CN100401247C - 有热插拔功能的存储器系统和存储器系统中热插拔的方法 - Google Patents

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Abstract

一种存储器系统，它包括串联连接的正常存储器模块、备份存储器模块，以及用备份存储器模块代替各正常存储器模块中发生故障的存储器模块的开关电路。开关电路将备份存储器模块插入到除发生故障的正常存储器模块之外的正常存储器模块的串联连接中。

Description

有热插拔功能的存储器系统和存储器系统中热插拔的方法
技术领域
本发明涉及一种有热插拔功能的存储器系统，具体地说，涉及这样一种存储器系统，它具有串联连接的存储器模块，能够执行如下热插拔操作：不停止存储器系统的操作，用备份存储器模块代替发生故障的存储器模块。本发明还涉及一种在这种存储器系统中的热插拔方法。
背景技术
已经知道这样一种信息处理系统，它有多个彼此串联连接的存储器(存储器模块)，以允许存储器控制器控制数据写入/读取操作。当这种信息处理系统中的一个存储器模块中出现故障时，一般地说必须停止整个系统，以便用另一存储器模块代替发生故障的存储器模块。这是因为对存储器系统的访问中断使得不可能允许信息处理系统继续进行处理操作。
作为在不停止信息处理系统工作的情况下更换发生故障的存储器模块的方法，已经知道一种镜像技术，其中的总线具有冗余配置。图13示出了这种镜像技术。在所述镜像技术中，设置有使用中的存储器模块104、105和106所连接到的正常总线102，并具有与正常总线102相似配置的备份总线103。其中，具有与所连接的存储器模块104、105和106相似配置的存储器模块107、108和109连接到备份总线103。如果任一存储器模块104、105和106出现故障，存储器控制器101首先从其他正常存储器模块的冗余数据中重新创建发生故障的存储器模块的数据，并将各个存储器模块的数据(包括重新创建的数据)转移到相应的备份存储器模块。然后，存储器控制器101停止正常总线102的操作，并切换到备份总线103，以便执行随后的处理。在完成对发生故障的存储器模块的替换之后，存储器控制器101从备份总线103切换到正常总线102，执行正常处理。在镜像技术中几乎不可能出现错误，并且它被认为是一种可靠的方法。然而，它所需要的存储器模块容量是所使用的存储器模块的两倍，由此导致成本的增加。
图14示出具有多个存储器模块的存储器系统，其中，为正常存储器模块11至14提供单个备份存储器模块15。当任一存储器模块12至14中出现故障时，使来自存储器控制器10的访问从发生故障的存储器模块被切换到备份存储器模块15。在这种方法中，虽然可以在系统运行的同时停止发生故障的存储器模块，但是如果不停止整个处理系统，就不能执行存储器模块的替换，即去除发生故障的存储器模块，以及将新存储器模块引入到使用中。在这种情况下，可以使用开关来打开/关闭备份存储器模块15。然而，当在正在执行存储器访问同时操作开关时，所传输的波形可能受到开关动作的不利影响，由此防碍了处理系统的稳定操作。
近年来，一种存储器系统已经投入实际使用，这种存储器系统中使用多个串联连接存储器模块来执行串行传输。图15示出了利用传统串行传输方案的这种存储器系统的示例。如图15所示，分别为存储器模块19至21设置缓冲器22至24，并且通过使用专用写入总线18和专用读取总线17，沿一个方向控制从存储器控制器25的信号传输。在这种存储器系统中，当停止了特定存储器模块的电源时，就要禁止向下一个存储器模块的信号传输。于是，在使用串行传送方案的传统存储器系统中，不停止处理系统的操作，就不能断开存储器模块。
专利出版物JP-2004-185199A(图13)描述一种使用能够执行热插拔操作的串行传输方案的存储器系统。当这种存储器系统中出现故障时，数据被转移到硬盘驱动器，然后从串行传输线切换到双向传输线，由此允许不中断电源就断开发生故障的存储器模块。
