CN105116975A - 一种计算机板载硬盘及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机板载硬盘及其实现方法，属于板载硬盘技术领域，本发明要解决的技术问题为如何将硬板与主板集成。技术方案为：一种计算机板载硬盘,其NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上设置有SATA接口，SATA接口与主板上的南桥芯片的SATA接口连接；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘焊接到主板。一种计算机板载硬盘实现方法，步骤如下：首先，中央处理器通过HT总线和Express？Ⅱ总线与南桥芯片连接；然后，通过南桥芯片的SATA接口直接与NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上的SATA接口连接；最后，将NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘通过表面贴装技术焊接到主板。

Description

一种计算机板载硬盘及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种板载硬盘技术领域，具体地说是一种计算机板载硬盘及其实现方法。

背景技术

目前市场上主要存在HHD和SSD两种形式的硬盘。HHD为机械硬盘即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存几个部分组成。SSD（SolidStateDrives）为固态硬盘，用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。

传统的机械硬盘通过机械部件实现，读写速度较慢，耗能较多；一旦出现翻转倾斜的现象，便会影响正常使用，抗震抗摔能力较差，使用寿命较短。

现在硬盘均是相对于主板独立的，硬盘与主板上的CPU之间通过硬盘线连通。结构较为复杂，硬盘在主板上占用空间较大，稳定性和可靠性较低。

综上所述，目前硬盘以及硬盘与主板的安装连接存在以下问题：

1、硬盘结构复杂，体积大，读写速度慢，稳定性差，使用寿命较短；

2、硬盘与主板通过线连接，在主板上占用空间大，使用较为局限；

3、如何将硬盘与主板集成。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种计算机板载硬盘及其实现方法，解决如何将硬盘与主板集成的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种计算机板载硬盘，包括NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘，所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上设置有SATA接口，SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚与主板上的南桥芯片的SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚对应连接；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘外部设置有频率为25MHZ的外部时钟并预留一个用于调试的串口；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘焊接到主板。

作为优选，所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘包括NAND控制器和NAND闪存，所述NAND控制器通过SATA接口与南桥芯片连接，NAND控制器通过快闪记忆卡与NAND闪存连接。

更优地，所述NAND控制器包括微控制单元、电源管理单元、串行通讯接口、静态随机存储器、缓冲寄存器、NAND闪存、嵌入式存储文件系统、直接内存存取和存储通道，所述嵌入式存储文件系统包括微控制单元固件程序，嵌入式存储文件系统与微控制单元连接，微控制单元与直接内存存取连接；所述静态随机存储器和缓冲寄存器分别与存储通道连接。

其中，微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(CentralProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

电源管理单元是一种高度集成的、针对便携式应用的电源管理方案，即将传统分立的若干类电源管理器件整合在单个的封装之内，这样可实现更高的电源转换效率和更低功耗，及更少的组件数以适应缩小的板级空间。通过电源管理单元来控制电能的功耗，电源管理单元可将不工作的电路部分置于睡眠模式来减少功耗。

静态随机存储器（StaticRandomAccessMemory，简称SRAM），它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。

缓冲寄存器（Buffer），它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了数控缓冲器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。

直接内存存取（DMA是数字信号处理器中用于快速数据交换的重要技术，它具有独立于CPU的后台批量数据传输能力，能够满足实时图像处理中高速数据传输要求。

更优地，所述存储通道内设置有错误检查和纠正内存，用户可选保护区和安全擦除或自毁命令增加数据的安全性，进行数据的错误检测和校正，保证了数据传输的效率，提高了硬件的高性能。

其中，错误检查和纠正内存（ECC内存），ECC内存就是应用了这种技术的内存，一般多应用在服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。

更优地，所述南桥芯片与NAND控制器交换带宽为3.0或3.5Gbps。

更优地，所述NAND闪存到南桥芯片的持续读取速度为110MB/sec，南桥芯片到NAND闪存的持续写入速度为60MB/sec。

更优地，所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘容量为64GB并可扩展。

更优地，所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘的尺寸为长24mm、宽14mm、厚1.95mm，制成长方体。

一种计算机板载硬盘实现方法，步骤如下：

首先，中央处理器通过HT总线和ExpressⅡ总线与南桥芯片连接；

然后，通过南桥芯片的SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚，直接与NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上的SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚对应连接；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上安装一个外部时钟并预留一个用于调试的串口；其中，外部时钟的频率与中央处理器的频率一致；

最后，将NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘通过表面贴装技术焊接到主板。

其中，HT总线是HyperTransport的简称。HyperTransport本质是一种为主板上的集成电路互连而设计的端到端总线技术，目的是加快芯片间的数据传输速度。HyperTransport技术在AMD平台上使用，是指AMDCPU到主板芯片之间的连接总线（如果主板芯片组是南北桥架构，则指CPU到北桥），即HT总线。

