【IC693CPU313】

廈門莫格電氣自動化有限公司
作為自動化、控制和過程解決方案等領(lǐng)域的企業(yè)之一，AB，GE，英維思，?？怂共_等歐美的產(chǎn)品

已得到數(shù)萬家工廠的采用，其中包括世界大型的煉油廠、燃?xì)鈴S、石化廠、發(fā)電廠、紙漿和造紙廠，以及小型的綜合性批量制造工廠，

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控制系統(tǒng)零部件解決方案

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地 址：廈門市思明區(qū)檳榔西里197號第四層B19單元

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摘  要： 在研究磁盤接口功能和現(xiàn)有磁盤接口設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了一種帶四級流水的磁盤接口設(shè)計(jì)模型，并對該模型實(shí)現(xiàn)過程中的模塊間通訊題目和模塊間緩沖治理題目進(jìn)行了相應(yīng)的分析和設(shè)計(jì)。通過FPGA仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在各種情況下，磁盤接口的吞吐率都有進(jìn)步，在高寫請求率和重負(fù)載兩種情況下尤為明顯。
隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，人們對存儲系統(tǒng)的性能要求越來越高，尤其是關(guān)鍵事務(wù)的應(yīng)用。廉價冗余磁盤陣列(RAID)采用分條和冗余的方法進(jìn)步了存儲系統(tǒng)的容量、速度和可靠性，已成為高性能數(shù)據(jù)存儲的*結(jié)構(gòu)。磁盤陣列控制器是磁盤陣列的核心，多數(shù)緩存預(yù)取策略、緩存置換策略、磁盤聚合寫策略、數(shù)據(jù)冗余計(jì)算、數(shù)據(jù)備份與重建均由磁盤陣列控制器完成。磁盤接口控制器主要負(fù)責(zé)磁盤組的治理及讀寫磁盤操縱的具體實(shí)現(xiàn)。
流水線技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)中同時具備空間并行性和時間并行性的技術(shù)，它把一個順序處理的過程分解成若干個子處理過程，每個子處理過程能在的獨(dú)立模塊上有效地并行工作。本文通過對磁盤接口控制器的流水線設(shè)計(jì)，進(jìn)步了磁盤接口的吞吐率。較高的磁盤接口控制器吞吐率可以降低均勻訪問時間，使復(fù)雜有效的預(yù)取和置換算法方便地應(yīng)用于磁盤陣列，進(jìn)步緩存的，從而進(jìn)步磁盤陣列的整體性能。
1 現(xiàn)有磁盤接口控制器設(shè)計(jì)
磁盤接口設(shè)計(jì)方式主要有2種：(1)使用通用處理器充當(dāng)磁盤接口控制器，通過在處理器上運(yùn)行相應(yīng)的軟件完成來自控制器上其他處理器的磁盤操縱請求。這種方式zui大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)簡單，但缺點(diǎn)也很明顯。每一個新的磁盤操縱請求必須在前一磁盤操縱請求完成之后才能啟動，并且需要占用大量處理器時間的異或操縱也由該處理器承擔(dān)，這使得每一次磁盤操縱的時間太長，進(jìn)而使得磁盤接口控制器的均勻磁盤訪問時間過長，吞吐率較低，尤其是降級模式讀操縱和磁盤寫操縱。(2)把需要長時間占用通用處理器的異或操縱獨(dú)立出來，由異或ASIC完成此功能，其他操縱仍由通用處理器運(yùn)行相應(yīng)的軟件完成?，F(xiàn)在的中低端磁盤陣列常采用這種方式。使用的ASIC分擔(dān)所有的異或操縱，固然可以部分減少需要異或操縱的磁盤訪問時間，如降級模式讀操縱和磁盤寫操縱，但新的磁盤操縱也必須在前一磁盤操縱完成之后才會啟動，磁盤操縱過程也是按順序執(zhí)行的，整體的吞吐率仍不是很高。所以這種方式不適合于磁盤陣列的需要。
2 并行流水線設(shè)計(jì)模型
與其他磁盤接口不同，磁盤陣列中的磁盤接口除了簡單地完成磁盤的讀寫外，還需要完成數(shù)據(jù)塊的邏輯地址到實(shí)際磁盤物理地址的映射和保證數(shù)據(jù)塊在磁盤陣列中可靠地存儲。根據(jù)所有磁盤操縱請求完成的特點(diǎn)，磁盤接口操縱被劃分為4個子任務(wù)，每一個子任務(wù)由一個獨(dú)立的模塊來實(shí)現(xiàn)。在具體實(shí)現(xiàn)時，這些模塊可以在同一芯片內(nèi)，也可以在不同芯片中。這4個模塊分別是：共享緩存操縱模塊、異或計(jì)算操縱模塊、地址映射模塊和磁盤操縱模塊。共享緩存操縱模塊根據(jù)給定的共享緩存數(shù)據(jù)塊地址讀寫數(shù)據(jù)塊；異或計(jì)算操縱模塊是在降級模式讀磁盤操縱和正常模式下磁盤寫操縱時，完成異或計(jì)算；地址映射模塊主要實(shí)現(xiàn)磁盤數(shù)據(jù)塊的放置策略，將主機(jī)訪問磁盤陣列的地址，如邏輯塊地址LBA、邏輯單元號LUN，轉(zhuǎn)換為實(shí)際的磁盤號、柱面號、磁道號、扇區(qū)號等；磁盤操縱模塊主要是根據(jù)地址映射模塊操縱后的結(jié)果完成磁盤的讀寫，包括相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。圖1是同一芯片實(shí)現(xiàn)各模塊的磁盤接口控制器的結(jié)構(gòu)框圖。

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