CN102591588A - 复合型固态驱动器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合型固态驱动器控制系统，利用SD存储卡构成的独立磁盘冗余阵列复合多通道快闪存储器。本发明利用至少一独立磁盘冗余阵列控制单元将多个相对便宜的SD存储卡组合起来，成为一个独立磁盘冗余阵列组，使存取性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的SD存储卡，通过控制至少一快闪存储器控制单元与至少一SD存储卡控制单元间的该数据储存关系，以加速读取及备份数据，更利用快闪存储器的高度稳定性使电子计算装置得以稳定运作。
Description
技术领域
本发明是关于一种固态硬盘控制系统，特别是一种利用SD存储卡构成的独立磁盘冗余阵列和多通道快闪存储器复合的固态硬盘控制系统。
背景技术
随着电子计算机科技的进步，人们对于使用个人电脑、笔记型电脑或个人存储装置，数据储存装置的容量需求越来越大，同时一般过去所使用的数据储存装置如硬盘(Hard Disk)来说，因为扩充性不佳，或是因为运作方式会产生震动且易发散高热等缺失而造成高耗损，因此逐渐不被市场需求所接受，现今已渐渐地以固态数据储存装置取而代之。目前，各式生产固态储存装置例如快闪存储器、存储卡(MemoryStick)、SD存储卡、IDE快闪硬盘机、SATA快闪硬盘机等等，目前就以快闪存储器技术最为纯熟，使得许多储存装置逐渐以快闪存储器取代传统硬盘，但是快闪存储器的缺点是单价太高，若是为了符合消费者的使用需求而单独采用高单价的快闪存储器型式，其花费的成本更是会随着快闪存储器的数据传输率等级的优劣以及容量大小成正比关系，意即，使用越是快速数据传输以及容量越大的快闪存储器，则需支付更高额的成本。若是单独使用价位较低廉的SD存储卡组合固态硬盘只能提供方便性，若是对于需要高度稳定性的应用需求的电子计算装置来说无法提出保证。在过去，现有技术曾经提出一种独立磁盘冗余阵列(Redundant Array ofIndependent Disks，RAID)的方法，可以来帮助提升电子计算装置的存取速度，独立磁盘冗余阵列可以将多个次存取装置组合为一个存取装置，当存取装置进行数据的存取时，数据会被分割成多个部分，之后同时且平行地存取于多个次存取装置内，因此独立磁盘冗余阵列能提供较快速的存取速度，如台湾专利公开号200910356所揭露快闪储存晶片与快闪阵列储存系统，其技术特征在于使用PCI Express作为数据传输接口10连接接口并利用快闪阵列控制器12结合多快闪储存晶片14，请参阅图1，但就如先前所述，独立磁盘冗余阵列和快闪存储器所结合的产品可说是非常昂贵，到底要如何使固态硬盘具有高数据存取速度、高度容量扩充性，又要保有经济效益以及提供高度稳定性是固态硬盘储存当前欲克服的一大难题。
因此，欲解决先前所述的缺失，本发明提出一种使用独立磁盘冗余阵列功能来加速读取SD存储卡以符合经济效益并且结合使用快闪存储器来保有其稳定性，以达到稳定性及经济性并存的效益。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种复合型固态驱动器控制系统，同时整合多通道快闪存储器并利用独立磁盘冗余阵列来加速具有扩充性多个SD存储卡，使性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的SD存储卡，并利用快闪存储器高度稳定的特性使电子计算装置保有稳定性及经济性并存的复合型SATA或PATA的传输接口固态硬盘控制系统或单晶片诉求。
本发明次要目的在于提供一种利用独立磁盘冗余阵列控制读写加速或安全数据备份功能，例如使用独立磁盘冗余阵列的硬盘分割技术，把相对应的数据分别储存于不同的SD存储卡上。当一个SD存储卡数据发生损坏后，则利用剩下的数据和相对应资讯去恢复被损坏的数据。
本发明又一目的在于提供一种复合型固态驱动器控制系统，让使用者得以使用多个SD存储卡保有高度容量扩充性。
为达上述的目的，本发明提供一种复合型固态驱动器控制系统，电气连接一电子计算装置，该复合型固态驱动器控制系统包括：
至少一快闪存储器控制单元，电气连接该电子计算装置，该快闪存储器控制单元，以控制至少一快闪存储器储存一数据；
至少一SD存储卡控制单元，电气连接该电子计算装置，以控制至少两SD存储卡储存该数据；以及
至少一独立磁盘冗余阵列控制单元，电气连接该电子计算装置、该快闪存储器控制单元及该SD存储卡控制单元，并控制该快闪存储器控制单元与该SD存储卡控制单元间的该数据储存关系，以加速读取及备份数据。
与现有技术相比，本发明所述的复合型固态驱动器控制系统包括，由至少一可程序化只读存储器电气连接至少一中央处理单元，以提供指令，中央处理单元电气连接至少一随机存取存储器控制单元以存取数据在至少一随机存取存储器，中央处理单元以解释可程序化只读存储器的指令之后，处理快闪存储器控制单元、独立磁盘冗余阵列控制单元、SD存储卡控制单元以及SATA或PATA接口控制单元彼此之间的数据传输关系。由于，具有独立磁盘冗余阵列功能的控制单元可以将多个SD存储卡组合成一个逻辑磁区，作业系统只会把它当作一个SD存储卡，因此本发明所提出一种利用独立磁盘冗余阵列复合快闪存储器和SD存储卡，可以利用快闪存储器的高度稳定性及利用相对便宜的多SD存储卡，以达到稳定性及经济性并存的效益。
