CN105117166A - 一种基于fpga的云存储卡片装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的云存储卡片装置及其实现方法，该装置包括：主系统、自维护系统、待机系统和独立电源管理系统；主系统通过继电器组连接若干路SATA硬盘，自维护系统通过通信线路与主系统相连；独立电源管理系统通过电源线路连接至主系统，待机系统通过外部请求信号与自维护系统建立联系；其方法为：在主系统中还安装硬盘数据库和内存数据库，在远程或者本地里实现数据的增删改查；且各路硬盘、各分区、各数据库、各数据表信息存放在配置芯片内，配置芯片内也存放常用文件名，数据表，数据库所在硬盘的信息以让接收到数据请求后,最快找到数据所在位置。本装置是未来存储装置发展的新方向，具有很大的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种云存储装置及其实现方法，尤其涉及一种基于FPGA的云存储卡片装置及其实现方法。
背景技术
现有的存储器为服务器、个人电脑、移动硬盘、网络硬盘以及SD卡等，其各有各的优点，各有各的弊端；首先，服务器容量大、功能广、性能稳定、弊端为价钱高需维护；个人电脑的存储器是功能全、但需要很多人为操作；移动硬盘是价钱低、但无法独立完成功能；SD卡等便携性好,也无法独立完成功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种人工维护极少、功能周全、容量大且基于FPGA的云存储卡片装置及其实现方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于FPGA的云存储卡片装置，该装置包括：主系统、自维护系统、待机系统和独立电源管理系统；所述主系统通过继电器组连接若干路SATA硬盘，自维护系统通过通信线路与主系统相连；所述独立电源管理系统通过电源线路连接至主系统，待机系统通过外部请求信号与自维护系统建立联系；在所述的主系统中还安装硬盘数据库和内存数据库，在远程或者本地里实现数据的增删改查；且各路硬盘、各分区、各数据库、各数据表信息存放在配置芯片内，该配置芯片内也存放常用文件名，常用数据表，常用数据库所在硬盘的信息以让接收到数据请求后,最快找到数据所在位置。
作为优选，所述内存数据库用于存放常用文件目录、数据所在硬盘、所在地址，异步或同步更新硬盘数据库，并发文件数据包。
作为优选，所述硬盘数据库用于存放文件、分包、校验码、偏移量和拆包数据、逐行常规压缩备份、高压缩备份、异步或同步更新数据条目，也用于存放各个文件、各个数据表、各个数据库、各个分区以及各个硬盘的索引信息以让接收到数据请求后，最快找到数据所在位置。
作为优选，内存数据库与硬盘数据库的更改或者删除操作不对原数据进行抹除，相关的行数据在字段中标注，用户操作不当的原数据均能找回，能追溯数据操作所有履历。
作为优选，所述每路硬盘分别连接各自的电源继电器和通信线继电器，各自实现物理上的接通或者断开线路，每个硬盘可各自启动或关闭，每个硬盘各自完成数据备份、格式化、分区、数据还原操作，所有任务可自动或远程或本地完成，从而实现人工维护最少化。
作为优选，所述自维护系统由独立的低能耗待机系统来完成，可控制主系统电源的接通和断开，主系统的启动和关闭，主系统用户数据和系统数据的备份和还原，主系统程序的重装，主系统任务状态反馈信息的接收，远程或本地或自动完成所有任务，记录系统内各部件的运行时间及维护信息，低能耗时钟可运行10年，从而实现人工维护最少化。
作为优选，该装置还包括断电保护装置，其为充电电池或者纽扣电池；在主系统异常时，安全关闭主系统，并启动进入低耗待机系统，监视内部充电电池的电量；当充电电池电量不足时，自动接通外部电源并充电，或者充满时自动断开外部电源。
一种基于FPGA的云存储卡片装置的实现方法，包括以下步骤：
一、数据文件或部分数据的上传操作：
(1i)终端发送通信请求到云存储装置；
(2i)低耗待机系统接收通信请求后，接通主系统电源；
(3i)低耗待机系统启动主系统程序；
(4i)低耗待机系统转发客户端的通信请求；
(5i)主系统返回通信连接成功消息；
