CN105824581A - 一种ip san存储设备及其存储方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IP SAN存储设备及其存储方法，属于SAN存储领域，本发明要解决的技术问题为如何能够取代高成本光纤，降低成本，同时能够实现存储局域网络。技术方案为：（1）一种IP SAN存储设备，该存储设备包括硬件平台和软件管理系统，所述硬件平台包括电路板，电路板上设置有电源管理单元、信号管理单元、存储控制单元和对外接口单元；软件管理系统包括底层驱动模块和上层管理模块。（2）一种IP SAN存储设备的存储方法，①、通过底层驱动模块的上电时序模块进行CPLD时序控制，实现时钟控制、CPU上电、内存上电、Flash片选以及软件复位；②、通过bootloader模块读取bootloader，同时读取CPU硬件配置、时钟配置以及内存配置。

Description

一种IP SAN存储设备及其存储方法
技术领域
本发明涉及SAN存储领域，具体地说是一种IPSAN存储设备及其存储方法。
背景技术
SAN（全称StorageAreaNetwork，存储局域网络）的诞生，使存储空间得到更加充分的利用，并使得安装和管理更加有效。SAN是一种将存储设备、连接设备和接口集成在一个高速网络中的技术。SAN本身就是一个存储网络，承担了数据存储任务，SAN网络与LAN业务网络相隔离，存储数据流不会占用业务网络带宽。在SAN网络中，所有的数据传输在高速、高带宽的网络中进行，SAN存储实现的是直接对物理硬件的块级存储访问，提高了存储的性能和升级能力。早期的SAN采用的是光纤通道（FC，FiberChannel）技术，所以，以前的SAN多指采用光纤通道的存储局域网络。
传统实现存储局域网（SAN）功能的存储借助的传输媒介都是光纤，然而由于光纤成本较高，铺设难度较大，导致推广较困难。如何能够取代高成本光纤，降低成本，同时能够实现存储局域网络是目前现有技术存在的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种结构简单、生产成本低、易于加工、对环境无污染的IPSAN存储设备及其存储方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种IPSAN存储设备，该存储设备包括硬件平台和软件管理系统，所述硬件平台包括电路板，电路板上设置有电源管理单元、信号管理单元、存储控制单元和对外接口单元，电源管理单元采用电压为3.3V、5V、5VSB以及12V的外部电源；信号管理单元包括电源控制信号、高速DDR3内存信号、CPLD信号、基于Vitesse芯片网络信号、SATA信号、串口信号、I2C信号以及基于Marvell芯片的PCIe转SATA信号；存储控制单元采用PowerPC处理器，同时搭配Marvell存储控制器，实现iSCSI存储功能；对外接口单元采用PHY芯片；
软件管理系统包括底层驱动模块和上层管理模块，底层驱动模块用于基于开源bootloader修改以及交叉编译，并移植到开发板、基于CPLD芯片开发上电时序控制信号、基于开源linux内核修改以及交叉编译并下载到开发板Flash芯片中以及基于该内核系统和开源busybox文件系统交叉编译文件管理系统，并将文件管理系统下载到Flash芯片中，实现对整机的文件管理功能；
上层管理模块用于实现SAN功能和iSCSI协议，交叉编译mdadm管理模块和iSCSItarget模块、实现对存储板web管理功能，交叉编译apache模块和PHP模块并安装到文件管理系统中以及根据Raid管理功能需求，开发一套软Raid管理界面，实现Raid0、1、5、10的功能。
其中，硬件平台对外提供JTAG、UART以及I2C，同时外设提供SGMII和RGMII接口配置网络芯片实现网络功能，提供PCIe接口搭载PCIE转SATA控制器扩展硬盘位以及扩展存储空间；