在JP-2004-185199A描述的存储器系统中，数据被转移到硬盘驱动器，以允许断开发生故障的存储器模块。然而，由于存储器的访问速度和硬盘的访问速度彼此不同，所以不能允许存储器系统工作于正常模式，因为存储在硬盘上的数据具有较低的访问速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种存储器系统，其中，在使用串行传输方案的存储器系统中提供备份存储器模块，它能够以热插拔的功能用备份存储器模块代替发生故障的存储器模块，而无需停止信息处理系统的操作，并且不会恶化其稳定操作。
本发明的另一目的是要提供一种在这种存储器系统中使用的热插拔方法。
本发明提供一种存储器系统，它包括：多个正常存储器模块，它们通过信号写入线和信号读取线串联连接，用于传送读取/写入数据；备份存储器模块；以及开关电路，用于通过将所述正常存储器模块中的一个正常存储器模块隔离，并插入所述备份存储器模块，以使所述备份存储器模块与除所述正常存储器模块中的所述一个正常存储器模块之外的所述正常存储器模块串联连接起来，从而用所述备份存储器模块代替所述正常存储器中的所述一个正常存储器模块。
本发明还提供一种用于在存储器系统中进行热插拔的方法，所述存储器系统包括多个正常存储器模块、备份存储器模块以及用于使所述正常存储器模块串联连接的信号写入线和信号读取线，所述方法包括如下步骤：从正常存储器模块的串联连接中隔离正常存储器模块之一；以及在除所隔离的一个正常存储器模块之外的正常存储器模块的串联连接中插入备份存储器模块。
按照本发明的存储器系统和热插拔方法，即使在数据从发生故障的存储器模块转移到备份存储器模块时，也不必停止从存储器控制器到存储器系统的访问。结果，可以实现热插拔操作，其中可以在信息处理系统运行同时，以备份存储器模块代替发生故障的存储器模块。
在本发明优选实施例的存储器系统中，开关电路包括具有一个输入端和两个输出端的开关，以及具有两个输入端和一个输出端的传输方向限制门。所述传输方向限制门沿着从输入端到输出端的方向传输信号。通过使用开关电路的上述简单结构，可以实现本发明的存储器系统的配置。
另外，按照本发明的一个方面，所述传输方向限制门包括：级联连接的第一和第二缓冲器；以及第三缓冲器，它的输出端连接到第一和第二缓冲器连接共同的节点。类似地，通过上述使用传输方向限制门的简单结构，可以实现根据本发明的存储器系统的配置。
附图说明
图1是表示本发明一种实施例存储器系统的方框图；
图2是表示图1所示的开关配置的电路图；
图3是表示图1所示的传输方向限制门配置的电路图；
图4是表示图1所示的存储器模块配置的方框图；
图5是表示图1所示的存储器模块在正常操作模式下的信号流方框图；
图6是表示图5所示的信号流方框图，其中示出具有专用读取线和专用写入线的存储器系统；
图7是表示存储器模块26中出现故障之后的信号流方框图；
图8是表示图7所示的信号流方框图，其中示出具有专用读取线和专用写入线的存储器系统；
图9是表示存储器模块27中出现故障之后的信号流方框图；
图10是表示图9所示的信号流方框图，其中示出具有专用读取线和专用写入线的存储器系统；
图11是表示存储器模块28中出现故障之后的信号流方框图；
图12是表示图11所示的信号流方框图，其中示出具有专用读取线和专用写入线的存储器系统；
图13是表示采用镜像技术的传统存储器系统的方框图；
图14是表示包括单个备份存储器的传统存储器系统的方框图；
图15是表示采用串行传输方案的传统存储器系统的方框图。
具体实施方式
图1表示本发明一种实施例存储器系统的结构。这种存储器系统包括存储器控制器25、多个(三个)正常存储器模块26至28、单个备份存储器模块29、串联连接存储器模块26至28并执行串行数据传输的信号线，以及用于切换信号线的连接的开关电路。具体地说，本发明这种实施例的存储器系统的结构是通过向图15所示传统存储器系统的电路结构加入备份存储器模块和开关电路所得到。虽然图1中为了简单起见只示出了专用写入线，但是本实施例的存储器系统包括专用写入线和专用读取线，类似于图15的传统存储器系统。存储器模块26至29中分别包括串行传输缓冲器30至33。
