CN108874719A - 一种基于PCIe总线的扩展存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于PCIe总线的扩展存储设备，所述扩展存储设备包括：视频处理设备、以及Raid卡；所述视频处理设备与所述Raid卡通过PCIe总线连接，所述Raid卡由嵌入式片上系统SoC构建。本发明实施例中，可以通过PCIe总线将视频处理设备与Raid卡连接起来，并且，可以在视频处理设备端构建Raid卡端各物理硬盘节点对应的虚拟硬盘节点，从而视频处理设备可以像管理本地硬盘一样管理Raid卡端的物理硬盘节点，进而可以将这些虚拟硬盘节点组织成虚拟Raid节点，而实际的复杂Raid运算则由Raid卡端的SOC完成，并无对视频处理设备端CPU资源的占用，从而能够保证视频处理设备端的业务正常运行。

Description

一种基于PCIe总线的扩展存储设备
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域，特别是涉及一种基于PCIe总线的扩展存储设备。
背景技术
在安防监控领域，监控设备将采集到大量的监控视频，因此，如何有效地对监控视频进行存储、分析等操作成为一个重要的问题。
Raid(redundant array of independent disks，独立磁盘冗余阵列)是把相同的数据存储在多个硬盘的不同的地方的方法。通过把数据放在多个硬盘上，输入输出操作能以平衡的方式交叠，改良性能。因为多个硬盘增加了存储容量和平均故障间隔时间，而储存数据冗余也增加了容错。
基于Raid的特性，在当前的安防监控领域中，基于Raid方式的数据存储成为主要的存储监控视频的方式。具体的，可以直接组织视频处理设备主控制器下的多块硬盘，由视频处理设备端的主控制器CPU完成Raid算法、硬盘管理、数据存储等操作。但是，Raid算法需要消耗主控制器CPU的运算资源，对安防监控本身的音频、视频处理、编码、解码、显示等处理过程产生竞争，使得这些核心功能的正常运行受到影响，甚至出现视频丢帧、GUI(Graphical User Interface，图形用户界面)卡顿等情况。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于PCIe总线的扩展存储设备，以降低视频处理设备端主控制器CPU的运算资源，保证其业务正常运行。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种基于外设互联高速总线PCIe的扩展存储系统，所述系统包括：视频处理设备、Raid卡；所述视频处理设备与所述Raid卡通过PCIe总线连接；所述Raid卡由嵌入式片上系统SoC构建；所述Raid卡端挂接有多个物理硬盘；
所述视频处理设备和Raid卡之间的PCIe总线共享缓冲区面向双方的存储协议进行划分，构成双方虚实节点之间通信的虚实协议交互区；
所述Raid卡，用于探测本端挂接的物理硬盘，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，并向所述视频处理设备发送注册请求；
所述视频处理设备，用于接收所述注册请求，根据所述注册请求注册对应的虚拟硬盘节点、并在所述虚实协议交互区中申请虚实协议通道；
所述视频处理设备，还用于根据业务层的Raid构建命令通过所述虚拟硬盘节点、所述虚实协议通道、所述物理硬盘节点将硬盘结构化信息发送至所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于通过所述物理硬盘节点接收所述硬盘结构化信息，并将所述硬盘结构化信息写入各物理硬盘；
所述视频处理设备，还用于根据业务层的Raid构建命令创建虚拟Raid节点、发送Raid组建请求至所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于接收所述Raid组建请求，根据所述Raid组建请求创建实体Raid节点；
所述视频处理设备，还用于将业务数据通过所述虚拟Raid节点、所述虚实协议通道发送至所述Raid卡的实体Raid节点；
所述Raid卡，还用于通过所述实体Raid节点接收所述业务数据，对所述业务数据进行数据拆分和Raid运算后写入物理硬盘。
可选的，所述虚实协议交互区包括：PCIe命令区、SCSI I/O参数区、SCSI I/O数据区、Block I/O参数区、Block I/O数据区；其中，
所述视频处理设备的虚拟硬盘节点和所述Raid卡的物理硬盘节点之间的数据通信通过在所述SCSI I/O参数区、所述SCSI I/O数据区申请的通道完成；
