CN108280036A - 一种支持nvme的存储硬盘背板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种支持NVME的存储硬盘背板，涉及存储系统数据传输和处理技术，本发明主要包括四个部分：硬盘接口模块、SAS接口模块、PCIE接口模块以及控制模块，该硬盘背板具有较多数量的NVME接口，且同时兼容传统的SAS/SATA接口，能够满足不同场景的应用。

Description

一种支持NVME的存储硬盘背板
技术领域
本发明涉及存储系统数据传输和处理技术，尤其涉及一种支持NVME的存储硬盘背板。
背景技术
随着互联网的不断扩张和云计算技术的进一步推广，海量的数据在个人、企业、研究机构等源源不断地产生。这些数据为人们的日常生活提供了便利，但对存储系统来说如何有效、快速、可靠地存取这些日益增长的海量数据成了关键的问题。面对如此多的数据，传统的SAS/SATA存储协议已经难以应对，而非易失性快速存储器协议（NVME）定义了一种通过PCIE总线访问固态硬盘驱动器（SSD）的新方法，与传统协议相比，其具有更高的性能和较低的延迟，势必在未来会得到全面应用。目前服务器存储模块内的硬盘背板大多还仅支持SAS/SATA硬盘，有些能够支持NVME硬盘的背板也仅有几个有限的接口，根本无法应对传输和处理速度具有严苛要求的新的存储业务 。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提出了一种支持NVME的存储硬盘背板。该硬盘背板具有较多数量的NVME接口，且同时兼容传统的SAS/SATA接口，能够满足不同场景的应用。
一种支持NVME的存储硬盘背板，主要包括四个部分：硬盘接口模块、SAS接口模块、PCIE接口模块以及控制模块，其中，
硬盘接口模块由24个SFF8639连接器组成，可外接24块硬盘。SFF8639连接器是一种用于2.5英寸盘存储，固态硬盘或机械硬盘的企业级背板接口，涵盖了PCIE、SATA和SAS；SFF-8639连接器拥有6个高速通道，其中4个PCIE高速通道提供给NVME硬盘使用，另2个通道可供SAS或SATA硬盘。本发明中X1 SAS信号由SAS高速连接器传输而来，为SAS/SATA硬盘提供信号通道；X4 PCIE信号来自PCIE连接器，为NVME硬盘提供信号通道。
SAS接口模块包含两个高速信号连接器，外接SAS expander板卡，用于传输SAS高速信号。SAS高速连接器CONN_1和CONN_2各传输X12 SAS信号，分别为每一个SFF-8639硬盘接口提供X1 SAS信号。
PCIE接口模块包含12个oculink连接器，其中左侧6个oculink和右侧6个oculink连接器分别外接两个PCIE Switch板卡。每个oculink连接器传输X8 PCIE信号，为对应的两个SFF-8639硬盘接口各传输X4 PCIE信号。
控制模块主要包括CPLD芯片和SMBUS管理总线。CPLD芯片主要用于侦测硬盘是否在位、在位硬盘类型以及解析并驱动硬盘指示灯。CPLD通过采集SFF-8639连接器P4、P10和S11三个pin脚的状态来侦测硬盘在位和硬盘类型；当没有硬盘插入时，3个pin脚皆为高电平；当NVME硬盘插入时，P4为低，P10为高，S11为高；当SAS硬盘插入时，3个pin脚皆为低电平；当SATA硬盘插入时，P4为低，P10为低，S11为高。CPLD将侦测到的硬盘在位信息和硬盘类型信息通过SMBUS总线传输给BMC管理芯片。CPLD用于驱动硬盘指示灯信息的数据源主要来自于SAS expander板卡的SGPIO信号以及两个PCIE Switch板卡的I2C信号。CPLD同时将这三个硬盘指示灯信息数据源解析出来，并通过判别硬盘在位信息来驱动对应槽位硬盘的指示灯。