开关电路将正常存储器模块26至28串联连接在一起，以在存储器系统的正常操作模式期间执行串行数据传输。当所述正常存储器模块26至28之一中出现故障时，开关电路断开或隔离发生故障的存储器模块，并将其他正常存储器模块与备份存储器模块29串联连接在一起。备份存储器模块29被插入到除发生故障的正常存储器模块之外的正常存储器模块的串联连接中。
开关电路包括：开关34至36，它们中的每一个都具有单个输入端和两个输出端；以及传输方向限制门37至39，它们中的每一个都具有两个输入端和单个输出端。所述传输方向限制门37至39限制信号传输方向，使信号能够从输入端传输到输出端，并防止信号从输出端传输到输入端。在存储器控制器25的控制下，彼此独立地执行存储器模块26至29的电源控制。
图2示出开关34(35、36)的一种示例。开关34(35、36)具有一对晶体管(FET)54，每一个都具有连接在公共输入端40和分离输出端41或42之间的电流路径。利用通过控制端43提供的控制信号，打开FET 54之一，同时关闭另一个，从而使通过输入端40输入的输入信号被输出到所述开关34的输出端41和42之一。
图3示出传输方向限制门37(38、39)的一种示例。传输方向限制门37(38、39)由三个缓冲器55构成。在图3的传输方向限制门37(38、39)中，信号传输方向被限制为单向，从而在使输入信号通过两个输入端44或45中任一个被输入时，输入信号从输出端46输出，并且禁止信号传输的相反方向。
图4表示存储器模块26(27、28、29)的结构。存储器模块26(27、28、29)具有多个存储器器件47，以及串行传输缓冲器48。串行传输缓冲器48具有串行/并行转换电路49以及用于专用读取线52、53和专用写入线50、51的输入/输出缓冲器56。在图4中，没有示出控制信号系统之间的互相连接。存储器模块实际上可以具有单个存储器器件。
当要从存储器模块26输出读取数据时，由串行/并行转换电路49把从存储器器件47读取的并行数据转换为串行数据信号，串行/并行转换电路49将得到的串行数据信号通过专用读取线52输出到存储器模块26的外部。当要从另一存储器模块传输读取信号，即串行数据信号时，通过专用读取线53将读取信号输入到存储器模块26，直接穿过串行/并行转换电路49，并且从专用读取线52毫无改变地输出。
通过专用写入线50输入要被写入到存储器模块26中的写入数据信号，由串行/并行转换电路49转换为并行数据，并被写入存储器器件47中。通过专用写入线50输入要被写入另一存储器模块中的串行数据信号，直接穿过串行/并行转换电路49，并通过专用写入线51毫无改变地传输到另一存储器模块。由从存储器控制器25提供的控制信号控制串行/并行转换电路49的上述性能。
图5至12示出图1所示的存储器系统处于它的正常信号传输模式中，并存储器模块26至28之一中出现故障后处于另一信号传输模式中。图5、7、9和11示出存储器系统的信号传输模式，同时简化了图1的结构表示，而分别与图5、7、9和11相对应的图6、8、10和12示出存储器系统的信号传输模式，同时把图1的存储器系统表示成与图15的表示相类似。图5、7、9和11中的实线表示通过此处进行信号传输，而虚线表示不通过此处进行信号传输。
图5和6示出所述正常操作模式。在正常操作模式下，不访问备份存储器模块29，并且存储器控制器25将使用中的正常存储器模块26、27和28按这里所述的顺序串联连接起来。停止对不进行访问的备份存储器模块29的供电，于是，在系统操作正在运行的同时，可以实现它的去除以及新存储器模块对它的替换。
如果在图5和6所示的正常模式中比如在存储器模块26中数次出现单比特错误，并且存储器控制器25确定需要替换存储器模块26，则存储器控制器25访问备份存储器29，并将存储器模块26中的数据复制到备份存储器模块29。此后，正常操作模式切换到图7和8所示的传输模式。在这种模式下，存储器控制器25确定存储器模块的连接顺序是29、27、28，并根据这一顺序控制访问操作。