所述视频处理设备的虚拟Raid节点和所述Raid卡的实体Raid节点之间的数据通信通过在所述Block I/O参数区、所述Block I/O数据区申请的通道完成；
所述视频处理设备和所述Raid卡之间的命令交互通过所述PCIe命令区完成。
可选的，所述视频处理设备，还用于当自身的操作系统启动时，通过PCIe总线扫描到Raid卡，确定Raid卡启动的地址和地址映射，将所述Raid卡启动所需的嵌入式Linux最小系统加载到所述Raid卡的启动地址，并复位所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于复位完成后运行所述嵌入式Linux最小系统；
所述视频处理设备，还用于注册中断和构建伺服进程；
所述Raid卡，还用于注册中断和构建伺服进程。
可选的，所述Raid卡，具体用于在注册中断和构建伺服进程之后，初始化自身的SATA控制器，在探测到本端挂接的物理硬盘后，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，通过所述PCIe命令区向所述视频处理设备发送注册请求，并中断通知所述视频处理设备；
所述视频处理设备，具体用于通过中断伺服进程接收所述Raid卡发送的注册请求，根据所述注册请求注册对应的虚拟硬盘节点。
可选的，所述视频处理设备，还用于在注册对应的虚拟硬盘节点之后，在所述SCSII/O数据区、SCSI I/O参数区申请SCSI I/O数据通道和SCSI I/O参数通道；
所述视频处理设备，具体用于通过所述虚拟硬盘节点、所述SCSI I/O数据通道和SCSI I/O参数通道、所述物理硬盘节点将硬盘结构化信息发送至所述Raid卡，并中断通知所述Raid卡；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述硬盘结构化信息，并将所述硬盘结构化信息写入各物理硬盘。
可选的，所述视频处理设备，具体用于将Raid组建请求通过所述PCIe命令区发送至所述Raid卡，并中断通知所述Raid卡；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述Raid组建请求，根据所述Raid组建请求创建实体Raid节点。
可选的，所述视频处理设备，还用于在创建虚拟Raid节点之后，在所述Block I/O数据区、Block I/O参数区申请Block I/O参数通道和Block I/O数据通道；
所述视频处理设备，具体用于接收业务层数据存储请求，将待存储的业务数据写入所述Block I/O参数通道和Block I/O数据通道，并中断通知所述Raid卡；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述Block I/O参数通道和BlockI/O数据通道的业务数据，进行数据拆分和Raid运算，将运算后的并发数据写入物理硬盘上。
可选的，所述Raid卡，还用于接收各物理硬盘发送的SCSI I/O命令结果，并将所述SCSI I/O命令结果发送给所述视频处理设备的虚拟Raid节点。
可选的，所述Raid卡，还用于当检测到物理硬盘异常时，发送异常状态信息至所述视频处理设备；
所述视频处理设备，还用于接收所述异常状态信息，确定对应的异常处理策略，并将所述异常处理策略发送至所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于接收所述异常处理策略，并根据所述异常处理策略，完成异常处理。
可选的，所述Raid卡，具体用于当检测到物理硬盘异常时，通过所述SCSI I/O数据通道、SCSI I/O参数通道发送异常状态信息至所述视频处理设备。
可选的，所述异常处理策略包括：物理硬盘层面异常处理策略、Block层异常处理策略、以及Raid管理层异常处理策略；
所述视频处理设备，具体用于将所述物理硬盘层面异常处理策略通过所述SCSII/O数据通道、SCSI I/O参数通道发送至所述Raid卡，将所述Block层异常处理策略通过所述Block I/O数据通道、Block I/O参数通道发送至所述Raid卡，将所述Raid管理层异常处理策略通过所述PCIe命令区发送至所述Raid卡。
可选的，所述视频处理设备，具体用于通过中断伺服进程接收所述异常状态信息；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述异常处理策略。