ExpressⅡ是PCIExpress总线家族中的第二代版本。其中第一代的ExpressⅠ标志于2002年正式发布，它采用高速串行工作原理，接口传输速率达到2.5GHz，而ExpressⅡ则在1.0版本基础上更进了一步，将接口速率提升到了5GHz，传输性能也翻了一番。目前新一代芯片组产品均可支持ExpressⅡ总线技术，X1模式的扩展口带宽总和可达到1GB/s，X16图形接口更可以达到16GB/s的惊人带宽值。说简单点，低端显卡产生不了那么多的数据，高端显卡产生的数据多，如果数据出不去就没意义了。ExpressⅠ成为了高端显卡的瓶颈，所以出的ExpressⅡ以上。

表面贴装技术，就是SMT（SurfaceMountedTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。

作为优选，所述中央处理器为龙芯3A处理器。

本发明的一种计算机板载硬盘实现方法和现有技术相比，具有以下有益效果：

1、板载硬盘是指将原本独立于主板的硬盘替换为NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘直接集成到主板上，不用通过硬盘线实现CPU与硬盘之间的连通，结构简单，节省空间，而且加固了主板，提高了主板的稳定性和可靠性；

2、由于全部采用闪存芯片，固态存储器内部不存在任何机械部件，其读写速度更快、更可靠、更节能，即使在高速移动甚至半岁翻转倾斜的情况下，也不会影响到正常使用，经久耐用，防震抗摔；

3、板载硬盘的内部设置有电源管理单元，用于控制电能的功耗，PMU可将不工作的电路部分置于睡眠模式来减少功耗，具有良好的节能效果；

4、嵌入式存储文件系统是NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘的一个组成部分，它包含了微处理器MCU固件程序，负责翻译主板方的信号转换成Flash介质进行写入和读取，提供了闪存介质的磨损均衡算法在所有的内存地址空间中进行闪存写入操作，来增加闪存介质的寿命，同时跟踪数据文件结构，管理选定保护区的系统安全；

5、NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘内部增设了错误检查和纠正内存，用户可选保护区和安全擦除或自毁命令增加数据的安全性，进行数据的错误检测和校正，保证了数据传输的效率，提高了硬件的高性能；

6、NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘体积上，采用小体积SATA固态驱动器，其尺寸大小仅为14×24×1.95mm，体积较小，节省空间；

7、NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘速度上，由闪存到主板的持续读取速度高达110MB/sec，由主板到闪存的持续写入速度高达60MB/sec，读写速度更快，提高了工作效率；

8、NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘在容量上，单颗芯片的容量可达64GB，并且可以扩展实现更大容量的存储功能，能够满足不同需求，应用范围更广；

9、NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘在使用寿命上，采用全面先进的损耗均衡技术实现产品寿命最大化，并且可以启用S.M.A.R.T.命令的警示功能提示产品的剩余生命周期，实现了硬盘的寿命监控；

10、通过表面贴装技术将NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘与主板集成，可靠性高、抗震能力强，焊点缺陷率低；高频特性好，减少了电磁和射频干扰；易于实现自动化，提高生产效率，降低生产成本。

由此可见，本发明具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为实施例1的结构示意框图；

附图2为实施例2的结构示意框图。

图中：1、龙芯3A处理器，2、HT总线、3、ExpressⅡ总线，4、南桥芯片，5、SATA接口，6、NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘，7、NAND控制器，8、主板，9、嵌入式存储文件系统，10、微控制单元，11、静态随机存储器，12、缓冲寄存器，13、存储通道，14、直接内存存取，15、电源管理单元，16、串行通讯接口，17、快闪记忆卡，18、NAND，19、NAND闪存，20、错误检查和纠正内存，21、TX-引脚，22、TX+引脚，23、RX-引脚，24、RX+引脚。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，本发明的一种计算机板载硬盘实现方法，步骤如下：首先，由龙芯3A处理器1通过HT总线2、ExpressⅡ总线3连接南桥芯片4，然后通过南桥芯片4的SATA接口5引出的TX-引脚21、TX+引脚22、RX-引脚23、RX+引脚24，直接与NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6的SATA接口5引出的TX-引脚21、TX+引脚22、RX-引脚23、RX+引脚24对应连接，最后将NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6通过表面贴装技术与主板8焊接，实现了由主板到硬盘的控制即制成了板载硬盘。

实施例2

如附图2所示，本发明的一种计算机板载硬盘，由龙芯3A处理器1连接南桥芯片4，通过南桥芯片4的SATA接口5引出的TX-引脚21、TX+引脚22、RX-引脚23、RX+引脚24，直接与NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6的SATA接口5引出的TX-引脚21、TX+引脚22、RX-引脚23、RX+引脚24对应连接，将NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6与主板8焊接，即制成了板载硬盘。

NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6包括NAND控制器7和NAND闪存19，NAND控制器7通过SATA接口5

与南桥芯片4连接，NAND控制器7通过快闪记忆卡17与NAND闪存19连接。NAND控制器7包括微控制单元（MCU）10、电源管理单元（PMU）15、串行通讯接口（SCI）16、静态随机存储器（SRAM）11、缓冲寄存器（Buffer）12、NAND闪存19、嵌入式存储文件系统9、直接内存存取（DMA）14和存储通道13，嵌入式存储文件系统9包括微控制单元固件程序，嵌入式存储文件系统9与微控制单元10连接，微控制单元10与直接内存存取14连接；静态随机存储器11和缓冲寄存器12分别与存储通道13连接。存储通道13内设置有错误检查和纠正内存20，用户可选保护区和安全擦除或自毁命令增加数据的安全性，进行数据的错误检测和校正，保证了数据传输的效率，提高了硬件的高性能。南桥芯片4通过SATA

接口5与NAND控制器7连接，南桥芯片4与NAND控制器7交换带宽为3.0或3.5Gbps。NAND闪存19到南桥芯片4的持续读取速度为110MB/sec，南桥芯片4到NAND闪存19的持续写入速度为60MB/sec。NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6容量为64GB并可扩展。NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘6的尺寸为长24mm、宽14mm、厚1.95mm，制成长方体。

具体工作过程：微控制单元（MCU）10将来自SATA5接口的命令转化为闪存介质所需要的数据和控制信号，使用内部DMA14允许即时数据从缓冲区到闪存介质的传输，多任务接口能够快速，连续的进行写操作，对闪存介质同时进行读取、编程和擦除操作。同时内部设置有电源管理单元（PMU）15，来控制电能的功耗，电源管理单元（PMU）15可将不工作的电路部分置于睡眠模式来减少功耗。嵌入式存储文件系统9包含了微处理器固件程序，负责翻译主板方的信号转换成闪存介质进行写入和读取，提供了闪存介质的磨损均衡算法在所有的内存地址空间中进行闪存写入操作，来增加闪存介质的寿命，同时跟踪数据文件结构，管理选定保护区的系统安全。另外，存储通道内部增设了错误检查和纠正内存（ECC）20，用户可选保护区和安全擦除或自毁命令增加数据的安全性，进行数据的错误检测和校正，保证了数据传输的效率，提高了硬件的高性能。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的一种计算机板载硬盘实现方法的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种计算机板载硬盘，其特征在于：包括NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘，所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上设置有SATA接口，SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚与主板上的南桥芯片的SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚对应连接；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘外部设置有频率为25MHZ的外部时钟并预留一个用于调试的串口；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘焊接到主板。

2.根据权利要求1所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘包括NAND控制器和NAND闪存，所述NAND控制器通过SATA接口与南桥芯片连接，NAND控制器通过快闪记忆卡与NAND闪存连接。

3.根据权利要求2所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述NAND控制器包括微控制单元、电源管理单元、串行通讯接口、静态随机存储器、缓冲寄存器、NAND闪存、嵌入式存储文件系统、直接内存存取和存储通道，所述嵌入式存储文件系统包括微控制单元固件程序，嵌入式存储文件系统与微控制单元连接，微控制单元与直接内存存取连接；所述静态随机存储器和缓冲寄存器分别与存储通道连接。

4.根据权利要求3所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述存储通道内设置有错误检查和纠正内存。

5.根据权利要求1或2所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述南桥芯片与NAND控制器交换带宽为3.0或3.5Gbps。

6.根据权利要求1或2所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述NAND闪存到南桥芯片的持续读取速度为110MB/sec，南桥芯片到NAND闪存的持续写入速度为60MB/sec。

7.根据权利要求1或2所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘容量为64GB并可扩展。

8.根据权利要求1或2所述的一种计算机板载硬盘，其特征在于：所述NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘的尺寸为长24mm、宽14mm、厚1.95mm，制成长方体。

9.一种计算机板载硬盘实现方法，其特征在于：步骤如下：

首先，中央处理器通过HT总线和ExpressⅡ总线与南桥芯片连接；

然后，通过南桥芯片的SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚，直接与NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上的SATA接口引出的TX-引脚、TX+引脚、RX-引脚、RX+引脚对应连接；NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘上安装一个外部时钟并预留一个用于调试的串口；其中，外部时钟的频率与中央处理器的频率一致；

最后，将NANDrive嵌入式闪存单芯片硬盘通过表面贴装技术焊接到主板。

10.根据权利要求9所述的一种计算机板载硬盘实现方法，其特征在于：所述中央处理器为龙芯3A处理器。