一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统，包括处理器和FPGA模块，处理器与FPGA模块通过PCIE总线连接，处理器挂载有第一内存，FPGA模块挂载有第二内存和SATA存储阵列，SATA存储阵列包括多个SATA盘。处理器向FPGA模块发送读写指令，并控制FPGA模块向SATA存储阵列读写数据。该存储系统结合NVME协议的高性能和SATA协议的易扩展性，解决目前处理器支持SATA接口不足的问题，并实现存储系统持续高带宽读写，可灵活修改SATA盘数量和安全等级，功耗低、成本低、高低温工作环境稳定性好，兼容性好。兼容性好。兼容性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统


[0001]本专利技术属于数据存储
，具体涉及一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统。

技术介绍

[0002]随着闪存技术、现场可编程逻辑阵列技术以及SoC技术的快速发展，逐渐构建出计算机嵌入式领域的存储体系。其中，由控制单元和闪存组成的固态盘成为存储系统的核心部件之一。目前，SATA固态盘遵循SATA协议，最高理论带宽是600MB/s，在软件应用层使用AHCI协议。在搭建高性能存储系统时，需采用多块SATA盘，同时需求多个SATA接口。随着NVMe规范提出及发展，相比AHCI协议，NVMe规范充分利用PCIE通道的低延时、高性能和并行性，极大的提升固态硬盘的读写性能。
[0003]目前，现有技术中的存储系统采用如下技术方案：1)基于嵌入式处理器和SATA盘的存储系统，仅支持少量SATA接口，且SATA接口一般作为系统盘使用，嵌入式处理器受限于SATA接口数量和协议类型，延时较大，速率低；2)基于嵌入式处理器、PCIE转SATA桥和SATA盘的存储系统，安全性和灵活性相对较差；3)基于嵌入式处理器、PCIE交换和NVMe盘的存储系统，目前市场上的NVMe盘，在较高温时掉速，低温时易损坏。以上技术方案难以适用于安全保密领域对存储系统的高标准、高定制化和可扩展性需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述问题，提出一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统，结合NVME协议的高性能和SATA协议的易扩展性，解决目前处理器支持SATA接口不足问题，并实现存储系统持续高带宽读写，且可灵活修改SATA盘数量，功耗低、成本低、高低温工作环境稳定性好，兼容性好。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0006]本专利技术提出的一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统，包括处理器和FPGA模块，处理器与FPGA模块通过PCIE总线连接，处理器挂载有第一内存，FPGA模块挂载有第二内存和SATA存储阵列，SATA存储阵列包括多个SATA盘，其中：
[0007]处理器，用于向FPGA模块发送读写指令及对SATA存储阵列中的数据进行管理，读写指令为NVME协议指令，当为写指令时，处理器通过第一外部接口接收第一数据，并将写指令和第一数据下发至第一内存，FPGA模块通过第二外部接口接收第二数据，并将第二数据下发至第二内存；当为读指令时，处理器将读指令和SATA存储阵列中的数据下发至第一内存，并通过第一外部接口对外发送第一内存中的数据，FPGA模块将SATA存储阵列中的数据下发至第二内存，并通过第二外部接口对外发送第二内存中的数据；
[0008]FPGA模块，用于获取第一内存中的读写指令并解析读写指令为SATA协议指令，根据SATA协议指令控制SATA存储阵列与第一内存或第二内存之间的数据交互；
[0009]第一内存，用于缓存第一数据或从SATA存储阵列中读出的数据；
[0010]第二内存，用于缓存第二数据或从SATA存储阵列中读出的数据；
[0011]SATA存储阵列，用于存储第一数据和第二数据。
[0012]优选地，处理器为嵌入式处理器。
[0013]优选地，FPGA模块包含用于实现NVME协议转SATA协议的协议转换模块和用于对多个SATA盘并行读写控制的RAID模块，协议转换模块与RAID模块连接，RAID模块与各SATA盘连接。