本发明实施例提供了一种基于PCIe总线的扩展存储设备，所述扩展存储设备包括：视频处理设备、Raid卡；所述视频处理设备与所述Raid卡通过PCIe总线连接；所述Raid卡由嵌入式片上系统SoC构建；所述Raid卡端挂接有多个物理硬盘；所述视频处理设备和Raid卡之间的PCIe总线共享缓冲区面向双方的存储协议进行划分，构成双方虚实节点之间通信的虚实协议交互区；所述Raid卡，用于探测本端挂接的物理硬盘，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，并向所述视频处理设备发送注册请求；所述视频处理设备，用于接收所述注册请求，根据所述注册请求注册对应的虚拟硬盘节点、并在所述虚实协议交互区中申请虚实协议通道；所述视频处理设备，还用于根据业务层的Raid构建命令通过所述虚拟硬盘节点、所述虚实协议通道、所述物理硬盘节点将硬盘结构化信息发送至所述Raid卡；所述Raid卡，还用于通过所述物理硬盘节点接收所述硬盘结构化信息，并将所述硬盘结构化信息写入各物理硬盘；所述视频处理设备，根据业务层的Raid构建命令还用于创建虚拟Raid节点、发送Raid组建请求至所述Raid卡；所述Raid卡，还用于接收所述Raid组建请求，根据所述Raid组建请求创建实体Raid节点；所述视频处理设备，还用于将业务数据通过所述虚拟Raid节点、所述虚实协议通道发送至所述Raid卡的实体Raid节点；所述Raid卡，还用于通过所述实体Raid节点接收所述业务数据，对所述业务数据进行数据拆分和Raid运算后写入物理硬盘。
本发明实施例中，可以通过PCIe总线将视频处理设备与Raid卡连接起来，并且，可以在视频处理设备端构建Raid卡端各物理硬盘节点对应的虚拟硬盘节点，从而视频处理设备可以像管理本地硬盘一样管理Raid卡端的物理硬盘节点，而实际的复杂Raid运算则由Raid卡端的SoC完成，并无对视频处理设备端CPU资源的占用，从而能够保证视频处理设备端的业务正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于PCIe总线的扩展存储设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的数据通信基本流程图；
图3为本发明实施例的共享内存结构示意图；
图4为本发明实施例的扩展存储设备初始化流程图；
图5为本发明实施例的硬盘管理流程图；
图6为本发明实施例的Raid管理流程图；
图7为本发明实施例的数据存储流程图；
图8为本发明实施例的异常处理流程图。
具体实施方式
为了降低视频处理设备端主控制器CPU的运算资源，保证其业务正常运行，本发明实施例提供了一种基于PCIe总线的扩展存储设备。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在本发明实施例中，为了降低视频处理设备端主控制器CPU的运算资源，保证其业务正常运行，可以通过PCIe总线将视频处理设备与Raid卡连接起来。其中，上述视频处理设备可以为嵌入式NVR(Network Video Recorder，网络硬盘录像机)或DVR(DigitalVideoRecorder，硬盘录像机)。
PCIe(即PCI-Express，Peripheral Component Interconnect-Express，外设互联高速总线)，是一种通用的总线规格。其采用了串行互联方式，以点对点的形式进行数据传输，每个设备都可以单独的享用带宽，从而大大提高了传输速率，而且也为更高的频率提升创造了条件。
例如，如图1所示，可以将Raid卡以PCIe总线的方式连接到嵌入式NVR/DVR上，得到本实施例的扩展存储设备。其中，嵌入式NVR/DVR处于PCIe的RC(Root Complex)端，而Raid卡处于EP(End Point)端。RC端的主控制器为嵌入式NVR/DVR专用的Soc(System on Chip，片上系统)，而EP端则可以依据挂接物理硬盘的数目以及总的存储带宽所需的CPU计算能力灵活选择通用的Soc，且可以在EP端运行嵌入式Linux系统。
由此，传统的安防业务(音频、视频处理)可以运行在嵌入式NVR/DVR的主控制器上；而数据存储(录像、录音等数据)则可以运行在Raid卡上。在Raid卡端可以通过SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)控制器扩展出产品规格所定义数目的硬盘接口、并挂接相应的物理硬盘。
具体的，如图2所示，其示出了本发明实施例的数据通信基本流程图。其中，视频处理设备和Raid卡之间的PCIe总线共享缓冲区可以面向双方的存储协议进行划分，构成双方虚实节点之间通信的虚实协议交互区。
