CN105094687B - 固态硬盘控制电路及固态硬盘装置与固态硬盘存取系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种固态硬盘控制电路及相关的装置与系统，该固态硬盘控制电路包含：进阶主机控制器接口(AHCI)控制电路，用于耦接快速周边组件互连(PCIe)接口；以及快闪存储器控制电路，耦接于AHCI控制电路，设置成控制固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作。AHCI控制电路会通过PCIe接口，传送用于代表AHCI控制电路耦接于M个固态硬盘的指示信息至主控装置。前述M为大于1且小于32的正整数。

Description

固态硬盘控制电路及固态硬盘装置与固态硬盘存取系统

技术领域

本发明涉及固态硬盘技术领域，尤其涉及一种固态硬盘控制电路及相关的固态硬盘装置与固态硬盘存取系统。

背景技术

传统的固态硬盘(solid state drive，SSD)多半是设计成通过序列式先进附加技术(Serial Advanced Technology Attachment，SATA)接口与主控端装置(host device)进行数据通信。然而，SATA接口的传输频宽有限。随着固态硬盘中的快闪存储器晶片的存取速度愈来愈往上提升，SATA接口已逐渐成为进一步提升固态硬盘与主控端装置间的数据传输速度的瓶颈。

发明内容

有鉴于此，如何有效提升固态硬盘与主控端装置间的数据传输速度，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供一种固态硬盘存取系统的实施例，包含：一主控端装置，其包含：一主控端通信电路；以及一处理电路，耦接于该主控端通信电路，设置成控制该主控端通信电路的运作；以及一固态硬盘装置，其包含：一快速周边组件互连接口，设置成与该主控端通信电路进行数据通信；一固态硬盘；以及一固态硬盘控制电路，其包含：一进阶主机控制器接口控制电路，耦接于该快速周边组件互连接口；以及一快闪存储器控制电路，耦接于该进阶主机控制器接口控制电路并用于耦接该固态硬盘，该快闪存储器控制电路设置成控制该固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作；其中，该进阶主机控制器接口控制电路会通过该快速周边组件互连接口与该主控端通信电路，传送用于代表该进阶主机控制器接口控制电路耦接于M个固态硬盘的一指示信息至该处理电路，其中，M为大于1且小于32的正整数。

本说明书另提供一种用于一固态硬盘存取系统中的固态硬盘控制电路的实施例。该固态硬盘存取系统包含一主控端装置以及一固态硬盘装置，该主控端装置包含一主控端通信电路以及耦接于该主控端通信电路的一处理电路，该固态硬盘装置包含一快速周边组件互连接口、一固态硬盘、以及该固态硬盘控制电路。该固态硬盘控制电路包含：一进阶主机控制器接口控制电路，用于耦接该快速周边组件互连接口；以及一快闪存储器控制电路，耦接于该进阶主机控制器接口控制电路并用于耦接该固态硬盘，设置成控制该固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作；其中，该进阶主机控制器接口控制电路会通过该快速周边组件互连接口与该主控端通信电路，传送用于代表该进阶主机控制器接口控制电路耦接于M个固态硬盘的一指示信息至该处理电路，其中，M为大于1且小于32的正整数。

本说明书另提供一种用于一固态硬盘存取系统中的固态硬盘装置的实施例。该固态硬盘存取系统包含一主控端装置以及一固态硬盘装置，该主控端装置包含一主控端通信电路以及耦接于该主控端通信电路的一处理电路。该固态硬盘装置包含：一快速周边组件互连接口，设置成与该主控端通信电路进行数据通信；一固态硬盘；以及一固态硬盘控制电路，其包含：一进阶主机控制器接口控制电路，耦接于该快速周边组件互连接口；以及一快闪存储器控制电路，耦接于该进阶主机控制器接口控制电路并用于耦接该固态硬盘，该快闪存储器控制电路设置成控制该固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作；其中，该进阶主机控制器接口控制电路会通过该快速周边组件互连接口与该主控端通信电路，传送用于代表该进阶主机控制器接口控制电路耦接于M个固态硬盘的一指示信息至该处理电路，其中，M为大于1且小于32的正整数。