以下将通过具体实施例配合所附的图式详加说明，更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为现有的架构示意图；
图2为本发明的系统架构示意图。
附图标记说明：10-数据传输接口；12-快闪阵列控制器；14-快闪储存晶片；16-复合型固态驱动器控制系统；18-电子计算装置；20-随机存取存储器控制单元；22-可程序化只读存储器；24-中央处理单元；25-SATA或PATA控制单元；26-直接存储器存取控制单元；28-快闪存储器控制单元；30-独立磁盘冗余阵列控制单元；32-SD存储卡控制单元；34-插槽；36-随机存取存储器；38-快闪存储器；40-SD存储卡；42-SATA或PATA传输接口。
具体实施方式
请参阅图2，说明本发明的系统架构示意图，本发明提出一种复合型固态驱动器控制系统16，提供应用在个人电脑、笔记型电脑或个人存储装置的电子计算装置18进行同时整合快闪存储器38以及具有扩充性多个SD存储卡40，电子计算装置18包括至少一可程序化只读存储器(Programmable read-only memory，PROM，PROM)22电气连接至少一中央处理单元24并且提供指令，中央处理单元24在接收可程序化只读存储器22的指令并进行解释指令，中央处理单元24电气连接至少一随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)控制单元20，以便在至少一随机存取存储器36进行存取数据，此图式系以多个随机存取存储器36为例，中央处理单元24控制快闪存储器控制单元28、独立磁盘冗余阵列控制单元30、SD存储卡控制单元32以及SATA或PATA控制单元25彼此之间的数据传输关系。前述的随机存取存储器36使用种类可为动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)或静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)。
电子计算装置18具有至少一直接存储器存取(Direct Memory Access，DMA)控制单元26电气连接至少一随机存取存储器控制单元20、至少一SATA或PATA控制单元25、至少一快闪存储器控制单元28、至少一独立磁盘冗余阵列控制单元30以及至少一SD存储卡控制单元32，以达成直接读写数据的效益，输入接口可为序列ATA(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)或整合装置电路(Integrated Device Electronics，IDE或称Parallel ATA，PATA)或外部序列ATA(External Serial ATA，eSATA)。
快闪存储器控制单元28电气连接中央处理单元24，使用单通道(Single-Channel)技术或多通道存取技术多通道(Multi-Channel)传输数据，并且具有错误校正码(ECC，Error Correction Code)可修正数据，快闪存储器控制单元28电气连接至少一快闪存储器38，快闪存储器38可用内建系统的方式(System in Package，SIP)来实施，而当中的快闪存储器38使用种类可为NAND型快闪存储器或NOR型快闪存储器，规格可为单阶储存单元(Single Level Cell，SLC)或多阶储存单元(Multi-level Cell，MLC)。
SD存储卡控制单元32电气连接中央处理单元24再电气连接多插槽34，而当中的每一插槽34对应一张SD存储卡(Secure Digital Card)40，并使用独立磁盘冗余阵列控制单元30进行控制至少两张以上SD存储卡40，以达到利用独立磁盘冗余阵列加速读取的功能，使进行控制快闪存储器控制单元28、SD存储卡控制单元32与SATA或PATA控制单元25间的数据储存关系，更可利用独立磁盘冗余阵列的硬盘分割技术，把相对应的数据分别储存于不同的SD存储卡40上。当一个SD存储卡40数据发生损坏后，则利用剩下的数据和相对应资讯去恢复被损坏的数据，进一步达成备份数据的功效，而当中所述的SD存储卡40使用种类可为微型SD存储卡(micro SD或称Trans Flash)、袖珍型SD存储卡(mini SD)、安全数码卡(SecureDigital，SD或SDHC)、SD卡3.0(SDXC)。
上述的独立磁盘冗余阵列控制单元30的阵列功能是JBOD、RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID10/01、RAID50、RAID53，而在本发明较佳实施例在此列举两种模式，叙述如下：(以下所述的min意指最小容量的SD Card，n和m意指SD Card数量)
模式1：
由快闪存储器38加上SD存储卡40组合而成，将多个装置视为同一磁盘装置。回应给SATA或PATA的传输接口42容量计算方式共有：
