一種基于SATA硬盤陣列的數據存儲與控制系統設計研究

韓慧芳

摘要：SATA硬盤已經基本取代了傳統的PATA硬盤，SATA硬盤數據傳輸可靠性高、串口結構簡單，而且支持熱插拔等工作需求，是未來PC機硬盤發展的必然趨勢。隨著現代社會對硬盤讀寫速度要求日益提高，加之現代數據體積日益增大，如何通過硬盤陣列系統實現對多塊硬盤內容的高速讀寫，并保證數據結構的穩定性和數據安全，更是成為科研單位實踐研究的重點。隨著人們對硬盤存儲量和讀寫速度要求不斷提高，對SATA硬盤陣列數據存儲與控制系統成果顯著。本文首先探討了SATA硬盤陣列數據存儲與控制系統的工作原理，并對一種SATA硬盤陣列存儲與控制系統的硬件設計和軟件設計展開研究，為SATA硬盤陣列數據存儲與控制系統的設計提供資料參考。

關鍵詞：SATA硬盤 陣列數據 存儲與控制 系統設計

中圖分類號：TN0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0077-01

1 磁盤系統原理

磁盤陣列是由多塊小容量磁盤組成的大容量磁盤組，相比于使用大容量磁盤，不僅制造成本更低，而且節約磁盤購置成本，提高磁盤的經濟性。因此，磁盤陣列在當前數據存儲技術中，具有極大的應用價值和發展空間，并已經成為大容量磁盤應用的關鍵技術。磁盤陣列在通常的狀態下，其寫入過程是通過數據寫入高速緩存后，再將數據轉移到磁盤中，這一過程的工作效率和速度，則影響了磁盤應用，如何解決不同磁盤主軸轉速和書寫速度不同影響的存儲質量和效率問題，就成為重點需要解決的問題。為了更高效的調用磁盤，必須實現對磁盤陣列中單個磁盤的有效控制，以保證磁盤控制器在高速緩存讀寫過程中，能夠減少主機寫入高速緩存的時間。通過對數據存儲與控制系統的設計，還能夠實現同一時間多個磁盤的同時寫入，這無疑極大的提高了磁盤的寫入速度和效率。

2 系統硬件方案設計

2.1 系統整體設計方案

為了提高系統的工作性能，可以將SATA磁盤陣列控制系統設計為如（圖1）程序。

在該系統架構模式中，通過相關參數設定，就能夠進入響應的工作模式。該架構方式的特點在于，能夠借助ARM的處理功能，實現控制命令的書寫和發送。該系統是通過現場可編程控制門陣列的邏輯處理功能實現對ARM的狀態監測，并利用可編程控制陣列從F1F0中讀寫，將其輸送到控制系統中實現硬盤的存儲。而當遇到比較大的程序時，通過ARM連接SDRAM，還能夠為ARM解放更多的空間，從而提高其數據書寫效率。

2.2 系統硬件的選擇

該系統利用磁盤陣列控制提高了存儲器的儲存效率，并能夠與主機連接實現對數據的回收和利用。通過利用USB接口與主機的連接，實現了數據回收和邏輯控制的轉換，因此在系統設計中可以選擇性價比高、功耗低的AT91RM9200處理器，USB接口則可以選用高速的CY7V68013A芯片，傳輸協議則可以選擇PCI-X傳輸協議，以提高其系統的傳輸效率。

3 系統軟件設計

3.1 FPGA邏輯設計

在該系統當中對的邏輯進行設計則采用語言來進行實現，其具體的邏輯框架圖則如圖三所示：通過圖三可以看出，該部分包括3個主要的邏輯設計，與邏輯控制設計、接口設計、與硬盤控制器等部分。同時由于該系統進行設計的時候，與的傳輸中，其總線采用的是64位，在工作方式的時候為低32位，而在當中的總線是為32位，當總線處在工作模式的時候則為16位，以此需要將其從32位轉換為16位，對此本文在對該問題進行處理的時候則采用32位的模式實現上述接口的通訊，其具體的轉換的方式則如圖2所示。

3.2 硬盤讀寫程序設計

系統在進行初始化并設定好最初的工作模式的時候，對SⅠ13124的狀態進行讀取，從而確認硬盤準備好可向硬盤的端口寫入地址/命令，通過SATA硬盤接口控制器執行相關的操作，并最后返回并進行下一次操作。

4 結語

按照本設計完成的SATA硬盤陣列數據存儲與控制系統，經過試驗驗證不僅保證了其存儲容量的要求，而且其傳輸速度達到了300Mb/s。雖然這一速度與人們的期望值仍然有稍許差距，但相比于其他設計方案卻要高效很多。而且上述設計穩定性好，信息傳輸和存儲更加安全，因此是一種值得進一步研究和推廣應用的優秀系統。

參考文獻

[1]孟琪.基于SATA接口高速電子存儲陣列的設計與實現[D].西安電子科技大學，2014.

[2]張志煒，呂幼新.基于SATA硬盤和FPGA的高速數據采集存儲系統[J].電子設計工程，2011，19（21）：166-169.