(6i)终端发送数据文件；
(7i)主系统返回自维护系统任务开始；
(8i)主系统接收完整的数据文件；
(9i)主系统分析数据拆分信息、总数据校验码、总数据大小、数据接收时间、数据发送终端识别码的属性信息；
(10i)主系统接通文件属性索引所在硬盘的线路；
(11i)主系统启动所在硬盘的驱动程序；
(12i)数据存放硬盘、分区、文件信息确认；
(13i)文件的属性信息增加到文件索引数据表；
(14i)数据文件拆包及增加到第十二步中的硬盘位置中；
(15i)返回终端完成任务；
(16i)返回自维护系统任务完成；
(17i)无数据请求和无系统开启规则时，关闭开启的硬盘；
(18i)返回低耗待机系统，请求关闭主系统；
(19i)低耗待机系统关闭主系统；
(20i)低耗待机系统断开主系统电源；
(21i)低耗待机系统间歇启动网络模块，监视数据请求；
二、数据文件或部分数据的下载操作：
(1ii)重复第一部分的步骤(1i)到步骤(5i)的操作内容；
(2ii)终端发送数据查询条件；
(3ii)主系统返回自维护系统任务开始；
(4ii)主系统接通数据属性索引所在硬盘的线路；
(5ii)主系统开启属性索引所在硬盘的驱动程序；
(6ii)主系统查找请求数据所在的硬盘、分区、数据库、表和行信息；
(7ii)主系统读取硬盘数据，并存放在内存数据库中；
(8ii)主系统返回终端请求的数据；
(9ii)然后，重复第一部分的步骤(16i)到步骤(21i)的操作内容；
三、数据文件或部分数据的更改或删除：
(1a)重复第一部分的步骤(1i)到步骤(5i)的操作内容；
(2a)终端发送数据行操作条件；
(3a)主系统返回自维护系统任务开始；
(4a)主系统接通数据属性索引所在硬盘的线路；
(5a)主系统开启属性索引所在硬盘的驱动程序；
(6a)主系统查找请求数据所在的硬盘、分区、数据库、表和行信息；
(7a)所在数据的行的作废字段中写入”1”,表示作废；
(8a)新增更改后的数据行，当进行删除操作时则忽略这一步
(9a)主系统返回终端任务结果
(10a)然后，重复第一部分的步骤(16i)到步骤(21i)的操作内容；
四、数据位置快速查找方法：
(1b)所有文件或数据所在的行、表、库、分区和硬盘制作索引行；
(2b)把索引行存放的表、库、分区和硬盘信息写入配置芯片；
(3b)使用频度最高或按规则制定的数据位置信息直接存放在配置芯片上；
(4b)主系统启动后，在内存数据库中生成索引表数据库；
(5b)内存数据库中存放配置芯片中的索引表；
(6b)硬盘启动后，在硬盘索引表中加载常用索引到内存数据库；
(7b)数据操作时，先查询内存数据库，无记录时再查询硬盘；
五、异常重启主系统：
(1c)自维护系统接收主系统的任务开始；
(2c)规定时间无任务完成时，请求主系统返回任务状态查；
(3c)主系统在规定时间内无回应异常时，请求主系统关闭；
(4c)主系统无法关闭时，断开主系统电源；
(5c)接通主系统电源，当步骤(3c)关闭正常时该步骤省略；
(6c)开启主系统程序，当步骤(3c回应正常时省略该步骤；
(7c)转发主系统异常任务；
(8c)主系统重新开启异常任务；
六、数据表、数据库、分区、硬盘备份、还原、格式化和分区方法：
(1d)根据自维护规则或远程指令或本地指令触发；
(2d)目标硬盘、分区、数据库、数据表的确定；
(3d)将目标硬盘中的数据备份到空闲硬盘；
(4d)对目标硬盘或分区进行实时格式化操作；
(5d)目标硬盘实时分区后格式化，当仅针对分区操作时省略该步骤；
(6d)源数据还原到维护好的硬盘和分区内；
七、主系统的备份、系统重装或还原的方法，还原的内容含用户数据：
(1e)根据自维护规则或远程指令或本地指令触发；
(2e)准备需维护的系统文件或系统数据；
(3e)将原系统所在的配置芯片和存储器中的数据进行备份；
(4e)抹除原系统并安装新系统；
(5e)还原原系统中的用户数据；
(6e)重装检测任务执行；
(7e)异常时原系统复原；
(8e)人为重装维护消息发送人工终端。
作为优选，所述系统部件寿命的监视方法如下：
(1f)系统中的各个部件设定有效工作时间和待机老化时间；
(2f)自维护系统每次系统启动和关闭时记录寿命；