SD Card采用JBOD模式：Flash+SD Card0+SD Card1+...+SD Cardn-1+SDCardn；此即表示一个快闪存储器38，加上n个SD存储卡40的容量。
SD Card采用RAID1模式：Flash+min(SD Card0，SD Card1，...，SD Cardn)；此即表示一个快闪存储器38，加上n个SD存储卡40当中的最小容量。
SD Card采用RAID0模式：Flash+min(SD Card0，SD Card1)×2+min(SD Card2，SD Card3)×2+...+min(SD Cardn-1，SD Cardn)×2；此即表示一个快闪存储器38，加上每两个SD存储卡40中最小容量的两倍的累加值。
SD Card采用RAID10模式：Flash+min(SD Card0，SD Card1)+min(SD Card2，SD Card3)+...+min(SD Cardn-1，SD Cardn)；此即表示一个快闪存储器38，加上每两个SD存储卡40中最小容量的累加值。
SD Card采用RAID5模式：Flash+min(SD Card0，SD Card1，...，SD Cardn)×(n-1)；此即表示一个快闪存储器38，加上n个SD存储卡40当中的最小容量的n-1倍。
数据写入方式为由SATA或PATA控制单元25接收SATA或PATA的传输接口42所传入的写入指令之后，中央处理单元24开始计算该数据所属装置，再经由SATA或PATA的传输接口42通过SATA或PATA控制单元25利用直接存储器存取控制单元26将数据储存于随机存取存储器36内，若该数据判定为快闪存储器38，则通过直接存储器存取控制单元26将数据经由随机存取存储器36传送至快闪存储器38，若该数据判定为SD存储卡40，依照选定的RAID模式，通过独立磁盘冗余阵列控制单元30将数据分配至适当的SD存储卡40。
数据读取方式为由SATA或PATA控制单元25接收SATA或PATA的传输接口42所传入的读取指令之后，中央处理单元24开始计算该数据所属装置，若该数据判定为快闪存储器38，则通过直接存储器存取控制单元26将数据由快闪存储器38储存至随机存取存储器36内，再经由直接存储器存取控制单元26将随机存取存储器36的数据通过SATA或PATA控制单元25传送至SATA或PATA的传输接口42，若该数据判定为SD存储卡40，则利用独立磁盘冗余阵列控制单元30通过直接存储器存取控制单元26将数据传送到随机存取存储器36，再经由直接存储器存取控制单元26将随机存取存储器36的数据通过SATA或PATA控制单元25传送至SATA或PATA的传输接口42。
模式2：
由快闪存储器38加上SD存储卡40组合而成，让使用者可以同时看到独立的快闪存储器38磁盘装置及独立的SD存储卡40磁盘装置，由于每一个装置为独立，可由RIAD模式来得知每一个独立SD存储卡40容量，容量说明如下：
SD Card采用JBOD模式：为所有SD Card容量加总，此时SD Card视为同一装置，容量为SD Cardn+SD Cardn+1+...+SD Cardn+m-1+SD Cardn+m；此即表示n个SD存储卡40加上m个的SD存储卡40容量。
总装置会因为采用的接口不同说明如下：
当采用PATA时，仅可有1组Flash以及1组SD Card JBOD装置，此时Flash装置为主装置(Master)，SD CardJBOD装置为从装置(Slave)，也可Flash装置为从装置，SD Card RAID1装置为主装置。
当采用SATA时，利用独立磁盘冗余阵列控制单元30最多可以设定1组Flash以及14组SD CardJBOD装置。
SD Card采用RAID1模式：每两个SD Card视为同一装置，每个装置的容量为min(SD Cardn-1，SD Cardn)。
总装置数量会因为采用的接口不同，说明如下：
当采用PATA时，仅可有1组Flash以及1组SD Card RAID 1装置，此时Flash装置为主装置，SD Card RAID1装置为从装置，也可Flash装置为从装置，SD CardRAID1装置为主装置。
当采用SATA时，利用独立磁盘冗余阵列控制单元30最多可以1组Flash以及14组SD Card RAID1装置。
SD Card采用RAID0模式：每两个SD Card视为同一装置，每个装置的容量为min(SD Cardn，SD Cardn+1)×2。总装置数量会因为采用的接口不同，说明如下：
当采用PATA时，仅可有1组Flash以及1组SD Card RAID0装置，此时Flash装置为主装置，SD Card RAID0装置为从装置，也可Flash装置为从装置，SD CardRAID0装置为主装置。
采用SATA时，利用独立磁盘冗余阵列控制单元30最多可以1组Flash以及14组SD Card RAID0装置。
SD Card采用RAID10模式：每四个SD Card视为同一装置，每个装置的容量为min(SD Cardn，SD Cardn+1)+min(SD Cardn+2，SD Cardn+3)。总装置数量会因为采用的接口不同，说明如下：
