控制器。通过分析项目的功能需求和技术指标,本文使用多块SATA接口的SSD固态硬盘以RAID0的方式组成磁盘阵列,来扩大存储系统的存储容量;使用高性能CPU和FPGA作为主控制器,CPU、RAID控制器和FPGA之间通过PCIe桥相连,应用PCIe3.0协议加快数据的存储速度;采用DDR3 SDRAM存储器作为系统的高速缓存,同时通过存储器映射技术,直接将FPGA上的DDR3 SDRAM存储空间映射到CPU上,使CPU和RAID控制器都可以访问FPGA上的DDR3 SDRAM存储空间,从而使数据可以不经过CPU直接存入SSD硬盘中。结合以上设计思想本文主要完成了以下工作:首先对本文研究的背景和意义以及存储控制器的研究现状和发展趋势作了介绍,重点对已有的存储系...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZFS7720外观
在某些磁盘无效时，可以提供数据恢复方案。从物理上看 RA在操作系统的层面，其可以看成一个独立的逻辑硬盘[9]。用户上的具体位置，只需考虑逻辑位置，这样既方便了用户使用，时也提高了整体的存储速率[10]。RAID+SATA 的架构大致分为采用商用的 RAID 卡来组 RAID，但是这种方式有一定的瓶颈限，速度也达不到很高。另一种控制方式是采用 FPGA 组 要所选的 FPGA 资源够且时序满足的话这种方式能带许多 SA速度都较商用 RAID 卡高，但是用 FPGA 逻辑组 RAID 的方式在所带 SATA 盘数量过多时对 FPGA 开发人员的技术水平要智信科技有限公司推出的 FLASH_2T_VPX 存储板卡，采用 制，集成了多块 SSD 控制插槽，单板容量高达 6TB，可应用的场合。板卡采用 6U VPX 标准，兼容 2 路 4XRapidIO 接口，RapidIO 每个通道的存储带宽大于等于 5Gbps。图 1.2 是该
图1.4 FLASH_3TB_VPX 板卡实物图储阵列为嵌入式多媒体存储卡，其实质是由 Nand Flash 和 BGA 芯片[14]，这样就可以降低外部主控芯片的坏块均衡、ECC 编解码、损耗均衡以及掉电保MC 接口[15]，其兼容性非常好，从而优化了设计难容量通常很小，因此在大容量存储系统通过由多个量需求。由于 eMMC 体积小、存储容量大、性应用在移动便携设备中，比如我们日常生活中常安防中也有应用[16]。Me 存储架构.0 协议的 6Gbps 的速度已经不能满足存高速储设e接口的固态硬盘接口的出现使SSD的接口从SA以达到 8Gbps[8]。NVMe 是存储器逻辑接口[18]，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的DDR3控制器设计[J]. 宗凯. 电子测量技术. 2017(01)
[2]基于GTX串行收发器的高速Cameralink数字图像光纤传输[J]. 张甫恺,崔明,张维达. 计算机测量与控制. 2016(06)
[3]基于PCIE接口的高速数据传输系统设计[J]. 张彪,宋红军,刘霖,胡骁,李洋. 电子测量技术. 2015(10)
[4]基于FPGA的PCIe总线DMA传输的设计与实现[J]. 邹晨,高云. 电光与控制. 2015(07)
[5]基于FPGA的AXI4总线时序设计与实现[J]. 马飞,刘琦,包斌. 电子技术应用. 2015(06)
[6]NVMe/PCIe SSD闪存控制技术在服务器中的应用分析[J]. 姜微微,陈乃阔,耿士华. 信息技术与信息化. 2015(05)
[7]一种应用于SOC的PCIE控制器的设计[J]. 韩琼磊,王秋实,胡孔阳. 中国集成电路. 2015(04)
[8]基于FPGA的DDR3存储控制的设计与验证[J]. 殷晔,李丽斯,常路,尉晓惠. 计算机测量与控制. 2015(03)
[9]基于FPGA的千兆以太网数据传输的设计与实现[J]. 瞿鑫,吴云峰,李华栋,郑天策,戴磊,夏涛. 电子器件. 2014(04)
[10]一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法[J]. 陈刚,张京,唐建. 兵工自动化. 2014(05)
硕士论文
[1]基于FPGA和SATA3.0接口的高速大容量存储系统的设计与实现[D]. 陆晓玲.南京邮电大学 2017
[2]基于FPGA的SATA3.0硬盘阵列控制器设计[D]. 张毅.河北大学 2017
[3]基于PL-PS架构的图像处理系统的实现与算法应用[D]. 李振宇.山东大学 2016
[4]基于FPGA结构高速PCIe总线传输系统设计与实现[D]. 贺位位.电子科技大学 2016
[5]大容量雷达数据存储与管理技术研究[D]. 祖东辉.电子科技大学 2016
[6]通用高速存储系统的设计与实现[D]. 程垚.西安电子科技大学 2015
[7]基于FPGA的eMMC阵列存储系统设计与实现[D]. 周珍龙.西安电子科技大学 2015