(3f)各个部件到达寿命时切换备用部件；
(4f)无备用部件时发送人为维护消息到人工终端。
此部分是硬件故障前切换备用或提醒人工终端，做到故障前维护。
作为优选，在低耗待机系统中，其操作方法如下：
(1g)主系统根据规则或远程或本地指令，自我关闭系统；
(2g)此时，低耗待机系统启动，并接通充电电池线路；
(3g)充电电池异常时，接通纽扣电池线路；
(4g)充电电池不足时，接通充电电源；
(5g)充电时间异常时，发送人为维护请求到终端；
(6g)充电电池充满时，断开充电电源；
(7g)然后，再断开主系统电源；
(8g)待机系统间歇启动网络模块，监视通信请求；
(9g)待机系统间歇监视充电电池电量，此时可触发至步骤(4g)到步骤(7g)；
(10g)主系统接到通信请求时，接通主系统电源；
(11g)当接通主系统电源后，本系统的电源切换到主系统进行供应。
本发明的有益效果：本发明的云存储卡片装置为功能周全且可以自我维护的大容量存储器，其就像服务器一样，通过网络可以完成所有操作；极少需要人为照料，系统由主系统，待机系统，自维护系统等独立系统来自我开关和自我维护；操作系统，数据库程序，网页服务程序，脚本程序等的核心功能放入一个系统中,体积小巧，容量大且功能强大。
该云存储卡片装置可以作为个人或家庭数据服务器、智能手机、平板电脑等便携式终端和个人电脑、工作站或个人网页等数据存放到同一个平台中；也可作为中小型数据中心，网站等逐步替代部分专业服务器；也可用与大型数据中心，云计算平台，网页索引库，大量拼块组成。是未来存储装置发展的新方向，具有很大的推广价值。
附图说明
图1为本系统的构成简易图；
图2为主系统接通或断开各硬盘电路的示意图；
图3为自维护模块接通或断开主系统电源的示意图；
图4为220V电源接通以后的电源系统示意图；
图5为220V电源异常时电源系统示意图；
图6为充电电池异常时电源系统示意图；
图7为充电电池电量不足时电源系统示意图；
图8为在低耗待机系统的操作流程图；
图9为各路硬盘启动和关闭流程图；
图10为主系统硬盘维护流程图；
图11为自维护系统重装主系统的流程图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来对本发明做进一步的阐述。
一种基于FPGA的云存储卡片装置，该装置包括：主系统、自维护系统、待机系统和独立电源管理系统；所述主系统通过继电器组连接若干路SATA硬盘，自维护系统通过通信线路与主系统相连；所述独立电源管理系统通过电源线路连接至主系统，待机系统通过外部请求信号与自维护系统建立联系；在所述的主系统中还安装硬盘数据库和内存数据库，在远程或者本地里实现数据的增删改查；且各路硬盘、各分区、各数据库、各数据表信息存放在配置芯片内，该配置芯片内也存放常用文件名，常用数据表，常用数据库所在硬盘的信息以让接收到数据请求后,最快找到数据所在位置。
如图1所示，其为本系统的构成简易图，其中：
自维护系统可断开或接通主系统电源；可发送启动或关闭主系统；可备份和复原或重装主系统；主系统可以接通或者断开各硬盘的线路；可开启或者关闭各硬盘的驱动程序；本实施例中SATA硬盘的个数设置为四个，也可以设置为其它数量。
如图2所示，其为主系统接通或断开各硬盘电路的示意图，其中：
主系统通过四路电源与通信线路与继电器组连接，继电器组分别接四个SATA硬盘，且主系统通过继电器组控制线路与继电器组相连。
如图3所示，为自维护模块接通或断开主系统电源的示意图，其中：
自维护系统外连接网络线路，并且通过网络线路及与继电器组相连，继电器组与主系统建立联系；继电器组外接220V电源线路，并通过变压器将交流电变为直流电，然后与主系统相连；自维护系统通过通信线路与主系统连接；且自维护系统通过继电器组控制线路与继电器组连接。
所述独立电源管理系统由三路电源系统组成，如图4至图7所示，其为独立电源管理系统的三路电源系统的示意图，即：
图4为220V电源接通以后，切断内部供电继电器；自维护系统默认电源是充电电池；
图5为220V电源异常时，立即接通内部充电电池电路或纽扣电池；
图6为充电电池异常时，立即接通内部纽扣电池电路；
图7为充电电池电量不足时，自动充电，满量后自动断开。