当采用PATA时，仅可有1组Flash以及1组SD Card RAID10装置，此时Flash装置为主装置，SD Card RAID10装置为从装置，也可Flash装置为从装置，SD CardRAID10装置为主装置。
当采用SATA时，利用独立磁盘冗余阵列控制单元30最多可以1组Flash以及14组SD Card RAID10装置。
SD Card采用RAID5模式：每至少三个SD Card视为同一装置，每个装置的容量为min(SD Cardn，SD Cardn+1，...，SD Cardn+m-1，SD Cardn+m)×(m-1)。总装置数量会因为采用的接口不同，说明如下：
当采用PATA时，仅可有1组Flash以及1组SD Card RAID5装置，此时Flash装置为主装置，SD Card RAID5装置为从装置，也可Flash装置为从装置，SD CardRAID5装置为主装置。
当采用SATA时，利用独立磁盘冗余阵列控制单元30最多可以1组Flash以及14组SD Card RAID5装置。
模式2的数据写入与读取方式与模式1相同，故于此不再赘述。
本发明提供一种复合型固态驱动器控制系统16，同时整合快闪存储器38以及多个SD存储卡40，使多个SD存储卡40的性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的SD存储卡40，利用快闪存储器38高度稳定的特性使电子计算装置18保有稳定性及经济性，让使用者得以使用多个SD存储卡40保有高度容量扩充性。
虽然，本发明前述的实施例揭露如上，然其并非用以限订本发明。在不脱离本发明的精神和范围内所为的更动与润饰，均属于本发明专利范围的主张。关于本发明所界定的专利范围请参考所附的申请专利范围。
Claims (10)
1.一种复合型固态驱动器控制系统，电气连接一电子计算装置，其特征在于，该复合型固态驱动器控制系统包括：
至少一快闪存储器控制单元，电气连接该电子计算装置，该快闪存储器控制单元，以控制至少一快闪存储器储存一数据；
至少一SD存储卡控制单元，电气连接该电子计算装置，以控制至少两SD存储卡储存该数据；以及
至少一独立磁盘冗余阵列控制单元，电气连接该电子计算装置、该快闪存储器控制单元及该SD存储卡控制单元，并控制该快闪存储器控制单元与该SD存储卡控制单元间的该数据储存关系，以加速读取及备份数据。
2.如权利要求1所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该电子计算装置更包括：
至少一可程序化只读存储器，以提供至少一指令；
至少一中央处理单元，电气连接该快闪存储器控制单元、SD存储卡控制单元、独立磁盘冗余阵列控制单元以及可程序化只读存储器，以解释该指令及处理该数据；以及
至少一随机存取存储器控制单元，电气连接该中央处理单元以及至少一随机存取存储器，以控制该随机存取存储器储存该数据。
3.如权利要求2所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该电子计算装置更包括一直接存储器存取控制单元，该直接存储器存取控制单元电气连接该快闪存储器控制单元、该SD存储卡控制单元、该独立磁盘冗余阵列控制单元以及该随机存取存储器控制单元，以进行直接读写该数据。
4.如权利要求3所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该电子计算装置更包括至少一SATA或PATA控制单元，电气连接该直接存储器存取控制单元，以进行接收写入或读取指令，该SATA或PATA控制单元使用传输接口为序列ATA或整合装置电路或外部序列ATA。
5.如权利要求2所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该随机存取存储器为动态随机存取存储器或静态随机存取存储器。
6.如权利要求1所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该快闪存储器为一NAND型快闪存储器或一NOR型快闪存储器，使用单通道技术或多通道存取技术以储存和读取该数据，规格为单阶储存单元或多阶储存单元快闪存储器。
7.如权利要求1所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该SD存储卡为微型SD存储卡、袖珍型SD存储卡、安全数码卡或SD卡3.0，用以储存该数据。
8.如权利要求1所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该阵列功能是JBOD、RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID10/01、RAID50或RAID53。
9.如权利要求1所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，更包括多插槽，该多插槽电气连接该SD存储卡控制单元，以供该SD存储卡存取数据。
10.如权利要求1所述的复合型固态驱动器控制系统，其特征在于，该电子计算装置是个人电脑、笔记型电脑及个人存储装置。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120718 |