CN106776387B - 硬盘通道扩展装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种硬盘通道扩展装置，包括主机总线适配器、CPLD芯片、多级级联的多路复用器/解复用器，CPU通过主机总线适配器、多级级联的多路复用器/解复用器与若干硬盘相连接，主机总线适配器的控制信号输出端与CPLD芯片的信号输入端相连接，CPLD芯片的控制信号输出端与各多路复用器/解复用器的开关控制端相连接，CPLD芯片根据主机总线适配器的硬盘编号信号，向相应硬盘对应连接的各多路复用器/解复用器发送开关信号，使得相应硬盘与主机总线适配器之间建立数据通道。本发明可根据实际需要灵活扩展若干硬盘，存储容量性能稳定、可靠，成本可控，适于推广应用。

Description

硬盘通道扩展装置
技术领域
本发明涉及一种硬盘通道扩展装置，属于计算机存储系统的硬件技术领域。
背景技术
如图1所示，现有的大容量存储系统一般基于HBA(Host Bus Adapter，主机总线适配器)+EXPANDER(扩展器)方案实现硬盘通道的扩展，以实现存储容量的扩展。
HBA的PCIE总线接口通道一般是X8，传输速率为8Gb/s，带宽为64Gb/s，HBA与EXPANDER互联的SAS通道为X4、传输速率为12Gb/s，带宽为48Gb/s，HDD(Hard Disk Drive，硬盘)的传输速率一般为120MB/s，约0.96Gb/S。若充分利用HBA+EXPANDER方案提供的带宽，一个EXPANDER上需要挂40多块硬盘，成本极高。然而，对于绝大部分存储服务器应用，一般要求存储容量性能稳定可靠，对数据的传输速率并无过高的要求；且，存储设备一般是通过千兆、万兆网络接口挂在网上，四块硬盘的带宽之和即可覆盖大部分应用场景。
因此，现有的高性能HBA+EXPANDER方案，对于一般的存储服务器应用场景，不仅成本较高，且资源利用率低，且该技术方案目前处于技术垄断阶段，无法得到推广应用。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种能够根据需要扩展存储容量，且性能稳定、可靠，成本较低的硬盘通道扩展装置。
一种硬盘通道扩展装置，包括主机总线适配器、CPLD芯片、多级级联的多路复用器/解复用器，
CPU通过主机总线适配器、多级级联的多路复用器/解复用器与若干硬盘相连接，主机总线适配器的控制信号输出端与CPLD芯片的信号输入端相连接，CPLD芯片的控制信号输出端与各多路复用器/解复用器的开关控制端相连接，CPLD芯片根据主机总线适配器的硬盘编号信号，向相应硬盘对应连接的各多路复用器/解复用器发送开关信号，使得相应硬盘与主机总线适配器之间建立数据通道。
进一步的，
扩展的硬盘数量为：H＝P*2n，其中：P为所述主机总线适配器与多路复用器/解复用器连接的端口数，n为所述多路复用器/解复用器的级联数。
所述CPU与主机总线适配器通过PCIE总线接口相连接，所述主机总线适配器与第一级多路复用器/解复用器之间、相邻两级多路复用器/解复用器之间、最后一级多路复用器/解复用器与硬盘之间均通过高速串行接口相连接，所述主机总线适配器与CPLD芯片通过GPIO接口相连接。
所述主机总线适配器与第一级多路复用器/解复用器之间、相邻两级多路复用器/解复用器之间、最后一级多路复用器/解复用器与硬盘之间传输SAS/SATA协议数据。
所述主机总线适配器根据所述CPU的控制命令获取系统要访问的硬盘，将要访问的硬盘编号发送至所述CPLD芯片，所述CPLD芯片根据相应的硬盘编号，打开与该硬盘对应连接的各多路复用器/解复用器的开关，该硬盘通过所述主机总线适配器与CPU之间建立数据链路。
本发明的优点是：
本发明的硬盘通道扩展装置，利用现有的少通道、低成本HBA芯片，通过CPLD芯片切换控制多级级联的多路复用器/解复用器，管理多块硬盘，建立相应的硬盘与主机之间的数据通道，可根据实际需要灵活扩展若干硬盘，存储容量性能稳定、可靠，成本可控，适于推广应用。
附图说明
图1是现有的大容量存储系统中基于HBA+EXPANDER方案实现的硬盘通道扩展装置结构示意图。
图2是本发明的硬盘通道扩展装置的结构示意图，显示2级SERDES级联、16块硬盘的扩展装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明公开的硬盘通道扩展装置，包括HBA芯片、CPLD(ComplexProgrammable Logic Device，可编程逻辑器件)芯片、多级多路复用器/解复用器，CPU通过HBA芯片、多级多路复用器/解复用器与若干硬盘相连接，CPLD芯片与各多路复用器/解复用器相连接，根据HBA芯片的控制信息切换控制相应的多路复用器/解复用器，使得相应的硬盘与CPU之间建立数据通道。