Raid卡通过探测发现物理硬盘，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，同时向视频处理设备端发送注册请求。相应的，视频处理设备收到该注册请求后向上层注册自己的虚拟硬盘节点并在虚实协议交互区中申请虚实协议通道，后续虚拟硬盘节点和物理硬盘节点之间的数据I/O由该通道来完成。
例如，视频处理设备可以通过该通道和物理硬盘完成实际的数据I/O，向用户呈现硬盘的一些固有属性(厂商、DMA模式等)，使得视频处理设备端像在本地操作一样操作这些硬盘。
视频处理设备，还可以根据业务层的Raid构建命令通过虚拟硬盘节点、虚实协议通道、物理硬盘节点将硬盘结构化信息发送至Raid卡；Raid卡，通过物理硬盘节点接收硬盘结构化信息后，可以将硬盘结构化信息写入各物理硬盘。
例如，视频处理设备可以根据用户输入参数，确定硬盘结构化信息。其中，上述硬盘结构化信息可以包括：各物理硬盘的存储模式等。存储模式可以标识将数据存储至物理硬盘时，所采用的存储方式。例如，可以将数据平均存储至各物理硬盘，或其中一部分物理硬盘中存储监控视频，另一部分物理硬盘中存储校验数据等。
视频处理设备，还可以根据业务层的Raid构建命令创建虚拟Raid节点，并发送Raid组建请求至Raid卡、并在虚实协议交互区上申请虚实协议通道；Raid卡，接收到Raid组建请求后，可以根据该Raid组建请求创建实体Raid节点。之后即可通过虚拟Raid节点、虚实协议通道、物理Raid节点实现Raid数据I/O操作。
视频处理设备，还可以将业务数据通过虚拟Raid节点、虚实协议通道发送至Raid卡的实体Raid节点；Raid卡可以通过实体Raid节点接收业务数据，对业务数据进行数据拆分和Raid运算后写入物理硬盘。
本发明实施例中，可以通过PCIe总线将视频处理设备与Raid卡连接起来，并且，可以在视频处理设备端构建Raid卡端各物理硬盘节点对应的虚拟硬盘节点，从而视频处理设备可以像管理本地硬盘一样管理Raid卡端的物理硬盘节点，而实际的复杂Raid运算则由Raid卡端的SoC完成，并无对视频处理设备端CPU资源的占用，从而能够保证视频处理设备端的业务正常运行。
作为本发明实施例的一种实施方式，如图3所示，PCIe总线的虚实协议交互区可以包括：Block I/O数据区、Block I/O参数区、SCSI I/O数据区、SCSI I/O参数区、以及PCIe命令区。
并且，扩展存储设备的RC端可以包括：Block层、SCSI层和PCIe驱动层，EP端可以包括SCSI层、ATA层和PCIe驱动层。有关Raid I/O的数据协议流在RC端的Block层和EP端的SCSI层之间交互，有关硬盘I/O的数据协议流在RC端的SCSI层和EP端的ATA层之间交互，而其他命令则直接通过PCIe驱动层进行交互。
具体的，PCIe总线的Block I/O数据区和Block I/O参数区为RC端的Block层和EP端的SCSI层之间的通信共享空间，主要服务Raid级的数据I/O；SCSI IO I/O数据区和SCSII/O参数区为RC端的SCSI层和EP端的ATA层之间的通信共享空间，主要服务于硬盘级的数据I/O；PCIe命令区为常规的RC端和EP端的命令通信，命令形式多样，命令参数不固定。
作为本发明实施例的一种实施方式，在扩展存储设备启动时，其可以进行初始化操作，也就是可以启动Raid卡端。具体的，RC端首先启动运行，PCIe总线扫描到EP端的Raid卡，然后加载RC端的PCIe总线驱动，结合PCIe总线驱动和APP来启动EP端的Raid卡。
如图4所示，其示出了本发明实施例中扩展存储设备初始化流程图。其中，视频处理设备的操作系统启动时，其可以通过PCIe总线扫描到Raid卡，确定Raid卡的启动内存地址和地址映射，将Raid卡启动所需的嵌入式Linux最小系统加载到Raid卡的启动地址，并复位Raid卡；Raid卡复位完成以后运行嵌入式Linux最小系统，完成自身最小系统的运行。
如图4所示，PCIe总线的共享内存还可以包括加载区。进而，视频处理设备可以将启动程序(嵌入式Linux最小系统uboot、kernel、rootfs)写入加载区；Raid卡可以从加载区获取启动程序，并运行启动程序，启动自身的操作系统。
进一步地，视频处理设备还可以初始化共享内存中的PCIe命令区、SCSI I/O数据区、SCSI I/O参数区，并注册中断和构建伺服进程；Raid卡，还可以识别PCIe命令区、SCSII/O数据区、SCSI I/O参数区，并注册中断和构建伺服进程，以根据共享内存、中断、以及伺服进程进行信息交互。
