韓慧芳

摘要：SATA硬盤已經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)的PATA硬盤，SATA硬盤數(shù)據(jù)傳輸可靠性高、串口結(jié)構(gòu)簡單，而且支持熱插拔等工作需求，是未來PC機硬盤發(fā)展的必然趨勢。隨著現(xiàn)代社會對硬盤讀寫速度要求日益提高，加之現(xiàn)代數(shù)據(jù)體積日益增大，如何通過硬盤陣列系統(tǒng)實現(xiàn)對多塊硬盤內(nèi)容的高速讀寫，并保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲與控制系統(tǒng)成果顯著。本文首先探討了SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲與控制系統(tǒng)的工作原理，并對一種SATA硬盤陣列存儲與控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計展開研究，為SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲與控制系統(tǒng)的設計提供資料參考。

關鍵詞：SATA硬盤 陣列數(shù)據(jù) 存儲與控制 系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)約磁盤購置成本，提高磁盤的經(jīng)濟性。因此，磁盤陣列在當前數(shù)據(jù)存儲技術(shù)中，具有極大的應用價值和發(fā)展空間，并已經(jīng)成為大容量磁盤應用的關鍵技術(shù)。磁盤陣列在通常的狀態(tài)下，其寫入過程是通過數(shù)據(jù)寫入高速緩存后，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速和書寫速度不同影響的存儲質(zhì)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(diào)用磁盤，必須實現(xiàn)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(shù)據(jù)存儲與控制系統(tǒng)的設計，還能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)硬件方案設計

2.1 系統(tǒng)整體設計方案

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

在該系統(tǒng)架構(gòu)模式中，通過相關參數(shù)設定，就能夠進入響應的工作模式。該架構(gòu)方式的特點在于，能夠借助ARM的處理功能，實現(xiàn)控制命令的書寫和發(fā)送。該系統(tǒng)是通過現(xiàn)場可編程控制門陣列的邏輯處理功能實現(xiàn)對ARM的狀態(tài)監(jiān)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(tǒng)中實現(xiàn)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(shù)據(jù)書寫效率。

2.2 系統(tǒng)硬件的選擇

該系統(tǒng)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(xiàn)對數(shù)據(jù)的回收和利用。通過利用USB接口與主機的連接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)回收和邏輯控制的轉(zhuǎn)換，因此在系統(tǒng)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(xié)議則可以選擇PCI-X傳輸協(xié)議，以提高其系統(tǒng)的傳輸效率。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 FPGA邏輯設計

在該系統(tǒng)當中對的邏輯進行設計則采用語言來進行實現(xiàn)，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(tǒng)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(zhuǎn)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(xiàn)上述接口的通訊，其具體的轉(zhuǎn)換的方式則如圖2所示。

3.2 硬盤讀寫程序設計

系統(tǒng)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(tài)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(zhí)行相關的操作，并最后返回并進行下一次操作。

4 結(jié)語

按照本設計完成的SATA硬盤陣列數(shù)據(jù)存儲與控制系統(tǒng)，經(jīng)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(wěn)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(yōu)秀系統(tǒng)。

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(xiàn)[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(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)[J].電子設計工程，2011，19（21）：166-169.