CN101208746B - 硬盘驱动器的交错起转机制 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例,公开一种主机总线适配器(HBA)。该HBA包括一个或多个链路层引擎、一个或多个端口以及令牌传递逻辑,其中一个或多个端口的每一个端口与一个或多个链路层引擎的其中之一关联,令牌传递逻辑具有与一个或多个链路层引擎的每一个关联的移位寄存器。只要第一链路层引擎检测到第一移位寄存器具有第一值,则第一链路层引擎启用耦合到关联的端口的第一存储装置来起转。

Description

硬盘驱动器的交错起转机制
技术领域
本发明涉及计算机系统;更具体地来说,本发明涉及与硬盘驱动器的计算机系统交互。
背景技术
现代硬盘驱动器所用的大部分功率由主轴电动机所消耗。当最初启动硬盘时,电动机可能将功率的峰值水平拉高到将磁盘保持旋转所消耗的功率的两倍以上。虽然在大多数情况中即使峰值启动功率使用并不重要,但是当使用尝试同时起转(spin-up)的多个硬盘时仍可能有问题。这种情况需要足够的供电来支撑此初始需求。
作为针对上述问题的一种解决方案,在系统中实现交错起转,其中主机系统可以使这些磁盘驱动器顺序地起转。交错起转大大地降低设计要求和电源的成本,并且避免电源超载,从而减少电源和磁盘驱动器损坏的风险。
但是,在传统主机总线适配器(HBA)中,大多数的物理层(phy)复位序列状态机在固件中实现,从而使交错起转归为固件任务。启用固件处理phy复位序列和起转的缺点在于,它使主机CPU增加了实时处理需求,因此降低了性能。而且,因为主机处理器不断进一步地远离控制单元,将越来越多压力置于硬件中的复位序列状态机的卸载部分或全部复位序列状态机器上,所以利用固件来实现交错起转将变得不合需要。
附图说明
附图以举例而非限制的形式来说明本发明,附图中相似的标号指示类似的元件,在这些附图中:
图1是计算机系统的一个实施例的框图;
图2说明耦合到硬盘驱动器的主机总线适配器的一个实施例;
图3A和3B是说明交错起转的操作的一个实施例的流程图。
具体实施方式
描述一种用于硬盘驱动器的交错起转的机制。在下文对本发明的详细描述中,给出了许多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。但是,对于本领域技术人员来说,显然本发明可以在没有这些特定细节的情况下实施。在其他实例中,以框图形式示出公知的结构和装置,而没有进行详细示出,以避免妨碍对本发明的理解。
本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引述表示结合该实施例描述的特定功能部件、结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中的多个不同位置出现短语“在一个实施例中”不一定全部指相同的实施例。
图1是计算机系统100的一个实施例的框图。计算机系统100包括耦合到接口105的中央处理单元(CPU)102。在一个实施例中,CPU 102是美国加州圣克拉拉的英特尔公司提供的Pentium
Figure 2006800230026_0
系列的处理器Pentium
Figure 2006800230026_1
IV处理器。或者,还可以使用其他CPU。例如,可以使用多个处理核来实现CPU 102。在其他实施例中,计算机系统100可以包括多个CPU 102。
在另一个实施例中,还将芯片组107耦合到接口105。芯片组107包括存储器控制集线器(MCH)110。MCH 110可以包括耦合到主系统存储器115的存储器控制器112。主系统存储器115存储CPU 102或系统100中包括的任何其他装置执行的数据和指令序列。在一个实施例中,主系统存储器115包括动态随机存取存储器(DRAM);但是,可以使用其他存储器类型来实现主系统存储器115。还可以将附加的装置耦合到接口105,例如将多个CPU和/或多个系统存储器耦合到接口105。