所述内存数据库用于存放常用文件目录、数据所在硬盘、所在地址，异步或同步更新硬盘数据库，并发文件数据包。
所述硬盘数据库用于存放文件、分包、校验码、偏移量和拆包数据、逐行常规压缩备份、高压缩备份、异步或同步更新数据条目，也用于存放各个文件、各个数据表、各个数据库、各个分区以及各个硬盘的索引信息以让接收到数据请求后，最快找到数据所在位置。
内存数据库与硬盘数据库的更改或者删除操作不对原数据进行抹除，相关的行数据在字段中标注，用户操作不当的原数据均能找回，能追溯数据操作所有履历。
所述每路硬盘分别连接各自的电源继电器和通信线继电器，各自实现物理上的接通或者断开线路，每个硬盘可各自启动或关闭，每个硬盘各自完成数据备份、格式化、分区、数据还原操作，所有任务可自动或远程或本地完成，从而实现人为维护最少化。
所述自维护系统由独立的低能耗待机系统来完成，可控制主系统电源的接通和断开，主系统的启动和关闭，主系统用户数据和系统数据的备份和还原，主系统程序的重装，主系统任务状态反馈信息的接收，远程或本地或自动完成所有任务，记录系统内各部件的运行时间及维护信息，低能耗时钟可运行10年，从而实现人为维护最少化。
该装置还包括断电保护装置，其为充电电池或者纽扣电池；在主系统异常时，安全关闭主系统，并启动进入低耗待机系统，监视内部充电电池的电量；当充电电池电量不足时，自动接通外部电源并充电，或者充满时自动断开外部电源。
一种基于FPGA的云存储卡片装置的实现方法，包括以下步骤：
一、数据文件或部分数据的上传操作：
(1i)终端发送通信请求到云存储装置；
(2i)低耗待机系统接收通信请求后，接通主系统电源；
(3i)低耗待机系统启动主系统程序；
(4i)低耗待机系统转发客户端的通信请求；
(5i)主系统返回通信连接成功消息；
(6i)终端发送数据文件；
(7i)主系统返回自维护系统任务开始；
(8i)主系统接收完整的数据文件；
(9i)主系统分析数据拆分信息、总数据校验码、总数据大小、数据接收时间、数据发送终端识别码的属性信息；
(10i)主系统接通文件属性索引所在硬盘的线路；
(11i)主系统启动所在硬盘的驱动程序；
(12i)数据存放硬盘、分区、文件信息确认；
(13i)文件的属性信息增加到文件索引数据表；
(14i)数据文件拆包及增加到第十二步中的硬盘位置中；
(15i)返回终端完成任务；
(16i)返回自维护系统任务完成；
(17i)无数据请求和无系统开启规则时，关闭开启的硬盘；
(18i)返回低耗待机系统，请求关闭主系统；
(19i)低耗待机系统关闭主系统；
(20i)低耗待机系统断开主系统电源；
(21i)低耗待机系统间歇启动网络模块，监视数据请求；
二、数据文件或部分数据的下载操作：
(1ii)重复第一部分的步骤(1i)到步骤(5i)的操作内容；
(2ii)终端发送数据查询条件；
(3ii)主系统返回自维护系统任务开始；
(4ii)主系统接通数据属性索引所在硬盘的线路；
(5ii)主系统开启属性索引所在硬盘的驱动程序；
(6ii)主系统查找请求数据所在的硬盘、分区、数据库、表和行信息；
(7ii)主系统读取硬盘数据，并存放在内存数据库中；
(8ii)主系统返回终端请求的数据；
(9ii)然后，重复第一部分的步骤(16i)到步骤(21i)的操作内容；
三、数据文件或部分数据的更改或删除：
(1a)重复第一部分的步骤(1i)到步骤(5i)的操作内容；
(2a)终端发送数据行操作条件；
(3a)主系统返回自维护系统任务开始；
(4a)主系统接通数据属性索引所在硬盘的线路；
(5a)主系统开启属性索引所在硬盘的驱动程序；
(6a)主系统查找请求数据所在的硬盘、分区、数据库、表和行信息；
(7a)所在数据的行的作废字段中写入”1”,表示作废；
(8a)新增更改后的数据行，当进行删除操作时则忽略这一步
(9a)主系统返回终端任务结果
(10a)然后，重复第一部分的步骤(16i)到步骤(21i)的操作内容；
四、数据位置快速查找方法：
(1b)所有文件或数据所在的行、表、库、分区和硬盘制作索引行；
(2b)把索引行存放的表、库、分区和硬盘信息写入配置芯片；
(3b)使用频度最高或按规则制定的数据位置信息直接存放在配置芯片上；
