专利名称：光纤接口的电子硬盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高速大容量存储设备，具体是一种集成FibreChannel (光纤通道)、采用Flash阵列作为存储介质的超高速大容量非易失性电子硬盘。
技术背景目前，主要的存储设备是机械硬盘，部分高端产品则采用具有IDE接口的 电子硬盘。在消费类领域，如个人计算机、数据库、低端服务器等领，可以基 本满足性能要求。但是对于工业领域和高端存储领域，普通机械硬盘和电子硬 盘的数据传输性能低， 一般不高于60MB/s，不能满足对性能有较高要求的应用。 能够满足速度要求的基于机械硬盘的磁盘阵列则体积大、重量达和功耗高，性 价比低。而且，机械硬盘采用机械马达和磁片作为存储体，不适于对温度和湿 度等有较高要求应用环境。传统的IDE、 SCSI和SATA接口的硬盘，传输电缆 的长度不超过2米，无法实现数据的长距离高速传输。 发明内容针对现有硬盘数据传输速度和存储速度低的不足和环境适应能力弱的缺点 以及传输距离短的限制，本实用新型提供了一种集成FibreChannel、釆用Flash 阵列作为存储介质的超高速大容量非易失性电子硬盘。结合了集成FibreChannel 的高速特性以及Flash阵列的高速、结构紧凑、低功耗、高抗震等优点，满足了 对于传输性能有较高要求应用领域。本实用新型的技术方案是外壳1为符合机械硬盘规范的外壳结构，符合 FibreChannel规范的接口器件2连接采用FPGA实现FibreChannel协议和NAND 型Flash阵列管理的控制器3，控制器3连接作为数据的存储介质的NAND型 Flash阵列4,电源管理单元6与接口 2、控制器3和Flash阵列4连接，实现低 功耗控制，SDRAM和NOR型Flash存储器5作为程序存储器和数据缓存，与 控制器3连接。FibreChannel (光纤通道)接口器件可以实现20米至10千米远的传输距离 以及100Mbytes/s-lGBytes/s的数据传输速率。光纤通道(FibreChannel)协议和Flash阵列管理控制器3实现了电子硬盘 的数据管理和存储以及总线时序，可以实现lOOMbytes/s-lGBytes/s的数据传输 及存储速率和16GBytes-lTBytes的容量管理。该控制器通过FPGA可编程逻辑
器件实现，采用SOC芯片设计方式，集成了嵌入式软核处理器7、 FibreChannel (光纤通道)协议IP 8、 NAND型Flash阵列管理控制器9、 SDRAM和NOR型 Flash控制器10、 FibreChannel物理层IP 11 。Flash阵列4釆用多片NAND型Flash实现速度和容量的扩展，实现 100MBytes/s-lGBytes/s的存储速度和16GBytes-lTBytes的容量。NAND型Flash 为非易失性存储器，具有100万次的擦写寿命，可实现数据的长时间保存并 且具有低功耗的优点。电源管理单元6具有低功耗特征，可自动监测系统的状态，当FibreChannel 和Flash阵列管理控制器处于闲置状态时，电源管理单元自动进入待机节电模式。SDRAM和NOR型FLASH存储器5作为控制器的程序存储器和电子硬盘 的数据缓存。该电子硬盘可方便的插入具有FibreChannel接口的计算机和工控机。同时 该电子硬盘主体全部采用半导体介质，无机械动力部件，对环境适应能力高， 可在工业级的温度和湿度范围内正常工作。本实用新型具有如下优点1、 釆用FibreChannel传输接口，具有高速特性，满足高端领域对数据传输 速率的要求，同时实现长距离传输，满足特定领域的需求。2、 设计了 NAND型Flash阵列的管理，极大的扩展了存储容量和速度。3、 采用NAND型Flash存储器作为存储介质，具有非易失性、数据保存时 间长的优点。4、 采用了可编程逻辑器件，采用SOC芯片设计方式，采用了嵌入式软核 处理器，实现了 FibreChannel和Flash阵列的管理。5、 智能电源管理单元，使得设备功耗进一步得到优化。6、 上述优势使得该设备具有高可靠性、高性能、低功耗、体积小的特征。