SMBUS管理总线主要作用是将硬盘在位、硬盘类型、硬盘温度、健康状态等信息传递给BMC芯片进行管理和监控。SMBUS管理总线部分主要包括24个SFF8639连接器的SMBUS接口，CPLD芯片的SMBUS接口，1片PCA9546芯片和3片PCA9548芯片，PCA9546为4通道SMBUS交换芯片，PCA9548为8通道SMBUS交换芯片。本发明中共包括24个硬盘接口，其中每8个硬盘接口的SMBUS信号分别连接至同一片PCA9548芯片的8个下游SMBUS接口，3个PCA9548芯片的上游SMBUS接口和CPLD的SMBUS接口分别接至PCA9546芯片的4个下游SMBUS接口，最终由PCA9546将硬盘相关信息通过其上游SMBUS接口传输至BMC进行监控管理。
本发明在兼容传统SAS/SATA硬盘的基础上，同时能够支持24个NVME硬盘接口，从而可以满足不同存储业务的应用，提高了存储硬盘背板的通用性和利用率，也节省了研发成本和周期，增强产品的竞争力。
附图说明
图1是本发明的功能框图；
图2是SMBUS总线拓扑图。
具体实施方式
下面对本发明的内容进行更加详细的阐述：
本发明主要包括四个部分：硬盘接口模块、SAS接口模块、PCIE接口模块以及控制模块。
硬盘接口模块由24个SFF8639连接器组成，可外接24块硬盘。SFF8639连接器是一种用于2.5英寸盘存储，固态硬盘或机械硬盘的企业级背板接口，涵盖了PCIE、SATA和SAS；SFF-8639连接器拥有6个高速通道，其中4个PCIE高速通道提供给NVME硬盘使用，另2个通道可供SAS或SATA硬盘。本发明中X1 SAS信号由SAS高速连接器传输而来，为SAS/SATA硬盘提供信号通道；X4 PCIE信号来自PCIE连接器，为NVME硬盘提供信号通道。
SAS接口模块包含两个高速信号连接器，外接SAS expander板卡，用于传输SAS高速信号。SAS高速连接器CONN_1和CONN_2各传输X12 SAS信号，分别为每一个SFF-8639硬盘接口提供X1 SAS信号。
PCIE接口模块包含12个oculink连接器，其中左侧6个oculink和右侧6个oculink连接器分别外接两个PCIE Switch板卡。每个oculink连接器传输X8 PCIE信号，为对应的两个SFF-8639硬盘接口各传输X4 PCIE信号。
控制模块主要包括CPLD芯片和SMBUS管理总线。CPLD芯片主要用于侦测硬盘是否在位、在位硬盘类型以及解析并驱动硬盘指示灯。
CPLD通过采集SFF-8639连接器P4、P10和S11三个pin脚的状态来侦测硬盘在位和硬盘类型；当没有硬盘插入时，3个pin脚皆为高电平；当NVME硬盘插入时，P4为低，P10为高，S11为高；当SAS硬盘插入时，3个pin脚皆为低电平；当SATA硬盘插入时，P4为低，P10为低，S11为高。
CPLD将侦测到的硬盘在位信息和硬盘类型信息通过SMBUS总线传输给BMC管理芯片。CPLD用于驱动硬盘指示灯信息的数据源主要来自于SAS expander板卡的SGPIO信号以及两个PCIE Switch板卡的I2C信号。CPLD同时将这三个硬盘指示灯信息数据源解析出来，并通过判别硬盘在位信息来驱动对应槽位硬盘的指示灯。
SMBUS管理总线主要作用是将硬盘在位、硬盘类型、硬盘温度、健康状态等信息传递给BMC芯片进行管理和监控。SMBUS管理总线部分主要包括24个SFF8639连接器的SMBUS接口，CPLD芯片的SMBUS接口，1片PCA9546芯片和3片PCA9548芯片，PCA9546为4通道SMBUS交换芯片，PCA9548为8通道SMBUS交换芯片。本发明中共包括24个硬盘接口，其中每8个硬盘接口的SMBUS信号分别连接至同一片PCA9548芯片的8个下游SMBUS接口，3个PCA9548芯片的上游SMBUS接口和CPLD的SMBUS接口分别接至PCA9546芯片的4个下游SMBUS接口，最终由PCA9546将硬盘相关信息通过其上游SMBUS接口传输至BMC进行监控管理。