(4b)主系统启动后，在内存数据库中生成索引表数据库；
(5b)内存数据库中存放配置芯片中的索引表；
(6b)硬盘启动后，在硬盘索引表中加载常用索引到内存数据库；
(7b)数据操作时，先查询内存数据库，无记录时再查询硬盘；
五、异常重启主系统：
(1c)自维护系统接收主系统的任务开始；
(2c)规定时间无任务完成时，请求主系统返回任务状态查；
(3c)主系统在规定时间内无回应异常时，请求主系统关闭；
(4c)主系统无法关闭时，断开主系统电源；
(5c)接通主系统电源，当步骤(3c)关闭正常时该步骤省略；
(6c)开启主系统程序，当步骤(3c回应正常时省略该步骤；
(7c)转发主系统异常任务；
(8c)主系统重新开启异常任务；
六、数据表、数据库、分区、硬盘备份、还原、格式化和分区方法：具体如图10所示，为主系统硬盘维护流程，(格式化)；
(1d)根据自维护规则或远程指令或本地指令触发；
(2d)目标硬盘、分区、数据库、数据表的确定；
(3d)将目标硬盘中的数据备份到空闲硬盘；
(4d)对目标硬盘或分区进行实时格式化操作；
(5d)目标硬盘实时分区后格式化，当仅针对分区操作时省略该步骤；
(6d)源数据还原到维护好的硬盘和分区内；
七、主系统的备份、系统重装或还原的方法，还原的内容含用户数据：具体如图11所示，为自维护系统重装主系统的流程，此流程触发条件为预设的维护规则或本地或远程的维护指令：
(1e)根据自维护规则或远程指令或本地指令触发；
(2e)准备需维护的系统文件或系统数据；
(3e)将原系统所在的配置芯片和存储器中的数据进行备份；
(4e)抹除原系统并安装新系统；
(5e)还原原系统中的用户数据；
(6e)重装检测任务执行；
(7e)异常时原系统复原；
(8e)人为重装维护消息发送人工终端。
所述系统部件寿命的监视方法如下：
(1f)系统中的各个部件设定有效工作时间和待机老化时间；
(2f)自维护系统每次系统启动和关闭时记录寿命；
(3f)各个部件到达寿命时切换备用部件；
(4f)无备用部件时发送人为维护消息到人工终端。
此部分是硬件故障前切换备用或提醒人工终端，做到故障前维护。
如图8所示，在低耗待机系统中，其操作方法如下：
(1g)主系统根据规则或远程或本地指令，自我关闭系统；
(2g)此时，低耗待机系统启动，并接通充电电池线路；
(3g)充电电池异常时，接通纽扣电池线路；
(4g)充电电池不足时，接通充电电源；
(5g)充电时间异常时，发送人为维护请求到终端；
(6g)充电电池充满时，断开充电电源；
(7g)然后，再断开主系统电源；
(8g)待机系统间歇启动网络模块，监视通信请求；
(9g)待机系统间歇监视充电电池电量，此时可触发至步骤(4g)到步骤(7g)；
(10g)主系统接到通信请求时，接通主系统电源；
(11g)当接通主系统电源后，本系统的电源切换到主系统进行供应。
如图9所示，为各路硬盘启动和关闭流程：通过低耗待机流程中的主系统控制部分的流程，可以实现单个硬盘线路的接通和断开、开启和关闭，触发条件为预设的操作规则或接收数据请求后或者完成数据操作任务后，也可根据本地或远程指令控制。
配置芯片(即EEP芯片)中,数据库索引结构：
以下数据是主系统启动加载到内存数据库的索引信息：
Struct硬盘信息{unsignedchar硬盘编号；unsignedchar硬盘线路；unsignedchar分区数量；…}
Struct所有硬盘{struct硬盘信息A盘；struct硬盘信息B盘；…}
Struct索引表{char索引表[]；char所在的总路径[]}
Struct文件{char文件名[]；char所在的总路径[]}
Struct常用列表{struct文件文件1；struct文件文件2；…}
内存数据库中索引表结构：
大体的数据结构如同配置芯片中的数据，不同的是系统访问硬盘中的总数据索引表，其中加载更多容量的常用文件目录。
硬盘数据库中索引表结构
大体的数据结构如同配置芯片中的数据，不同的是存放所有硬盘中的数据的索引。
数据存放字段结构
Struct字段属性{unsignedint数据字段编号；unsignedchar数据字段类型；…}