软件平台负责交叉编译bootloader、基于开源内核交叉编译内核文件、采用linux内核自带的网络驱动和SATA控制器驱动、对文件系统进行交叉编译以及下载iSCSI-target软件进行移植开发，实现Raid功能，同时基于httpd或Apache软件开发web管理软件。软件平台还可以分为最底层、内核层、驱动层、操作系统层和应用层，最底层负责交叉编译bootloader；内核层是基于开源内核交叉编译内核文件；驱动层采用linux内核自带的网络驱动和SATA控制器驱动；操作系统层对文件系统进行交叉编译；应用层下载iSCSI-target软件进行移植开发，实现Raid功能，同时基于httpd或Apache软件开发web管理软件。
电路板和软件管理系统是基于PowerPC处理器主板原理设计技术、电源设计技术、bootloader开发、驱动开发与移植、基于busybox文件系统开发和基于apache和PHPweb管理开发技术。PowerPC处理器作为硬件平台的主控制器，对外提供JTAG、UART、I2C，同时外设可以提供SGMII和RGMII接口配置网络芯片实现网络功能，提供的PCIe接口可以搭载PCIE转sata控制器扩展硬盘位以及扩展存储空间。
作为优选，所述底层驱动模块分为上电时序模块和bootloader模块，上层管理模块分为内核模块、驱动模块、文件管理系统和web管理模块。
作为优选，所述PowerPC处理器采用PowerPCP3041处理器，PowerPCP3041处理器支持2路RGMII接口、1路SGMII接口、3路PCIE接口、2路串口以及4路I2C接口，同时支持DDR3SODIMM和NOR/NANDFlash。
更优地，所述PHY芯片采用高可靠性Vitesse8664和Vitesse8224，分别通过SGMII接口和RGMII接口对外提供6路千兆网络接口。
作为优选，所述软件管理系统开发的具体内容如下：
（1）、采用OpenPegsus软件架构；
（2）、在OpenPegsus软件架构下对软件管理系统资源建模并开发相应的CIMProvider；
（3）、开发CIMClient用于上层界面调用或直接管理存储资源；
（4）、开发本地web界面；
（5）、部署CIMNavigator软件用于检测管理软件对SMI-S标准的符合性。
更优地，所述软件管理系统的存储管理软件后台包括横向子模块和纵向子模块，横向子模块包括系统类子模块、磁盘类子模块、raid类子模块、lun类子模块和主机类子模块，每个纵向子模块负责提供获取存储资源信息和配置存储资源。
一种IPSAN存储设备的存储方法，其特征在于：采用上述任意一种IPSAN存储设备的存储步骤如下：
①、通过底层驱动模块的上电时序模块进行CPLD时序控制，实现时钟控制、CPU上电、内存上电、Flash片选以及软件复位；
②、通过bootloader模块读取bootloader，同时读取CPU硬件配置、时钟配置以及内存配置；
③、通过内核模块进行加载内核，同时通过驱动模块加载通用芯片驱动；加载内核的同时，反馈硬件配置信息到bootloader模块；
④、进入文件管理系统，通过驱动模块加载驱动。
该存储方法是将SCSI接口（SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口，一种用于计算机和智能设备之间（硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等）系统级接口的独立处理器标准）与以太网相结合，基于TCP/IP网络封装SCSI命令，使服务器与使用IP网络的存储设备进行数据交互，建立存储区域网络。
本发明的一种IPSAN存储设备及其存储方法和现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明基于PowerPC主板开发、基于linux的busybox文件系统开发、linux内核移植、软Raid管理开发以及web管理开发，采用的传输媒介为以太网，以此取代光纤，可以大大降低成本，通过普通以太网实现SAN功能，即IP-SAN，可以在当前传输方式不变的情况下，通过网络即可以实现存储局域网功能，同时采用基于mips工业级的PowerPC处理器可以充分发挥处理器的高稳定性，增加产品可靠性；
2、本发明采用的PowerPC处理器具有低功耗、高稳定性的功能，该处理器集成度高，外设资源丰富，是实现嵌入式存储产品开发的理想选择，采用PowerPC处理器搭配Marvell存储控制器，实现iSCSI存储功能。
故本发明具有设计合理、结构简单、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为电路板原理图；