经由集线器接口将MCH 110耦合到输入/输出控制集线器(ICH)140。ICH 140提供至计算机系统100内的输入/输出(I/O)装置的接口。ICH 140可以支持I/O总线(例如外围组件互连(PCI)、加速图形端口(AGP)、通用串行总线(USB)、低引脚计数(LPC)总线或任何其他类型的I/O总线(未示出))上的标准I/O操作。
根据一个实施例,ICH 140包括主机总线适配器(HBA)144。HBA 144作为控制器用于控制对一个或多个硬盘驱动器150的访问。在一个实施例中,硬盘驱动器150是串行SCSI(SAS)驱动器。但是在其他实施例中,硬盘驱动器150可以是串行ATA(SATA)驱动器。无论怎样,HBA 144能够控制SAS或SATA装置以及其他装置类型。
对于串行SCSI(SSP)驱动器中的起转,主机系统发出起停单元命令(起转启用)来允许装置起转。但是,在接收到元语NOTIFY(启用起转)之前,不允许装置开始起转。在串行ATA(SATA)装置中,装置在带外(OOB)序列完成时自动起转。
这种装置起转的问题是计算机系统100无法控制每个连接装置起转。例如,如果HBA具有8个端口,且如果所有8个端口都处于活动状态,其中所有连接装置位于相同的封装中,则同时起转需要能够处理起转时的峰值电流y的8倍电流的电源。
根据一个实施例,将交错起转机制结合于HBA 144的硬件中以使耦合到HBA 144的磁盘驱动器能够顺序地起转。图2说明耦合到硬盘驱动器150的HBA 144的一个实施例。根据一个实施例,经由8个端口将HBA 144耦合到硬盘驱动器150内的8个存储装置250。
HBA 144包括协议引擎230,协议引擎230表示要与SAS/SATA装置通信的链路层。协议引擎230包括与8个端口的每个端口对应的链路层引擎0-7、可编程令牌分隔器(token spacer)245和令牌传递逻辑240。链路层引擎控制每个操作SAS链路的通信。这种通信包括标识序列、连接管理和端口层请求的帧传输。在一个实施例中,这些链路层引擎均包括它们各自的OOB加速协商逻辑。
而且,所有8个引擎与令牌传递逻辑240通信。令牌传递逻辑240是加电时具有缺省单热(one hot)编码值的移位寄存器。根据一个实施例,移位寄存器包括与每个链路层引擎对应的寄存器SR0-SR7。可编程令牌分隔器245是计数器,其中该计数器可以定制编程为等于两个相邻装置起转之间的时间差的值。
在一个实施例中,最小值应该设为装置的最小起转时间。令牌分隔器245作为发往移位寄存器的移位启用信号来工作。从链路层引擎0-7传递到令牌传递逻辑240的控制信号是:enable0-7。
根据一个实施例,链路层引擎传送启用信号以将其相应装置250起转。只要令牌传递逻辑240中关联的寄存器为逻辑1,特定链路层就开始起转的传输。例如,只要SR0为逻辑1,链路层引擎0就传送enable0。此后,将逻辑0移位到SR0,则使逻辑1移位到SR1,这导致将enable0去激活,并将enable1传送到其对应的装置250以实现起转。
在另一个实施例中,当将链路连接到扩展器(expander)(未示出)时,对于该特定链路,不需要起转,因为扩展器将自己处理交错起转,而不会转发任何进入的Notify(启用起转)元语。因此,当链路层检测到端口连接到扩展器时,或当它检测到没有装置连接时,链路层将向令牌控制逻辑240传送控制信号以绕过对应的移位寄存器组件。在此情况中,链路层可能不会发送NOTIFY元语。在一个实施例中,固件可能通过绕过对应的移位寄存器组件来强制屏蔽特定链路。令牌传递逻辑240将一次向链路层发送一个令牌,从而确保一次一个起转。