Struct数据块位置{unsignedint数据开始；unsignedint数据结束；}
Struct表数据块位置{unsignedchar数据表编号；Struct数据块位置块；Struct数据块位置块2；…}
Struct表信息{unsignedchar数据表编号；struct字段属性、字段信息；Struct表数据块位置、数据位置；}
Struct{unsignedchar数据库编号；Struct表信息表1；Struct表信息、表2…}
Struct数据行{char字段1[xx]；char字段2[xx]；char字段3[xx]；…}
Struct数据块{unsignedchar数据表编号；Struct数据行行1；Struct数据行行2；…}
Struct数据文件{Struct数据块块1；Struct数据块块2；…}
数据不抹除用例
表一原数据记录
| 文件名 | 废除标记 | 数据内容 |
| 文件1 | 0 | 12345671234567 |
| 文件2 | 0 | 11223344556677 |
总结：终端请求删除文件1，更改文件2的数据。
表二变更后数据记录
| 文件名 | 废除标记 | 数据内容 |
| 文件1 | 1 | 12345671234567 |
| 文件2 | 1 | 11223344556677 |
| 文件2 | 0 | 77665544332211 |
目的：终端误操作导致的数据均能回复，也可以追溯数据操作总过程。
高频读写数据位置转移方法
目的：读写频度非常高的数据块，定期维护所在位置，保护部分轨道受损。
方法：硬盘中各数据块赋予编号，数据名称，所置，读写次数，上限等。例如：
表三
| ID | 数据名称 | 所在位置 | 读写次数 | 上限 |
| 1 | 数据属性表 | 轨道开始1-结束2 | 5万次 | 100万次 |
| 2 | 索引表 | 轨道开始3-结束4 | 50万次 | 100万次 |
| 3 | 数据块1 | 轨道开始5-结束6 | 1万次 | 100万次 |
总结：以上数据保存在配置芯片(EEP)中，每次任务发生时进行模糊更新，到达上限时，读写频度高的数据转移到次数少的区域，并把原来的区域中存放读写频度低的数据块，到达临界值的轨道原则上不使用。
自维护系统切换备用部件方法
如同高频读写数据位置转移方法，每个部件设定使用次数的记录，每次任务完成后自维护系统把次数模糊更新，并存放在配置芯片中。到达临界值时不使用原部件，切换到备用部件。
主系统自动开关硬盘规则
(1)每年节假日时：
临晨1：00-7：00，接到数据请求时开启，等待2分钟无请求时断开；
其余：接到数据请求时开启，等待20分钟无请求时断开。
(2)平日节假日时：
临晨12：00-7：00，接到数据请求时开启，等待2分钟无请求时断开；
其余:接到数据请求时开启，等待20分钟无请求时断开。
(3)平日工作日时:
临晨12:00-7:00，接到数据请求时开启，等待1分钟无请求时断开；
其余:接到数据请求时开启，等待30分钟无请求时断开。
自维护系统自动开关主系统规则
类似于主系统的开关硬盘规则。
自维护系统自动维护主系统规则
(1)系统累计运行5个月时,例行维护；
(2)系统不间断运行1000个小时时，例行维护；
(3)系统高温或低温下等环境下运行1个月时，例行维护。
远程或本地发送人工维护指令方法
(1)所有自动维护规则均能通过远程或本地指令调整；
(2)远程或本地直接输入任何维护指令时,系统忽略或提醒规则；
(3)即使低耗待机下,远程可触发系统及任何的维护。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，该装置包括：主系统、自维护系统、待机系统和独立电源管理系统；所述主系统通过继电器组连接若干路SATA硬盘，自维护系统通过通信线路与主系统相连；所述独立电源管理系统通过电源线路连接至主系统，待机系统通过外部请求信号与自维护系统建立联系；在所述的主系统中还安装硬盘数据库和内存数据库，在远程或者本地里实现数据的增删改查；且各路硬盘、各分区、各数据库、各数据表信息存放在配置芯片内，该配置芯片内也存放常用文件名，常用数据表，常用数据库所在硬盘的信息以让接收到数据请求后,最快找到数据所在位置。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，所述内存数据库用于存放常用文件目录、数据所在硬盘、所在地址，异步或同步更新硬盘数据库，并发文件数据包。