附图2为存储设备的控制流程图；
附图3为软件管理系统的示意图。
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IPSAN存储设备，该存储设备包括硬件平台和软件管理系统，所述硬件平台包括电路板，电路板上设置有电源管理单元、信号管理单元、存储控制单元和对外接口单元，电源管理单元采用电压为3.3V、5V、5VSB以及12V的外部电源；信号管理单元包括电源控制信号、高速DDR3内存信号、CPLD信号、基于Vitesse芯片网络信号、SATA信号、串口信号、I2C信号以及基于Marvell芯片的PCIe转SATA信号；存储控制单元采用PowerPC处理器，同时搭配Marvell存储控制器，实现iSCSI存储功能，PowerPC处理器采用PowerPCP3041处理器，PowerPCP3041处理器支持2路RGMII接口、1路SGMII接口、3路PCIE接口、2路串口以及4路I2C接口，同时支持DDR3SODIMM和NOR/NANDFlash。对外接口单元采用PHY芯片，PHY芯片采用高可靠性Vitesse8664和Vitesse8224，分别通过SGMII接口和RGMII接口对外提供6路千兆网络接口。
软件管理系统包括底层驱动模块和上层管理模块，底层驱动模块用于基于开源bootloader修改以及交叉编译，并移植到开发板、基于CPLD芯片开发上电时序控制信号、基于开源linux内核修改以及交叉编译并下载到开发板Flash芯片中以及基于该内核系统和开源busybox文件系统交叉编译文件管理系统，并将文件管理系统下载到Flash芯片中，实现对整机的文件管理功能；底层驱动模块分为上电时序模块和bootloader模块。
上层管理模块用于实现SAN功能和iSCSI协议，交叉编译mdadm管理模块和iSCSItarget模块、实现对存储板web管理功能，交叉编译apache模块和PHP模块并安装到文件管理系统中以及根据Raid管理功能需求，开发一套软Raid管理界面，实现Raid0、1、5、10的功能，上层管理模块分为内核模块、驱动模块、文件管理系统和web管理模块。
软件管理系统开发的具体内容如下：
（1）、采用OpenPegsus软件架构；
（2）、在OpenPegsus软件架构下对软件管理系统资源建模并开发相应的CIMProvider；
（3）、开发CIMClient用于上层界面调用或直接管理存储资源；
（4）、开发本地web界面；
（5）、部署CIMNavigator软件用于检测管理软件对SMI-S标准的符合性。
如附图3所示，软件管理系统的存储管理软件后台包括横向子模块和纵向子模块，横向子模块包括系统类子模块、磁盘类子模块、raid类子模块、lun类子模块和主机类子模块，每个纵向子模块负责提供获取存储资源信息和配置存储资源。系统类子模块首先负责查看系统IP/name信息，查看系统IP/name信息后设置系统IP/name信息；磁盘类子模块首先负责查看磁盘信息，查看磁盘信息后释放磁盘；raid类子模块首先负责查看raid信息，查看raid信息后创建raid，创建raid后删除raid；lun类子模块首先负责查看lun信息，查看lun信息后创建lun，创建lun后删除lun，删除lun后创建快照，创建快照后删除快照，删除快照后lun绑定，lun绑定后解除lun绑定；主机类子模块首先负责查看主机组信息，查看主机组信息后创建主机组，创建主机组后删除主机组，删除主机组后添加主机，添加主机后删除主机；每次配置操作后更新日志文件。
实施例2
如附图2所示，一种IPSAN存储设备的存储方法，采用实施例1的一种IPSAN存储设备的存储步骤如下：
①、通过底层驱动模块的上电时序模块进行CPLD时序控制，实现时钟控制、CPU上电、内存上电、Flash片选以及软件复位；
②、通过bootloader模块读取bootloader，同时读取CPU硬件配置、时钟配置以及内存配置；
③、通过内核模块进行加载内核，同时通过驱动模块加载通用芯片驱动；加载内核的同时，反馈硬件配置信息到bootloader模块；
④、进入文件管理系统，通过驱动模块加载驱动。