图3A和3B是说明链路层引擎处支持交错起转的复位序列的一个实施例的流程图。参考图3A,过程开始于复位状态302。在判断框304,链路层引擎确定它是否仅支持SATA模式。如果是的话,链路层引擎进入COMRESET状态306,在此状态下它等待COMINIT/COMRESET交换。
在判断框308,确定是否支持交错起转。如果支持交错起转,则在判断框310,确定是否是第一次进入此状态。如果是的话,则链路层引擎进入SpinupHold状态312以等待令牌。当获得令牌时,链路层引擎返回到COMRESET状态306。
如果不是第一次进入此状态,或不支持交错起转,则链路层引擎进入COMWAKE状态314。在处理框316,链路层引擎使OOB/速度协商(Speed Negotiation)的复位得以完成。然后关联的装置自动起转。
如果在判断框304,确定不仅仅支持SATA,则链路层引擎进入COMINIT状态320。参考图3B,在交换COMINIT之后进入COMSAS状态322。如果COMSAS状态322检测到超时,且假定SATA支持成立,则将控制返回到判断框308,在其中确定是否支持交错起转(图3A)。
如果COMSAS状态322检测到发生超时且仅支持SAS,则引擎链路层返回到COMINIT状态320。否则,交换COMSAS,并进入SAS速度协商状态324。此后,引擎链路层进入状态326,其中交换标识地址帧。如果存在扩展器,则禁用notify(通知)而启用起转,处理框336。
否则引擎链路层从状态326进入到直接连接的SAS状态328。在判断框330,确定引擎链路层处是否支持交错起转。如果支持,则启用交错起转,处理框332。如果启用交错起转,则设置发往令牌控制逻辑240的启用信号。将在此链路上发送NOTIFY元语。如果不支持,则禁用交错起转,处理框334。如果交错起转被禁用,则清除控制信号。令牌控制逻辑将绕过该节点,导致不发送NOTIFY元语。
上述交错起转机制大大降低电源需求。此外,该机制提供独立的串行接口解决方案以支持交错起转功率管理并免除交错起转的固件控制,而交错起转的固件控制会增加主机处理器的实时处理要求。而且,该机制免除HBA处的本地微处理器的需要,这降低支持交错起转的设计成本。
然而本领域技术人员在阅读前文描述之后无疑将显见到本发明的许多更改和修改,这应理解通过图示示出并描述的任何特定实施例在任何方面都无意被视为限制。因此,对多种实施例细节的引述无意限制权利要求的范围,它们本身仅仅引述视为本发明的基础的那些特征。

Claims (17)

1.一种主机总线适配器,包括:
一个或多个链路层引擎;
一个或多个端口,所述一个或多个端口中的每个端口与所述一个或多个链路层引擎中之一相关联;和
令牌传递逻辑,具有与所述一个或多个链路层引擎中的每一个相关联的移位寄存器,
其中,所述移位寄存器具有多个寄存器,
其中,所述一个或多个链路层引擎中的第一链路层引擎在检测到
所述多个寄存器中的第一寄存器具有第一值时将启用信号传送到第一存储装置以便进行起转,
其中,当在基于针对两个相邻存储装置起转之间的时间差进行预先编程的计数器的时间间隔之后接收到第二值时,所述第一寄存器将所述第一值移位到第二寄存器,
其中,响应于所述第一寄存器接收到所述第二值,所述第一链路层引擎禁用所述第一存储装置,并且
其中,所述一个或多个链路层引擎中的第二链路层引擎在检测到所述多个寄存器中的所述第二寄存器具有所述第一值时将启用信号传送到第二存储装置以便进行起转。
2.如权利要求1所述的主机总线适配器,
其中,所述一个或多个端口中的第一端口耦合到所述第一链路层引擎和所述第一存储装置;并且
其中,所述一个或多个端口中的第二端口与所述第二链路层引擎和所述第二存储装置相关联。
3.如权利要求2所述的主机总线适配器,其中,只要所述第二链路层引擎检测到所述第二寄存器具有所述第二值,则所述第二链路层引擎禁用所述第二存储装置。