图1是光纤接口的电子硬盘的组成框图。 图2是利用可编程逻辑器件实现的控制器设计原理图。
具体实施方式
结合附图进行硬盘结构的详细说明。图1中可编程逻辑器件是控制数据收发和存储的核心。FibreChannel接口的 数据通过FPGA高速端口收发数据，SDRAM用来对数据进行缓冲，提高读写速 度，Flash阵列存储数据，NOR型FLASH存储器用来存
管理部分对整个硬盘供电。图2中框图为可编程逻辑器件FPGA工作流程的详细说明。包括数据收发通 过的FibreChannel物理层，FibreChannel协议层，嵌入式软核处理器为数据和控 制逻辑处理的中心，负责接过FibreChannd协议层转换后数据的处理以及与外 围SDRAM、 NOR型FLASH存储器和FLASH阵列接口电路的控制逻辑。实施例采用如下型号配置可编程逻辑器件Virtex5LXT50-FF665存储器32M SDRAM和64M FlashNAND型Flash: K9NBG08U4A-PIB0嵌入式软核处理器Xilinx MicroBlaze 4.0FibreChannel协议IP: Xilinx Fibre Channel LogiCORE FibreChannel物理层IP: Xilinx RocketIO GTP实施例短消息服务中心移动运营商的短消息服务中心由UNIX服务器和低端磁盘阵列构成，在突 发大量用户短消息的情况下，SMSC软件需要磁盘阵列其无法达到的提供超过 3000IOPS的I/O能力，结果造成服务器CPU使用率接近100M、不能及时处理、 转发短信，引起用户的不满。此时，即便扩充CPU、内存也无明显效果。通过对短消息服务应用的分析，把频繁更新及读写的Oracle Redo日志文件、 Oracle回滚内容、Oracle临时文件和索引文件等全部装入FibreChannel接口的高 速电子硬盘可以满足要求。在减少SMSC服务器数量的情况下，短消息处理能 力可以由每秒5条短消息大幅提升到每秒450条短消息，而且使每条短消息的 成本大幅降低，增加了运营商的利润。
权利要求1、光纤接口的电子硬盘，包括接口、控制器、电源等，其特征是外壳(1)为符合机械硬盘规范的外壳结构，符合FibreChannel光纤通道规范的接口器件(2)连接采用FPGA实现FibreChannel协议和NAND型Flash阵列管理的控制器(3)，控制器(3)连接作为数据的存储介质的NAND型Flash阵列(4)，电源管理单元(6)与接口(2)、控制器(3)和Flash阵列(4)连接，SDRAM和NOR型Flash存储器(5)与控制器(3)连接。
2、 根据权利要求1所述的光纤接口的电子硬盘，其特征在于所述 FibreChannel协议和NAND型Flash阵列管理控制器(3)，集成了嵌入式软核处 理器(7)、FibreChannel协议IP(8)、NAND型Flash阵列管理控制器(9)、SDRAM 和NOR型Flash控制器(10)、 FibreChannel物理层IP (11)。
专利摘要本实用新型提供了一种光纤接口的电子硬盘。包括符合光纤通道(Fibre Channel)的接口器件2、采用FPGA实现光纤通道(Fibre Channel)协议和Flash阵列管理的控制器3、Flash阵列4、电源管理单元6和SDRAM和NOR型Flash存储器5。结合了光纤通道(Fibre Channel)的高速及长距离传输特性以及Flash阵列的高速、结构紧凑、低功耗、高抗震等优点，满足了对于传输性能和传输距离有较高要求应用领域。
文档编号G11C7/10GK201048047SQ20072006337
公开日2008年4月16日 申请日期2007年5月30日 优先权日2007年5月30日
发明者佳 吴, 欣 徐, 凯 步 申请人:徐 欣;吴 佳;步 凯