上述实施例的优点之一，是该主控端装置的处理电路会基于该进阶主机控制器接口控制电路产生的该指示信息，而配置超额的命令槽(command slot)给该进阶主机控制器接口控制电路，藉此可大幅提升该固态硬盘装置与该主控端装置之间的数据传输速度。

本发明的其他优点将藉由以下的说明和图式进行更详细的解说。

附图说明

图1为本发明一实施例的固态硬盘存取系统简化后的功能模块图。

图2为本发明另一实施例的固态硬盘存取系统简化后的功能模块图。

附图标记说明：

100 固态硬盘存取系统

110 主控端装置

112、212 主控端通信电路

114 处理电路

120 固态硬盘装置

122 快速周边组件互连接口

124 固态硬盘

126 固态硬盘控制电路

128 无线通信电路

140 快闪存储器阵列

162 进阶主机控制器接口控制电路

164 快闪存储器控制电路

具体实施方式

以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。在图式中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。

图1为本发明一实施例的固态硬盘存取系统(SSD access system)100简化后的功能模块图。固态硬盘存取系统100包含一主控端装置(transmitting-end Bluetoothdevice)110、以及一固态硬盘装置120。

在图1的实施例中，主控端装置110包含一主控端通信电路(host-endcommunication circuit)112以及一处理电路(processing circuit)114。固态硬盘装置(SSD device)120包含一快速周边组件互连(peripheral component interconnectexpress，PCIe)接口122、一固态硬盘124、一固态硬盘控制电路(SSD controllingcircuit，以下简称SSD控制电路)126以及一无线通信电路128。

在主控端装置110中，处理电路114耦接于主控端通信电路112，设置成控制主控端通信电路112及主控端装置110中的其他元件(未绘示)的运作。实作上，主控端装置110可以是各种可执行各种作业系统的装置，例如，个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、小笔电、智能手机、智能电视等。

在固态硬盘装置120中，PCIe接口122设置成与主控端通信电路112进行数据通信。如图1所示，固态硬盘124中包含一或多个快闪存储器阵列(flashmemory array)140。SSD控制电路126包含一进阶主机控制器接口(advance host controller interface，AHCI)控制电路162以及一快闪存储器控制电路164。AHCI控制电路162耦接于PCIe接口122，设置成通过PCIe接口122与主控端装置110进行数据通信。快闪存储器控制电路164耦接于AHCI控制电路162并用于耦接固态硬盘装置120中的固态硬盘124。快闪存储器控制电路164设置成控制固态硬盘装置120中的一或多个快闪存储器阵列140的存取运作。无线通信电路128耦接于PCIe接口122，设置成以无线传输方式进行主控端通信电路112与PCIe接口122之间的数据通信。

换言之，在图1的实施例中，主控端通信电路112是以具有无线通信能力的电路来实现。

为了说明上的方便，在图1中并未绘示主控端装置110与固态硬盘装置120中的其他元件及相关的连接、运作、与实施方式。

在传统的固态硬盘存取系统中，固态硬盘与主控端装置间是通过一SATA接口进行数据传输。然而，在前述的固态硬盘存取系统100中，则是以PCIe接口122来做为固态硬盘124与主控端装置110间的数据传输桥梁，藉此可增加固态硬盘124与主控端装置110间的数据传输频宽，以提升固态硬盘124与主控端装置110间的数据传输速度。这是固态硬盘存取系统100与传统固态硬盘存取系统在架构上的差异点之一。

另外，传统固态硬盘存取系统中的AHCI控制电路是设置于主控端装置中。然而，在前述的固态硬盘存取系统100中，AHCI控制电路162则是设置于固态硬盘装置120中。藉此可提升固态硬盘装置120在运作方式上的设计灵活性。这是固态硬盘存取系统100与传统固态硬盘存取系统在架构上的另一项差异点。