4.如权利要求2所述的主机总线适配器,还包括令牌分隔器,所述令牌分隔器向所述移位寄存器提供第三值。
5.如权利要求4所述的主机总线适配器,其中,所述第三值表示所述第一存储装置的起转与所述第二存储装置的起转之间的时间差。
6.如权利要求4所述的主机总线适配器,其中,所述第三值是可编程的。
7.如权利要求2所述的主机总线适配器,其中,如果将所述一个或多个端口中的第三端口耦合到扩展器,则所述一个或多个链路层引擎中的第三链路层引擎向所述令牌传递逻辑传送控制信号以绕过移位寄存器。
8.一种用于硬盘的交错起转的方法,所述方法包括:
主机总线适配器内的第一链路层引擎检测到与所述第一链路层引擎关联的第一寄存器处的第一值;
将第一启动信号传送到与所述第一链路层引擎关联的第一存储装置以便启动所述第一存储装置的起转;
在基于针对两个相邻存储装置起转之间的时间差进行预先编程的计数器的时间间隔之后,在所述第一寄存器处接收第二值;
响应于所述第一寄存器接收到所述第二值,所述第一链路层引擎禁用所述第一存储装置,
在接收到第二值时所述第一寄存器将所述第一值移位到第二寄存器;
与所述第二寄存器关联的第二链路层引擎在所述第二寄存器检测到所述第一值;以及
将第二启用信号传送到与所述第二链路层引擎关联的第二存储装置以启动所述第二存储装置的起转。
9.如权利要求8所述的方法,还包括传送指示所述第一存储装置的起转与所述第二存储装置的起转之间的时间差的第三值。
10.如权利要求9所述的方法,其中,所述第三值是可编程的。
11.如权利要求8所述的方法,还包括:
第三链路层引擎检测耦合到与所述第三链路层引擎关联的端口的扩展器;以及
第三链路层引擎传送控制信号以绕过第三寄存器。
12.一种计算机系统,包括:
一个或多个存储装置;以及
主机总线适配器,所述主机总线适配器耦合到所述一个或多个存储装置并且具有:
一个或多个链路层引擎;
一个或多个端口,所述一个或多个端口中的每个端口与所述一个或多个链路层引擎中之一相关联;和
令牌传递逻辑,具有与所述一个或多个链路层引擎中的每一个相关联的移位寄存器,
其中,所述移位寄存器具有多个寄存器,
其中,所述一个或多个链路层引擎中的第一链路层引擎在检测到所述多个寄存器中的第一寄存器具有第一值时将启用信号传送到第一存储装置以便进行起转,
其中,当在基于针对两个相邻存储装置起转之间的时间差进行预先编程的计数器的时间间隔之后接收到第二值时,所述第一寄存器将所述第一值移位到第二寄存器,
其中,响应于所述第一寄存器接收到所述第二值,所述第一链路层引擎禁用所述第一存储装置,并且
其中,所述一个或多个链路层引擎中的第二链路层引擎在检测到所述多个寄存器中的所述第二寄存器具有所述第一值时将启用信号传送到第二存储装置以便进行起转。
13.如权利要求12所述的系统,
其中,所述一个或多个端口中的第一端口耦合到所述第一链路层引擎和所述第一存储装置,并且
其中,所述一个或多个端口中的第二端口与所述第二链路层引擎和所述第二存储装置相关联。
14.如权利要求12所述的系统,其中,所述主机总线适配器还包括令牌分隔器,所述令牌分隔器向所述移位寄存器提供第三值。
15.如权利要求13所述的系统,其中,所述主机总线适配器还包括所述一个或多个链路层引擎中的第三链路层引擎,如果所述一个或多个端口中的第三端口耦合到扩展器,则所述第三链路层引擎向所述令牌传递逻辑传送控制信号以绕过所述多个寄存器中的第三寄存器。
16.如权利要求14所述的系统,其中,所述第三值是可编程的。
17.如权利要求14所述的系统,其中,所述第三值表示所述第一存储装置的起转与所述第二存储装置的起转之间的时间差。
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