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IPSAN存储设备及其存储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。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的两种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
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 (7)

1.一种IPSAN存储设备，其特征在于：该存储设备包括硬件平台和软件管理系统，所述硬件平台包括电路板，电路板上设置有电源管理单元、信号管理单元、存储控制单元和对外接口单元，电源管理单元采用电压为3.3V、5V、5VSB以及12V的外部电源；信号管理单元包括电源控制信号、高速DDR3内存信号、CPLD信号、基于Vitesse芯片网络信号、SATA信号、串口信号、I2C信号以及基于Marvell芯片的PCIe转SATA信号；存储控制单元采用PowerPC处理器，同时搭配Marvell存储控制器，实现iSCSI存储功能；对外接口单元采用PHY芯片；
软件管理系统包括底层驱动模块和上层管理模块，底层驱动模块用于基于开源bootloader修改以及交叉编译，并移植到开发板、基于CPLD芯片开发上电时序控制信号、基于开源linux内核修改以及交叉编译并下载到开发板Flash芯片中以及基于该内核系统和开源busybox文件系统交叉编译文件管理系统，并将文件管理系统下载到Flash芯片中，实现对整机的文件管理功能；
上层管理模块用于实现SAN功能和iSCSI协议，交叉编译mdadm管理模块和iSCSItarget模块、实现对存储板web管理功能，交叉编译apache模块和PHP模块并安装到文件管理系统中以及根据Raid管理功能需求，开发一套软Raid管理界面，实现Raid0、1、5、10的功能。
2.根据权利要求1所述的一种IPSAN存储设备，其特征在于：所述底层驱动模块分为上电时序模块和bootloader模块，上层管理模块分为内核模块、驱动模块、文件管理系统和web管理模块。
3.根据权利要求1所述的一种IPSAN存储设备，其特征在于：所述PowerPC处理器采用PowerPCP3041处理器，PowerPCP3041处理器支持2路RGMII接口、1路SGMII接口、3路PCIE接口、2路串口以及4路I2C接口，同时支持DDR3SODIMM和NOR/NANDFlash。
4.根据权利要求3所述的一种IPSAN存储设备，其特征在于：所述PHY芯片采用高可靠性Vitesse8664和Vitesse8224，分别通过SGMII接口和RGMII接口对外提供6路千兆网络接口。
5.根据权利要求1所述的一种IPSAN存储设备，其特征在于：所述软件管理系统开发的具体内容如下：
（1）、采用OpenPegsus软件架构；
（2）、在OpenPegsus软件架构下对软件管理系统资源建模并开发相应的CIMProvider；
（3）、开发CIMClient用于上层界面调用或直接管理存储资源；
（4）、开发本地web界面；
（5）、部署CIMNavigator软件用于检测管理软件对SMI-S标准的符合性。
6.根据权利要求5所述的一种IPSAN存储设备，其特征在于：所述软件管理系统的存储管理软件后台包括横向子模块和纵向子模块，横向子模块包括系统类子模块、磁盘类子模块、raid类子模块、lun类子模块和主机类子模块，每个纵向子模块负责提供获取存储资源信息和配置存储资源。
7.一种IPSAN存储设备的存储方法，其特征在于：采用权利要求1-6中任意一种IPSAN存储设备的存储步骤如下：
①、通过底层驱动模块的上电时序模块进行CPLD时序控制，实现时钟控制、CPU上电、内存上电、Flash片选以及软件复位；
②、通过bootloader模块读取bootloader，同时读取CPU硬件配置、时钟配置以及内存配置；
③、通过内核模块进行加载内核，同时通过驱动模块加载通用芯片驱动；加载内核的同时，反馈硬件配置信息到bootloader模块；
④、进入文件管理系统，通过驱动模块加载驱动。
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