再者，当传统固态硬盘存取系统中的该AHCI控制电路耦接于K个固态硬盘时，该AHCI控制电路会传送用于代表该AHCI控制电路耦接于K个固态硬盘的一指示信息至主控端装置中的处理电路。在此情况下，该主控端装置的处理电路会基于该AHCI控制电路产生的该指示信息，而配置对应数量的命令槽(command slot)给该AHCI控制电路。例如，在传统的固态硬盘存取系统中，当该AHCI控制电路耦接于单一个固态硬盘时，该AHCI控制电路会传送用于代表该AHCI控制电路耦接于单一个固态硬盘的指示信息至该处理电路，而该处理电路则会基于该指示信息配置32个命令槽给该AHCI控制电路。又例如，当该AHCI控制电路耦接于两个固态硬盘时，该AHCI控制电路会传送用于代表该AHCI控制电路耦接于两个固态硬盘的指示信息至该处理电路，而该处理电路则会基于该指示信息配置64个命令槽给该AHCI控制电路。又例如，当该AHCI控制电路耦接于三个固态硬盘时，该AHCI控制电路会传送用于代表该AHCI控制电路耦接于三个固态硬盘的指示信息至该处理电路，而该处理电路则会基于该指示信息配置96个命令槽给该AHCI控制电路。

在传统的固态硬盘存取系统中，该AHCI控制电路只能分配32个命令槽给所耦接的每一个固态硬盘。因此，当该主控端装置的处理电路所执行的作业系统(operatingsystem)的执行序(queue)要存取该AHCI控制电路所耦接的一特定固态硬盘时，该处理电路必须要将一存取命令放置在相对应的命令槽中。倘若对应于该特定固态硬盘的32个命令槽此时都处于忙碌状态，则该处理电路会将该执行序暂停，直到对应于该特定固态硬盘的32个命令槽的其中之一被该作业系统释放为止。

然而，在前述的固态硬盘存取系统100中，当快闪存储器控制电路164耦接于单一固态硬盘124时，AHCI控制电路162会通过PCIe接口122、无线通信电路128、与主控端通信电路112，传送用于代表AHCI控制电路162耦接于M个固态硬盘的一指示信息至处理电路114，其中，M为大于1且小于32的正整数。

很明显地，AHCI控制电路162向处理电路114宣告的一总耦接固态硬盘数量(totalnumber of coupled solid state drives)，会大于AHCI控制电路162或快闪存储器控制电路164当时所实际耦接的固态硬盘数量。这是固态硬盘存取系统100中的AHCI控制电路162与传统AHCI控制电路在运作上的差异点之一。

因此，主控端装置110的处理电路114便会基于AHCI控制电路162所产生的该指示信息，而配置超额的命令槽给AHCI控制电路162。如此一来，AHCI控制电路162便得以分配超过32个命令槽给快闪存储器控制电路164所耦接的固态硬盘124。

例如，当前述的M为2时，AHCI控制电路162可分配64个命令槽给快闪存储器控制电路164所耦接的固态硬盘124。

在另一实施例中，前述的M大于等于3。在此情况下，AHCI控制电路162可分配96个或更多的命令槽给快闪存储器控制电路164所耦接的固态硬盘124。

相较于传统的固态硬盘存取系统而言，前述AHCI控制电路162可分配给快闪存储器控制电路164所耦接的固态硬盘124的命令槽数量，是传统AHCI控制电路的至少两倍以上。因此，主控端装置110的处理电路114所执行的作业系统，便得以允许更多的执行序来同时存取快闪存储器控制电路164所耦接的固态硬盘124，藉此可大幅提升固态硬盘装置120与主控端装置110之间的数据传输速度。

在运作时，SSD控制电路126中的快闪存储器控制电路164，可将所耦接的固态硬盘124中的所有快闪存储器阵列140群组成M个虚拟磁盘机(virtual disk drive)，并将该M个虚拟磁盘机配置成一磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)架构进行存取。例如，在前述的M为2的实施例中，快闪存储器控制电路164可将固态硬盘124中的所有快闪存储器阵列140群组成两个虚拟磁盘机，并将这两个虚拟磁盘机配置成一磁盘阵列0(RAID0)或磁盘阵列1(RAID1)的架构进行存取。又例如，在前述的M大于等于3的实施例中，快闪存储器控制电路164可将固态硬盘124中的所有快闪存储器阵列140群组成3个或3个以上的虚拟磁盘机，并将这3个或3个以上的虚拟磁盘机配置成一磁盘阵列5(RAID5)的架构进行存取。