3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，所述硬盘数据库用于存放文件、分包、校验码、偏移量和拆包数据、逐行常规压缩备份、高压缩备份、异步或同步更新数据条目，也用于存放各个文件、各个数据表、各个数据库、各个分区以及各个硬盘的索引信息以让接收到数据请求后，最快找到数据所在位置。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，内存数据库与硬盘数据库的更改或者删除操作不对原数据进行抹除，相关的行数据在字段中标注，用户操作不当的原数据均能找回，能追溯数据操作所有履历。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，所述每路硬盘分别连接各自的电源继电器和通信线继电器，各自实现物理上的接通或者断开线路，每个硬盘可各自启动或关闭，每个硬盘各自完成数据备份、格式化、分区、数据还原操作，所有任务可自动或远程或本地完成，从而实现人工维护最少化。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，所述自维护系统由独立的低能耗待机系统来完成，可控制主系统电源的接通和断开，主系统的启动和关闭，主系统用户数据和系统数据的备份和还原，主系统程序的重装，主系统任务状态反馈信息的接收，远程或本地或自动完成所有任务，记录系统内各部件的运行时间及维护信息，低能耗时钟可运行10年，从而实现人工维护最少化。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的云存储卡片装置，其特征在于，该装置还包括断电保护装置，其为充电电池或者纽扣电池；在主系统异常时，安全关闭主系统，并启动进入低耗待机系统，监视内部充电电池的电量；当充电电池电量不足时，自动接通外部电源并充电，或者充满时自动断开外部电源。
8.一种基于FPGA的云存储卡片装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、数据文件或部分数据的上传操作：
(1i)终端发送通信请求到云存储装置；
(2i)低耗待机系统接收通信请求后，接通主系统电源；
(3i)低耗待机系统启动主系统程序；
(4i)低耗待机系统转发客户端的通信请求；
(5i)主系统返回通信连接成功消息；
(6i)终端发送数据文件；
(7i)主系统返回自维护系统任务开始；
(8i)主系统接收完整的数据文件；
(9i)主系统分析数据拆分信息、总数据校验码、总数据大小、数据接收时间、数据发送终端识别码的属性信息；
(10i)主系统接通文件属性索引所在硬盘的线路；
(11i)主系统启动所在硬盘的驱动程序；
(12i)数据存放硬盘、分区、文件信息确认；
(13i)文件的属性信息增加到文件索引数据表；
(14i)数据文件拆包及增加到第十二步中的硬盘位置中；
(15i)返回终端完成任务；
(16i)返回自维护系统任务完成；
(17i)无数据请求和无系统开启规则时，关闭开启的硬盘；
(18i)返回低耗待机系统，请求关闭主系统；
(19i)低耗待机系统关闭主系统；
(20i)低耗待机系统断开主系统电源；
(21i)低耗待机系统间歇启动网络模块，监视数据请求；
二、数据文件或部分数据的下载操作：
(1ii)重复第一部分的步骤(1i)到步骤(5i)的操作内容；
(2ii)终端发送数据查询条件；
(3ii)主系统返回自维护系统任务开始；
(4ii)主系统接通数据属性索引所在硬盘的线路；
(5ii)主系统开启属性索引所在硬盘的驱动程序；
(6ii)主系统查找请求数据所在的硬盘、分区、数据库、表和行信息；
(7ii)主系统读取硬盘数据，并存放在内存数据库中；
(8ii)主系统返回终端请求的数据；
(9ii)然后，重复第一部分的步骤(16i)到步骤(21i)的操作内容；