其中，Raid卡端启动的资源包括Uboot、Kernel、Rootfs，通过Uboot可以完成内存等简单外设配置，进而跳转到Kernel、Rootfs的执行。与此同时视频处理设备端的PCIe驱动完成共享内存区域初始化，注册中断和构建伺服进程，至此视频处理设备端的初始化工作已经完成。Raid卡端的Kernel开始执行，相对应的PCIe驱动开始加载、识别共享内存区域、注册中断和构建伺服进程。
扩展存储设备初始化后，其可以进一步进行硬盘管理。本发明实施例中，物理硬盘都是挂接在Raid卡端，所以硬盘管理由Raid卡发起。Raid卡端的Linux内核(Kernel)在启动过程中去探测SATA控制器上挂接的物理硬盘，进而与Raid卡端、视频处理设备端的驱动和协议层同步处理。
Raid卡端的SATA控制器驱动开始初始化则进入硬盘管理的阶段。具体的，如图5所示，其示出了本发明实施例的硬盘管理流程图。
其中，Raid卡可以在注册中断和构建伺服进程之后，初始化自身的SATA控制器，在探测到本端挂接的物理硬盘后，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，进一步通过PCIe命令区向视频处理设备发送注册请求，并中断通知视频处理设备；视频处理设备可以通过中断伺服进程接收Raid卡发送的注册请求，根据注册请求注册对应的虚拟硬盘节点。
具体的，Raid卡可以通过PCIe命令区将注册请求发送给视频处理设备，视频处理设备端可以通过伺服进程中断接收该注册请求。视频处理设备注册虚拟硬盘节点后，还可以在SCSI I/O数据区、SCSI I/O参数区申请SCSI I/O数据通道和SCSI I/O参数通道。有了该通道之后视频处理设备端就可以通过虚拟硬盘节点、所述通道、物理硬盘节点与物理硬盘完成一些常规的I/O,以获取硬盘的一些固有属性(厂商、DMA模式等)。
此时对于视频处理设备端的嵌入式NVR/DVR设备来说已经有了软件层可以操作的硬盘设备节点，该节点对应的硬盘实体节点在Raid卡端，对视频处理设备端来说其只是有逻辑上的虚拟硬盘。
有了虚拟硬盘还要组建Raid，Raid管理流程起始于嵌入式NVR/DVR，由APP层使用成熟的软Raid管理工具mdadm选择RC端已经创建好的虚拟硬盘来组件特定的Raid模式，尽管这些硬盘是RC通过PCIe总线虚拟出来，但对于APP层来说其跟之前的Raid一样将其视为实体硬盘进行操作。如图6所示，其示出了本发明实施例的Raid管理理流程图。
如图6所示，创建Raid之前首先要将Raid所需的硬盘结构化信息写入到各硬盘，其可以通过虚拟硬盘节点、物理硬盘节点、SCSI I/O数据通道和SCSI I/O参数通道发送硬盘结构化信息给Raid卡，并中断通知Raid卡；Raid卡可以通过中断伺服进程接收硬盘结构化信息，并将硬盘结构化信息写入各物理硬盘。
如图6所示，视频处理设备可以在创建虚拟Raid节点后，将Raid组建请求通过PCIe命令区发送至Raid卡，并中断通知Raid卡；Raid卡可以通过中断伺服进程接收Raid组建请求，并根据Raid组建请求创建实体Raid节点。
视频处理设备在创建虚拟Raid节点之后，还可以在Block I/O数据区、Block I/O参数区申请Block I/O参数通道和Block I/O数据通道，以通过Block I/O参数通道和BlockI/O数据通道进行数据I/O。
作为本发明实施例的一种实施方式，扩展存储设备还可以进行数据存储，如，可以存储视频处理设备采集的监控视频。具体的，视频处理设备端的APP可以直接对虚拟Raid节点发起数据I/O进行实际的数据存储。视频处理设备端的流程起始于Block层的虚拟Raid节点，待数据到达Raid卡端，由Raid卡端的实体Raid节点进行相应的Raid算法，进而将数据分散写入到各个物理硬盘上去。
如图7所示，其示出了本发明实施例的数据存储流程图。视频处理设备接收到业务层数据存储请求后，可以将待存储数据写入Block I/O参数通道和Block I/O数据通道，并中断通知Raid卡获取数据。Raid卡通过自身的伺服进程中断接收通知消息之后，可以将该通知消息发送到实体Raid节点。
进而，实体Raid节点进入SCSI层分析Block I/O参数通道和Block I/O数据通道的业务数据，进行数据拆分和Raid运算，确定各物理硬盘中待存储的数据，生成相应的指令，如各硬盘中待存储的数据大小等参数，并将各指令发送至对应的物理硬盘；进而各物理硬盘可以各自处理自己的指令，并返回SCSI I/O命令结果。Raid卡接收到各物理硬盘发送的SCSI I/O命令结果后，可以将该SCSI I/O命令结果封装后发送给视频处理设备的虚拟Raid节点，完成数据存储。
作为本发明实施例的一种实施方式，扩展存储设备还可以进行异常处理，以保证扩展存储设备正常。如：可以进行掉盘处理、热备处理、高效重建等。