具体的说，CPU与HBA芯片通过PCIE总线接口相连接，HBA芯片与第一级多路复用器/解复用器通过高速串行接口相连接，相邻两级多路复用器/解复用器之间通过高速串行接口相连接，最后一级多路复用器/解复用器与硬盘之间通过高速串行接口相连接，HBA芯片与第一级多路复用器/解复用器之间、相邻两级多路复用器/解复用器之间、最后一级多路复用器/解复用器与硬盘之间传输SAS/SATA协议数据；
HBA芯片与CPLD芯片通过GPIO接口相连接，CPLD芯片的控制信号输出端与各个多路复用器/解复用器的开关控制端相连接，HBA芯片根据CPU的控制命令获取系统要访问的硬盘，将要访问的硬盘编号发送至CPLD芯片，CPLD芯片根据相应的硬盘编号，打开与该硬盘对应连接的各多路复用器/解复用器的开关，该硬盘通过HBA芯片与CPU之间建立起一条数据链路。
本发明中，可以根据需要级联多级多路复用器/解复用器，扩展多块硬盘，可扩展的硬盘数量计算公式如下：
H＝P*2n
其中：P为HBA芯片的端口数，n为多路复用器/解复用器的级联数。
例如，如图2所示，HBA芯片的端口数(高速串行接口)为四个，两级级联多路复用器/解复用器，HBA芯片级联第一级四个多路复用器/解复用器，第一级的四个多路复用器/解复用器各连接两个多路复用器/解复用器，第二级共八个多路复用器/解复用器，第二级的八个多路复用器/解复用器各连接两块硬盘，即，两级级联的多路复用器/解复用器共连接16块硬盘。
CPLD芯片对于各硬盘的切换控制信号如表1所示：
表1
结合图2与表1所示，S0、S1、S2、S3分别对应HBA芯片的四个端口；举例说明，当CPLD芯片向第一级的第一个(按从上至下排列)多路复用器/解复用器发送低电平信号(CH(0)＝0)、向第二级的第一个多路复用器/解复用器发送低电平信号(CL(0)＝0)时，HBA的S0端口与硬盘HDD1之间建立数据连接；当CPLD芯片向第一级的第二个多路复用器/解复用器发送低电平信号(CH(1)＝0)、向第二级的第三个多路复用器/解复用器发送高电平信号(CL(2)＝1)时，HBA的S1端口与硬盘HDD6之间建立数据连接；当CPLD芯片向第一级的第三个多路复用器/解复用器发送高电平信号(CH(2)＝1)、向第二级的第六个多路复用器/解复用器发送高电平信号(CL(5)＝1)时，HBA的S2端口与硬盘HDD12之间建立数据连接；当CPLD芯片向第一级的第四个多路复用器/解复用器发送高电平信号(CH(3)＝1)、向第二级的第八个多路复用器/解复用器发送低电平信号(CL(7)＝0)时，HBA的S3端口与硬盘HDD15之间建立数据连接。
所述多路复用器/解复用器可以采用PERICOM公司的PI2DBS6212等高速模拟切换器。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.硬盘通道扩展装置，其特征在于，包括主机总线适配器、CPLD芯片、多级级联的多路复用器/解复用器，
CPU通过主机总线适配器、多级级联的多路复用器/解复用器与若干硬盘相连接，主机总线适配器的控制信号输出端与CPLD芯片的信号输入端相连接，CPLD芯片的控制信号输出端与各多路复用器/解复用器的开关控制端相连接，CPLD芯片根据主机总线适配器的硬盘编号信号，向相应硬盘对应连接的各多路复用器/解复用器发送开关信号，使得相应硬盘与主机总线适配器之间建立数据通道。
2.根据权利要求1所述的硬盘通道扩展装置，其特征在于，扩展的硬盘数量为：H＝P*2n，其中：P为所述主机总线适配器与多路复用器/解复用器连接的端口数，n为所述多路复用器/解复用器的级联数。
3.根据权利要求1所述的硬盘通道扩展装置，其特征在于，所述CPU与主机总线适配器通过PCIE总线接口相连接，所述主机总线适配器与第一级多路复用器/解复用器之间、相邻两级多路复用器/解复用器之间、最后一级多路复用器/解复用器与硬盘之间均通过高速串行接口相连接，所述主机总线适配器与CPLD芯片通过GPIO接口相连接。
4.根据权利要求3所述的硬盘通道扩展装置，其特征在于，所述主机总线适配器与第一级多路复用器/解复用器之间、相邻两级多路复用器/解复用器之间、最后一级多路复用器/解复用器与硬盘之间传输SAS/SATA协议数据。
5.根据权利要求1所述的硬盘通道扩展装置，其特征在于，所述主机总线适配器根据所述CPU的控制命令获取系统要访问的硬盘，将要访问的硬盘编号发送至所述CPLD芯片，所述CPLD芯片根据相应的硬盘编号，打开与该硬盘对应连接的各多路复用器/解复用器的开关，该硬盘通过所述主机总线适配器与CPU之间建立数据链路。
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