三、数据文件或部分数据的更改或删除：
(1a)重复第一部分的步骤(1i)到步骤(5i)的操作内容；
(2a)终端发送数据行操作条件；
(3a)主系统返回自维护系统任务开始；
(4a)主系统接通数据属性索引所在硬盘的线路；
(5a)主系统开启属性索引所在硬盘的驱动程序；
(6a)主系统查找请求数据所在的硬盘、分区、数据库、表和行信息；
(7a)所在数据的行的作废字段中写入”1”,表示作废；
(8a)新增更改后的数据行，当进行删除操作时则忽略这一步
(9a)主系统返回终端任务结果
(10a)然后，重复第一部分的步骤(16i)到步骤(21i)的操作内容；
四、数据位置快速查找方法：
(1b)所有文件或数据所在的行、表、库、分区和硬盘制作索引行；
(2b)把索引行存放的表、库、分区和硬盘信息写入配置芯片；
(3b)使用频度最高或按规则制定的数据位置信息直接存放在配置芯片上；
(4b)主系统启动后，在内存数据库中生成索引表数据库；
(5b)内存数据库中存放配置芯片中的索引表；
(6b)硬盘启动后，在硬盘索引表中加载常用索引到内存数据库；
(7b)数据操作时，先查询内存数据库，无记录时再查询硬盘；
五、异常重启主系统：
(1c)自维护系统接收主系统的任务开始；
(2c)规定时间无任务完成时，请求主系统返回任务状态查；
(3c)主系统在规定时间内无回应异常时，请求主系统关闭；
(4c)主系统无法关闭时，断开主系统电源；
(5c)接通主系统电源，当步骤(3c)关闭正常时该步骤省略；
(6c)开启主系统程序，当步骤(3c回应正常时省略该步骤；
(7c)转发主系统异常任务；
(8c)主系统重新开启异常任务；
六、数据表、数据库、分区、硬盘备份、还原、格式化和分区方法：
(1d)根据自维护规则或远程指令或本地指令触发；
(2d)目标硬盘、分区、数据库、数据表的确定；
(3d)将目标硬盘中的数据备份到空闲硬盘；
(4d)对目标硬盘或分区进行实时格式化操作；
(5d)目标硬盘实时分区后格式化，当仅针对分区操作时省略该步骤；
(6d)源数据还原到维护好的硬盘和分区内；
七、主系统的备份、系统重装或还原的方法，还原的内容含用户数据：
(1e)根据自维护规则或远程指令或本地指令触发；
(2e)准备需维护的系统文件或系统数据；
(3e)将原系统所在的配置芯片和存储器中的数据进行备份；
(4e)抹除原系统并安装新系统；
(5e)还原原系统中的用户数据；
(6e)重装检测任务执行；
(7e)异常时原系统复原；
(8e)人为重装维护消息发送人工终端。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的云存储卡片装置的实现方法，其特征在于，所述系统部件寿命的监视方法如下：
(1f)系统中的各个部件设定有效工作时间和待机老化时间；
(2f)自维护系统每次系统启动和关闭时记录寿命；
(3f)各个部件到达寿命时切换备用部件；
(4f)无备用部件时发送人为维护消息到人工终端。
10.根据权利要求8或9所述的基于FPGA的云存储卡片装置的实现方法，其特征在于，在低耗待机系统中，其操作方法如下：
(1g)主系统根据规则或远程或本地指令，自我关闭系统；
(2g)此时，低耗待机系统启动，并接通充电电池线路；
(3g)充电电池异常时，接通纽扣电池线路；
(4g)充电电池不足时，接通充电电源；
(5g)充电时间异常时，发送人为维护请求到终端；
(6g)充电电池充满时，断开充电电源；
(7g)然后，再断开主系统电源；
(8g)待机系统间歇启动网络模块，监视通信请求；
(9g)待机系统间歇监视充电电池电量，此时可触发至步骤(4g)到步骤(7g)；
(10g)主系统接到通信请求时，接通主系统电源；
(11g)当接通主系统电源后，本系统的电源切换到主系统进行供应。
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- 2015-07-30 CN CN201510455361.XA patent/CN105117166B/zh active Active
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