如此一来，藉由前述快闪存储器控制电路164将固态硬盘124规划成磁盘阵列架构的管理方式，便能为固态硬盘124提供数据容错的机制，而无需在固态硬盘124中增设其他的错误检查及校正(Error Checking and Correcting，ECC)电路。这样的方式不仅可大幅提升固态硬盘装置120的数据可靠度和应用灵活性，又可降低固态硬盘装置120的硬件成本。

在前述的实施例中，主控端通信电路112是以具有无线通信能力的电路来实现，但这只是一实施例，而非局限本发明的实际实施方式。例如，图2为本发明另一实施例的固态硬盘存取系统200简化后的功能模块图。固态硬盘存取系统200与前述的固态硬盘存取系统100很类似，主要差别之一在于固态硬盘存取系统200中的固态硬盘装置120是通过PCIe接口122直接与主控端通信电路112连接，而省略了无线通信电路128，以进一步精简固态硬盘装置120的硬件架构。在图2的实施例中，主控端通信电路112可用传统的PCIe接口电路来实现，而无需具备无线通信能力。

有关前述固态硬盘存取系统100中的其他对应元件的实施方式、连接方式、以及运作方式，亦适用于固态硬盘存取系统200中。为简洁起见，在此不重复叙述。

由前述说明可知，前述固态硬盘存取系统100或200的优点之一，是藉由采用将AHCI控制电路162设置于固态硬盘装置120中的架构，以提升固态硬盘装置120在运作方式上的设计灵活性。

前述固态硬盘存取系统100或200的优点之二，是主控端装置110的处理电路114会基于AHCI控制电路162产生的指示信息，而配置超额的命令槽给AHCI控制电路162，使得AHCI控制电路162得以分配超过32个命令槽给快闪存储器控制电路164所耦接的固态硬盘124，进而大幅提升固态硬盘装置120与主控端装置110之间的数据传输速度。

前述固态硬盘存取系统100或200的优点之三，是可藉由快闪存储器控制电路164将固态硬盘124规划成磁盘阵列架构的管理方式，为固态硬盘124提供数据容错的机制，而无需在固态硬盘124中增设其他的错误检查及校正电路，藉可不仅可大幅提升固态硬盘装置120的数据可靠度和应用灵活性，又可降低固态硬盘装置120的硬件成本。

在说明书及权利要求中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及权利要求所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。

以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种固态硬盘存取系统，其特征在于，包含：

一主控端装置，其包含：

一主控端通信电路；以及

一处理电路，耦接于该主控端通信电路，设置成控制该主控端通信电路的运作；以及

一固态硬盘装置，其包含：

一快速周边组件互连接口，设置成与该主控端通信电路进行数据通信；

一固态硬盘；以及

一固态硬盘控制电路，其包含：

一进阶主机控制器接口控制电路，耦接于该快速周边组件互连接口；以及

快闪存储器控制电路，耦接于该进阶主机控制器接口控制电路并用于耦接该固态硬盘，该快闪存储器控制电路设置成控制该固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作；

其中，该进阶主机控制器接口控制电路会通过该快速周边组件互连接口与该主控端通信电路，传送用于代表该进阶主机控制器接口控制电路耦接于M个固态硬盘的一指示信息至该处理电路，其中，M为大于1且小于32的正整数；

其中，该进阶主机控制器接口控制电路向该处理电路宣告的一总耦接固态硬盘数量，会大于该快闪存储器控制电路当时所实际耦接的固态硬盘数量，致使该处理电路配置超额的命令槽给该进阶主机控制器接口控制电路，以便该进阶主机控制器接口控制电路得以分配超过32个命令槽给该快闪存储器控制电路所耦接的该固态硬盘。

2.如权利要求1所述的固态硬盘存取系统，其特征在于，该快闪存储器控制电路会将该固态硬盘中的该多个快闪存储器阵列群组成M个虚拟磁盘机，并将该M个虚拟磁盘机配置成一磁盘阵列架构进行存取。