[8]基于FPGA的NVMe接口设计[D]. 陈思扬.西安电子科技大学 2015
[9]基于eMMC的高速大容量存储卡研制[D]. 刘宝文.哈尔滨工业大学 2015
[10]基于FPGA的DDR3 SDRAM控制器设计[D]. 董岱岳.山东大学 2015
本文编号：3067933
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZFS7720外观
在某些磁盘无效时，可以提供数据恢复方案。从物理上看 RA在操作系统的层面，其可以看成一个独立的逻辑硬盘[9]。用户上的具体位置，只需考虑逻辑位置，这样既方便了用户使用，时也提高了整体的存储速率[10]。RAID+SATA 的架构大致分为采用商用的 RAID 卡来组 RAID，但是这种方式有一定的瓶颈限，速度也达不到很高。另一种控制方式是采用 FPGA 组 要所选的 FPGA 资源够且时序满足的话这种方式能带许多 SA速度都较商用 RAID 卡高，但是用 FPGA 逻辑组 RAID 的方式在所带 SATA 盘数量过多时对 FPGA 开发人员的技术水平要智信科技有限公司推出的 FLASH_2T_VPX 存储板卡，采用 制，集成了多块 SSD 控制插槽，单板容量高达 6TB，可应用的场合。板卡采用 6U VPX 标准，兼容 2 路 4XRapidIO 接口，RapidIO 每个通道的存储带宽大于等于 5Gbps。图 1.2 是该
图1.4 FLASH_3TB_VPX 板卡实物图储阵列为嵌入式多媒体存储卡，其实质是由 Nand Flash 和 BGA 芯片[14]，这样就可以降低外部主控芯片的坏块均衡、ECC 编解码、损耗均衡以及掉电保MC 接口[15]，其兼容性非常好，从而优化了设计难容量通常很小，因此在大容量存储系统通过由多个量需求。由于 eMMC 体积小、存储容量大、性应用在移动便携设备中，比如我们日常生活中常安防中也有应用[16]。Me 存储架构.0 协议的 6Gbps 的速度已经不能满足存高速储设e接口的固态硬盘接口的出现使SSD的接口从SA以达到 8Gbps[8]。NVMe 是存储器逻辑接口[18]，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的DDR3控制器设计[J]. 宗凯. 电子测量技术. 2017(01)
[2]基于GTX串行收发器的高速Cameralink数字图像光纤传输[J]. 张甫恺,崔明,张维达. 计算机测量与控制. 2016(06)
[3]基于PCIE接口的高速数据传输系统设计[J]. 张彪,宋红军,刘霖,胡骁,李洋. 电子测量技术. 2015(10)
[4]基于FPGA的PCIe总线DMA传输的设计与实现[J]. 邹晨,高云. 电光与控制. 2015(07)
[5]基于FPGA的AXI4总线时序设计与实现[J]. 马飞,刘琦,包斌. 电子技术应用. 2015(06)
[6]NVMe/PCIe SSD闪存控制技术在服务器中的应用分析[J]. 姜微微,陈乃阔,耿士华. 信息技术与信息化. 2015(05)
[7]一种应用于SOC的PCIE控制器的设计[J]. 韩琼磊,王秋实,胡孔阳. 中国集成电路. 2015(04)
[8]基于FPGA的DDR3存储控制的设计与验证[J]. 殷晔,李丽斯,常路,尉晓惠. 计算机测量与控制. 2015(03)
[9]基于FPGA的千兆以太网数据传输的设计与实现[J]. 瞿鑫,吴云峰,李华栋,郑天策,戴磊,夏涛. 电子器件. 2014(04)
[10]一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法[J]. 陈刚,张京,唐建. 兵工自动化. 2014(05)
硕士论文
[1]基于FPGA和SATA3.0接口的高速大容量存储系统的设计与实现[D]. 陆晓玲.南京邮电大学 2017
[2]基于FPGA的SATA3.0硬盘阵列控制器设计[D]. 张毅.河北大学 2017
[3]基于PL-PS架构的图像处理系统的实现与算法应用[D]. 李振宇.山东大学 2016
[4]基于FPGA结构高速PCIe总线传输系统设计与实现[D]. 贺位位.电子科技大学 2016
[5]大容量雷达数据存储与管理技术研究[D]. 祖东辉.电子科技大学 2016
[6]通用高速存储系统的设计与实现[D]. 程垚.西安电子科技大学 2015
[7]基于FPGA的eMMC阵列存储系统设计与实现[D]. 周珍龙.西安电子科技大学 2015
[8]基于FPGA的NVMe接口设计[D]. 陈思扬.西安电子科技大学 2015
[9]基于eMMC的高速大容量存储卡研制[D]. 刘宝文.哈尔滨工业大学 2015
[10]基于FPGA的DDR3 SDRAM控制器设计[D]. 董岱岳.山东大学 2015
本文编号：3067933
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