停止对不进行访问的存储器模块26的供电，于是在系统操作正在运行的同时，可以实现它的去除以及新存储器模块对它的替换。为了在完成存储器模块26的替换之后恢复原有的正常操作模式，向存储器控制器25发出命令，以便按照与用来去除存储器模块26的处理步骤相反顺序的步骤，将存储器系统恢复到正常操作模式。
在图7和8所示的传输模式中，在替换发生故障的存储器模块26之后启动电源，并且启动从存储器控制器25对新存储器模块26的访问，以初始化存储器模块26。此后，将备份存储器模块29中的数据复制到存储器模块26。在数据复制操作完成之后，启动存储器模块26和存储器模块27之间的连接，并依次停止存储器模块27和29之间的信号传输，以及存储器控制器25和备份存储器模块29之间的信号传输。结果，将系统模式设定为回到图5和6所示的正常操作模式。
图9和10示出存储器模块27发生故障时的另一传输模式。存储器控制器25确定存储器模块的连接顺序是26、29、28，并根据这一顺序控制访问操作。图11和12示出了存储器模块28发生故障时的另一模式。类似地，存储器控制器25确定存储器模块的连接顺序是26、29、27，并根据这一顺序控制访问操作。
虽然上述实施例中使用三个正常存储器模块和单个备份存储器模块，但是可以任意选择正常存储器模块的数目和备份存储器模块的数目。虽然各图中示出了单根读取线和单根写入线，但是可以任意选择读取线和写入线的数目大于或等于1。用于控制的信号线的数目不受限制。虽然上述实施例中示出存储器系统的单通道，但是可以任意选择通道的数目。对于开关34、35和36可以选择任何结构，只要这些开关能够将输入串行信号以可控方式传递通过两个输出端之一。另外，对于传输方向限制门可以选择任何结构，只要限制门在特定方向驱动信号，并且停止相反方向的信号。
虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是根据本发明的存储器系统及其热插拔方法并不限于上述实施例中所示的结构，而是可以对本文所述的本发明做出各种改变、改型或更替，这些都不会脱离本发明的精神。因此，所有这些改变、改型和更替都应该被视为处于本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种存储器系统，它包括：
多个正常存储器模块，它们通过信号写入线和信号读取线串联连接，用于传送读取/写入数据；
备份存储器模块；和
开关电路，包括至少一个具有一个输入端和两个输出端的开关器件，以及至少一个具有两个输入端和一个输出端的传输方向限制器件，其中，
所述开关电路通过将所述正常存储器模块中的一个正常存储器模块隔离，并且插入所述备份存储器模块，以将所述备份存储器模块与除所述正常存储器模块中的一个正常存储器模块之外的所述正常存储器模块串联连接起来，以便用所述备份存储器模块代替所述正常存储器中的一个正常存储器模块。
2.根据权利要求1所述的存储器系统，其中，所述传输方向限制器件将信号传输限制在从它的所述两个输入端之一到它的所述输出端的方向。
3.根据权利要求1所述的存储器系统，其中，所述传输方向限制器件包括以级联连接方式连接在第一节点处的第一和第二缓冲器，以及输出端连接到所述第一节点的第三缓冲器。
4.一种用于在存储器系统中进行热插拔的方法，所述存储器系统包括多个正常存储器模块、备份存储器模块、用于将所述正常存储器模块串联连接起来的信号写入线和信号读取线，以及开关电路，该开关电路包括至少一个具有一个输入端和两个输出端的开关器件，以及至少一个具有两个输入端和一个输出端的传输方向限制器件，所述方法包括如下步骤：
所述开关电路从正常存储器模块的串联连接中隔离正常存储器模块之一；以及
所述开关电路在除了被隔离的一个正常存储器模块之外的正常存储器模块的串联连接中插入备份存储器模块。
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