3.如权利要求2所述的固态硬盘存取系统，其特征在于，M大于等于3。

4.如权利要求2的固态硬盘存取系统，其特征在于，该固态硬盘装置另包含：

一无线通信电路，耦接于该快速周边组件互连接口，设置成以无线传输方式进行该主控端通信电路与该快速周边组件互连接口之间的数据通信。

5.一种用于一固态硬盘存取系统中的固态硬盘控制电路，该固态硬盘存取系统包含一主控端装置以及一固态硬盘装置，该主控端装置包含一主控端通信电路以及耦接于该主控端通信电路的一处理电路，该固态硬盘装置包含一快速周边组件互连接口、一固态硬盘、以及该固态硬盘控制电路，其特征在于，该固态硬盘控制电路包含：

一进阶主机控制器接口控制电路，用于耦接该快速周边组件互连接口；以及

一快闪存储器控制电路，耦接于该进阶主机控制器接口控制电路并用于耦接该固态硬盘，设置成控制该固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作；

其中，该进阶主机控制器接口控制电路会通过该快速周边组件互连接口与该主控端通信电路，传送用于代表该进阶主机控制器接口控制电路耦接于M个固态硬盘的一指示信息至该处理电路，其中，M为大于1且小于32的正整数；

其中，该进阶主机控制器接口控制电路向该处理电路宣告的一总耦接固态硬盘数量，会大于该快闪存储器控制电路当时所实际耦接的固态硬盘数量，致使该处理电路配置超额的命令槽给该进阶主机控制器接口控制电路，以便该进阶主机控制器接口控制电路得以分配超过32个命令槽给该快闪存储器控制电路所耦接的该固态硬盘。

6.如权利要求5所述的固态硬盘控制电路，其特征在于，该快闪存储器控制电路会将该固态硬盘中的该多个快闪存储器阵列群组成M个虚拟磁盘机，并将该M个虚拟磁盘机配置成一磁盘阵列架构进行存取。

7.如权利要求6所述的固态硬盘控制电路，其特征在于，M大于等于3。

8.一种用于一固态硬盘存取系统中的固态硬盘装置，该固态硬盘存取系统包含一主控端装置以及一固态硬盘装置，该主控端装置包含一主控端通信电路以及耦接于该主控端通信电路的一处理电路，其特征在于，该固态硬盘装置包含：

一快速周边组件互连接口，设置成与该主控端通信电路进行数据通信；

一固态硬盘；以及

一固态硬盘控制电路，其包含：

一进阶主机控制器接口控制电路，耦接于该快速周边组件互连接口；

以及

一快闪存储器控制电路，耦接于该进阶主机控制器接口控制电路并用于耦接该固态硬盘，该快闪存储器控制电路设置成控制该固态硬盘中的一或多个快闪存储器阵列的存取运作；

其中，该进阶主机控制器接口控制电路会通过该快速周边组件互连接口与该主控端通信电路，传送用于代表该进阶主机控制器接口控制电路耦接于M个固态硬盘的一指示信息至该处理电路，其中，M为大于1且小于32的正整数；

其中，该进阶主机控制器接口控制电路向该处理电路宣告的一总耦接固态硬盘数量，会大于该快闪存储器控制电路当时所实际耦接的固态硬盘数量，致使该处理电路配置超额的命令槽给该进阶主机控制器接口控制电路，以便该进阶主机控制器接口控制电路得以分配超过32个命令槽给该快闪存储器控制电路所耦接的该固态硬盘。

9.如权利要求8所述的固态硬盘装置，其特征在于，该快闪存储器控制电路会将该固态硬盘中的该多个快闪存储器阵列群组成M个虚拟磁盘机，并将该M个虚拟磁盘机配置成一磁盘阵列架构进行存取。

10.如权利要求9所述的固态硬盘装置，其特征在于，M大于等于3。

11.如权利要求9所述的固态硬盘装置，其特征在于，另包含：

一无线通信电路，耦接于该快速周边组件互连接口，设置成以无线传输方式进行该主控端通信电路与该快速周边组件互连接口之间的数据通信。