[0014]优选地，FPGA模块还包含加解密模块，协议转换模块、加解密模块与RAID模块依次连接，加解密模块用于对SATA存储阵列中的数据进行加解密处理。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016]1)采用NVME协议控制SATA存储阵列，使得SATA盘的读写速度高于纯粹的SATA协议存储系统，同时利用FPGA高速并行特点使存储系统满足高性能需求，如持续读写性能不低于6.4GB/s，存储性能高，兼容性好，设计简单，便于快速投入使用；
[0017]2)可避免使用SATA体系相关元器件，大大减小功耗及成本，同时采用SATA盘作为存储体，保留了SATA盘功耗低，工作温度范围广的特点，能够在
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55℃～+70℃环境下稳定工作，且有利于板卡小型化；
[0018]3)使用FPGA模块控制多个SATA盘，可根据需求任意修改RAID模型等级，并可进行加解密特性提高安全性，实现自主控制，系统灵活性高；
[0019]4)可用一个PCIE接口实现控制多个SATA盘，解决目前处理器支持SATA接口不足的问题。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的存储系统整体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术的FPGA模块内部结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023]需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
[0024]如图1
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2所示，一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统，包括处理器和FPGA模块，处理器与FPGA模块通过PCIE总线连接，处理器挂载有第一内存，FPGA模块挂载有第二内存和SATA存储阵列，SATA存储阵列包括多个SATA盘，其中：
[0025]处理器，用于向FPGA模块发送读写指令及对SATA存储阵列中的数据进行管理，读写指令为NVME协议指令，当为写指令时，处理器通过第一外部接口接收第一数据，并将写指令和第一数据下发至第一内存，FPGA模块通过第二外部接口接收第二数据，并将第二数据下发至第二内存；当为读指令时，处理器将读指令和SATA存储阵列中的数据下发至第一内
存，并通过第一外部接口对外发送第一内存中的数据，FPGA模块将SATA存储阵列中的数据下发至第二内存，并通过第二外部接口对外发送第二内存中的数据；
[0026]FPGA模块，用于获取第一内存中的读写指令并解析读写指令为SATA协议指令，根据SATA协议指令控制SATA存储阵列与第一内存或第二内存之间的数据交互；
[0027]第一内存，用于缓存第一数据或从SATA存储阵列中读出的数据；
[0028]第二内存，用于缓存第二数据或从SATA存储阵列中读出的数据；
[0029]SATA存储阵列，用于存储第一数据和第二数据。
[0030]其中，SATA盘由FPGA模块进行控制管理并进行读写，在FPGA模块的控制下，可实现第一内存、第二内存两者分别与SATA存储阵列之间的数据交互，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NVME协议控制SATA盘的存储系统，其特征在于：所述基于NVME协议控制SATA盘的存储系统包括处理器和FPGA模块，所述处理器与FPGA模块通过PCIE总线连接，所述处理器挂载有第一内存，所述FPGA模块挂载有第二内存和SATA存储阵列，所述SATA存储阵列包括多个SATA盘，其中：所述处理器，用于向所述FPGA模块发送读写指令及对所述SATA存储阵列中的数据进行管理，所述读写指令为NVME协议指令，当为写指令时，所述处理器通过第一外部接口接收第一数据，并将所述写指令和第一数据下发至所述第一内存，所述FPGA模块通过第二外部接口接收第二数据，并将所述第二数据下发至所述第二内存；当为读指令时，所述处理器将所述读指令和所述SATA存储阵列中的数据下发至所述第一内存，并通过所述第一外部接口对外发送所述第一内存中的数据，所述FPGA模块将所述SATA存储阵列中的数据下发至所述第二内存，并通过所述第二外部接口对外发送所述第二内存中的数据；所述FPGA模块，用于获取所述第一内存中的读写指令并解析所述读写指...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗绍川，周涛，曾宝，何会全，白泽梅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十二研究所，
类型：发明
国别省市：