具体的，如图8所示，其示出了本发明实施例的异常处理流程图。当Raid卡检测到物理硬盘异常时，可以发送异常状态信息至视频处理设备；视频处理设备可以接收异常状态信息，确定对应的异常处理策略，并将异常处理策略发送至Raid卡；进而Raid卡可以接收异常处理策略，并根据异常处理策略完成异常处理。
其中，Raid卡可以通过SCSI I/O参数区、SCSI I/O数据区将硬盘异常状态信息发送给视频处理设备。视频处理设备可以通过自身的伺服进程中断接收该硬盘异常状态信息。进而，通过APP确定对应对应的异常处理策略。Raid卡也可以通过自身的伺服进程接收异常处理策略。其中，APP确定异常处理策略，可以采用现有技术，本发明实施例对此不进行赘述。
有些情况下，视频处理设备确定的异常处理策略可以包括不同层面的策略，如物理硬盘层面策略、Block层策略、以及Raid管理层策略。这种情况下，视频处理设备可以通过共享内存不同的区域，将各个层面的策略发送至Raid卡。
例如，如图8所示，视频处理设备，可以将物理硬盘层面策略通过SCSI I/O数据区、SCSI I/O参数区发送至Raid卡，Raid卡端收到命令参数和数据后进行ATA层和实际硬盘的处理；将Block层策略通过Block I/O数据区、Block I/O参数区发送至Raid卡，由Raid卡完成Block层和SCSI层的相关处理；将Raid管理层策略通过PCIe命令区发送至Raid卡，由Raid卡完成诸如热备、数据重建等Raid管理层面的处理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种基于外设互联高速总线PCIe的扩展存储系统，其特征在于，所述系统包括：视频处理设备、Raid卡；所述视频处理设备与所述Raid卡通过PCIe总线连接；所述Raid卡由嵌入式片上系统SoC构建；所述Raid卡端挂接有多个物理硬盘；
所述视频处理设备和Raid卡之间的PCIe总线共享缓冲区面向双方的存储协议进行划分，构成双方虚实节点之间通信的虚实协议交互区；
所述Raid卡，用于探测本端挂接的物理硬盘，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，并向所述视频处理设备发送注册请求；
所述视频处理设备，用于接收所述注册请求，根据所述注册请求注册对应的虚拟硬盘节点、并在所述虚实协议交互区中申请虚实协议通道；
所述视频处理设备，还用于根据业务层的Raid构建命令通过所述虚拟硬盘节点、所述虚实协议通道、所述物理硬盘节点将硬盘结构化信息发送至所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于通过所述物理硬盘节点接收所述硬盘结构化信息，并将所述硬盘结构化信息写入各物理硬盘；
所述视频处理设备，还用于根据业务层的Raid构建命令创建虚拟Raid节点、发送Raid组建请求至所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于接收所述Raid组建请求，根据所述Raid组建请求创建实体Raid节点；
所述视频处理设备，还用于将业务数据通过所述虚拟Raid节点、所述虚实协议通道发送至所述Raid卡的实体Raid节点；
所述Raid卡，还用于通过所述实体Raid节点接收所述业务数据，对所述业务数据进行数据拆分和Raid运算后写入物理硬盘。
2.根据权利要求1所述的扩展存储系统，其特征在于，所述虚实协议交互区包括：PCIe命令区、SCSI I/O参数区、SCSI I/O数据区、Block I/O参数区、Block I/O数据区；其中，
所述视频处理设备的虚拟硬盘节点和所述Raid卡的物理硬盘节点之间的数据通信通过在所述SCSI I/O参数区、所述SCSI I/O数据区申请的通道完成；
所述视频处理设备的虚拟Raid节点和所述Raid卡的实体Raid节点之间的数据通信通过在所述Block I/O参数区、所述Block I/O数据区申请的通道完成；
所述视频处理设备和所述Raid卡之间的命令交互通过所述PCIe命令区完成。
3.根据权利要求2所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述视频处理设备，还用于当自身的操作系统启动时，通过PCIe总线扫描到Raid卡，确定Raid卡启动的地址和地址映射，将所述Raid卡启动所需的嵌入式Linux最小系统加载到所述Raid卡的启动地址，并复位所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于复位完成后运行所述嵌入式Linux最小系统；
所述视频处理设备，还用于注册中断和构建伺服进程；