本发明中PCIE连接器选用的为oculink连接器，也可选用slimline等高速连接器。
本发明在兼容传统SAS/SATA硬盘的基础上，同时能够支持24个NVME硬盘接口，可以满足不同存储业务的应用。

Claims (6)

1.一种支持NVME的存储硬盘背板，其特征在于，
主要包括四个部分：硬盘接口模块、SAS接口模块、PCIE接口模块以及控制模块；
其中，硬盘接口模块由24个SFF8639连接器组成，外接不多于24块硬盘；SFF-8639连接器拥有6个高速通道，其中4个PCIE高速通道提供给NVME硬盘使用，另2个通道供SAS或SATA硬盘；X1 SAS信号由SAS高速连接器传输而来，为SAS/SATA硬盘提供信号通道；X4 PCIE信号来自PCIE连接器，为NVME硬盘提供信号通道；
SAS接口模块包含两个高速信号连接器，外接SAS expander板卡，用于传输SAS高速信号；SAS高速连接器CONN_1和CONN_2各传输X12 SAS信号，分别为每一个SFF-8639硬盘接口提供X1 SAS信号；
PCIE接口模块包含12个oculink连接器，其中左侧6个oculink和右侧6个oculink连接器分别外接两个PCIE Switch板卡；每个oculink连接器传输X8 PCIE信号，为对应的两个SFF-8639硬盘接口各传输X4 PCIE信号；
控制模块主要包括CPLD芯片和SMBUS管理总线；CPLD芯片主要用于侦测硬盘是否在位、在位硬盘类型以及解析并驱动硬盘指示灯；SMBUS管理总线主要作用是将硬盘在位、硬盘类型、硬盘温度、健康状态信息传递给BMC芯片进行管理和监控。
2.根据权利要求1所述的存储硬盘背板，其特征在于，
CPLD将侦测到的硬盘在位信息和硬盘类型信息通过SMBUS总线传输给BMC管理芯片。
3.根据权利要求2所述的存储硬盘背板，其特征在于，
CPLD通过采集SFF-8639连接器P4、P10和S11三个pin脚的状态来侦测硬盘在位和硬盘类型；当没有硬盘插入时，3个pin脚皆为高电平；当NVME硬盘插入时，P4为低，P10为高，S11为高；当SAS硬盘插入时，3个pin脚皆为低电平；当SATA硬盘插入时，P4为低，P10为低，S11为高。
4.根据权利要求3所述的存储硬盘背板，其特征在于，
CPLD用于驱动硬盘指示灯信息的数据源来自于SAS expander板卡的SGPIO信号以及两个PCIE Switch板卡的I2C信号；CPLD同时将这三个硬盘指示灯信息数据源解析出来，并通过判别硬盘在位信息来驱动对应槽位硬盘的指示灯。
5.根据权利要求1所述的存储硬盘背板，其特征在于，
SMBUS管理总线部分主要包括24个SFF8639连接器的SMBUS接口，CPLD芯片的SMBUS接口，1片PCA9546芯片和3片PCA9548芯片，PCA9546为4通道SMBUS交换芯片，PCA9548为8通道SMBUS交换芯片。
6.根据权利要求5所述的存储硬盘背板，其特征在于，
硬盘接口设有24个，其中每8个硬盘接口的SMBUS信号分别连接至同一片PCA9548芯片的8个下游SMBUS接口，3个PCA9548芯片的上游SMBUS接口和CPLD的SMBUS接口分别接至PCA9546芯片的4个下游SMBUS接口，最终由PCA9546将硬盘相关信息通过其上游SMBUS接口传输至BMC进行监控管理。
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