所述Raid卡，还用于注册中断和构建伺服进程。
4.根据权利要求3所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述Raid卡，具体用于在注册中断和构建伺服进程之后，初始化自身的SATA控制器，在探测到本端挂接的物理硬盘后，根据本端存储协议注册物理硬盘节点，通过所述PCIe命令区向所述视频处理设备发送注册请求，并中断通知所述视频处理设备；
所述视频处理设备，具体用于通过中断伺服进程接收所述Raid卡发送的注册请求，根据所述注册请求注册对应的虚拟硬盘节点。
5.根据权利要求3所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述视频处理设备，还用于在注册对应的虚拟硬盘节点之后，在所述SCSI I/O数据区、SCSI I/O参数区申请SCSI I/O数据通道和SCSI I/O参数通道；
所述视频处理设备，具体用于通过所述虚拟硬盘节点、所述SCSI I/O数据通道和SCSII/O参数通道、所述物理硬盘节点将硬盘结构化信息发送至所述Raid卡，并中断通知所述Raid卡；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述硬盘结构化信息，并将所述硬盘结构化信息写入各物理硬盘。
6.根据权利要求5所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述视频处理设备，具体用于将Raid组建请求通过所述PCIe命令区发送至所述Raid卡，并中断通知所述Raid卡；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述Raid组建请求，根据所述Raid组建请求创建实体Raid节点。
7.根据权利要求3所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述视频处理设备，还用于在创建虚拟Raid节点之后，在所述Block I/O数据区、BlockI/O参数区申请Block I/O参数通道和Block I/O数据通道；
所述视频处理设备，具体用于接收业务层数据存储请求，将待存储的业务数据写入所述Block I/O参数通道和Block I/O数据通道，并中断通知所述Raid卡；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述Block I/O参数通道和Block I/O数据通道的业务数据，进行数据拆分和Raid运算，将运算后的并发数据写入物理硬盘上。
8.根据权利要求7所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述Raid卡，还用于接收各物理硬盘发送的SCSI I/O命令结果，并将所述SCSI I/O命令结果发送给所述视频处理设备的虚拟Raid节点。
9.根据权利要求3所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述Raid卡，还用于当检测到物理硬盘异常时，发送异常状态信息至所述视频处理设备；
所述视频处理设备，还用于接收所述异常状态信息，确定对应的异常处理策略，并将所述异常处理策略发送至所述Raid卡；
所述Raid卡，还用于接收所述异常处理策略，并根据所述异常处理策略，完成异常处理。
10.根据权利要求9所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述Raid卡，具体用于当检测到物理硬盘异常时，通过所述SCSI I/O数据通道、SCSII/O参数通道发送异常状态信息至所述视频处理设备。
11.根据权利要求10所述的扩展存储系统，其特征在于，所述异常处理策略包括：物理硬盘层面异常处理策略、Block层异常处理策略、以及Raid管理层异常处理策略；
所述视频处理设备，具体用于将所述物理硬盘层面异常处理策略通过所述SCSI I/O数据通道、SCSI I/O参数通道发送至所述Raid卡，将所述Block层异常处理策略通过所述Block I/O数据通道、Block I/O参数通道发送至所述Raid卡，将所述Raid管理层异常处理策略通过所述PCIe命令区发送至所述Raid卡。
12.根据权利要求11所述的扩展存储系统，其特征在于，
所述视频处理设备，具体用于通过中断伺服进程接收所述异常状态信息；
所述Raid卡，具体用于通过中断伺服进程接收所述异常处理策略。
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