CN110245099B - 一种基于fpga的数据存储与转储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于FPGA的数据存储与转储系统，包括CPU主控板、FPGA存储板卡、FPGA转储板卡。CPU主控板对FPGA存储板卡进行控制和监测，FPGA存储卡包括存储控制模块和存储模块，存储模块结构为可插拔，可从FPGA存储控制模块上拔下。FPGA的数据转储板卡包括转储控制模块和数据输入输出接口。本发明数据存储部分是为数据存放提供介质，数据转储部分是为了降低数据存储设备压力将存储模块中的数据转储到其他存储设备中，同时转储设备也为数据利用者提供极大便利，无需依赖整套数据存储设备，仅拿到存储模块安装在数据转储板卡上就可以读取存储模块中的数据再进行利用，或者转存到其他存储设备。

Description

一种基于FPGA的数据存储与转储系统
技术领域
本发明属于数据存储技术领域，涉及数据存储和数据转储技术领域，特别涉及到一种基于FPGA的数据存储与转储系统。
背景技术
随着科技的发展，大数据时代的到来，海量数据随处可见，大量数据的出现，需要对这些数据进行及时地存储与处理，因此对数据的存储、转储就有着广泛的需求，但现有的技术无法满足现实的需求。
发明内容
本发明提供了一种基于FPGA的数据存储与转储系统,该系统总体分为两个独立的部分数据存储部分和数据转储部分。数据存储部分是为数据存放提供介质；数据转储部分是为了降低数据存储设备压力将存储模块中的数据转储到其他存储设备中，同时转储设备也为数据利用者提供极大便利，数据利用者无需依赖整套数据存储设备，仅需拿到存储模块安装在数据转储板卡上就可以读取存储模块中的数据再进行利用，或者转存到其他存储设备。
本发明主要实现数据的存储，再把存储的数据转储到其他存储设备，该系统中存储与转储是两个独立的板卡。本发明包含CPU主控板、基于FPGA的数据存储板卡、基于FPGA的数据转储板卡。采用的具体技术方案如下：
一种基于FPGA的数据存储与转储系统，包括：CPU主控板、基于FPGA的数据存储板卡、基于FPGA的数据转储板卡；
所述CPU主控板实现外接显示以及对所述基于FPGA的数据存储板卡的控制并提供上位机软件的安装使用环境，通过上位机软件对所述基于FPGA的数据存储板卡进行控制和监测；
所述基于FPGA的数据存储板卡包括FPGA存储控制模块和存储模块，外部数据输入FPGA存储控制模块进行处理后存入存储模块，存储模块结构设计为可插拔，可从FPGA存储控制模块上拔下，FPGA存储控制模块和存储模块通过可插拔连接器进行连接；
所述基于FPGA的数据转储板卡包括FPGA转储控制模块、数据输入接口、数据输出接口；所述基于FPGA的数据存储板卡上拔下的存储模块接入FPGA数据转储板卡上的输入接口，FPGA转储控制模块读取存储模块中的数据并加以处理从转储板卡的输出接口输出。
进一步，所述存储模块由SATA SSD阵列组成。
进一步，外部数据通过所述基于FPGA的数据存储板卡的背板数据接口输入FPGA存储控制模块。
进一步，所述基于FPGA的数据存储板卡的背板数据接口包括PCIe和SRIO，PCIe接口用于和CPU主控板进行通信实现控制命令的交互，SRIO接口用于外部数据源传输到数据存储控制模块。
进一步，所述基于FPGA的数据转储板卡上的数据输入接口包括存储模块可插拔连接器，存储模块可插拔连接器用于存储模块接入转储控制模块，存储模块中数据以此通道输入转储控制模块；数据输出接口包括PCIe标准接口，PCIe标准接口用于连接到用户本地计算机平台并配合上位机软件的控制将数据转储到其他存储器。
进一步，所述的FPGA存储控制模块和FPGA转储控制模块均进行数据加密与解密，保证数据安全性，拔出的存储模块只有插入具有相同加密算法的转储控制模块才能访问和操作存储模块中的数据。
本发明解决的技术问题以及具有的有益效果如下：
一、数据存储系统中CPU主控板与基于FPGA的数据存储卡互连，并在CPU主控板中安装上位机软件实现对存储板卡的控制和存储状态监测。
二、存储板卡的FPGA存储控制模块与存储模块可剥离，存储系统投放到使用环境中目标数据通过FPGA存储控制模块的处理存入存储模块，数据存满或用户即时需要存储模块可从设备中拔出更换新的存储模块，原存储模块可带离现场配合转储设备进行数据读取或转存到其他设备。
三、转储设备可随时插入从存储设备上拔下的存储模块，通过FPGA转储控制卡读取并将数据转存到其他设备。转储设备采用标准半高半长PCIe卡外形结构，接口传输采用PCIe3.0协议并向下兼容PCIe2.0，其优势在于转储卡小巧便于携带和安装在用户平台上，PCIe接口大大提高数据转储的速率，该转储卡PCIe接口可扩展到PCIe3.0x8其转储速率可达到7.2GB/s。
四、FPGA存储控制卡和FPGA转储控制卡均可进行数据加密与解密，保证数据安全性，拔出的存储模块只有插入具有相同加密算法的转储控制卡才能访问和操作存储模块中的数据。
本发明整个系统板卡包含CPU主控板、基于FPGA的存储板卡、基于FPGA的转储控制板卡。基于FPGA的存储板卡设计为可插拔结构，存储模块可从板卡中拔下用于转储系统。转储板卡与存储模块的连接也是可插拔形式。该系统存储模块可在存储系统和转储系统中循环使用。该系统完整功能接收外部数据源存入存储模块中，将存储模块拔出接入转储控制板卡可将存储模块中的数据转存到用户其他存储设备中，存储模块完成转存操作后仍可用于数据存储板卡。
附图说明
图1为本发明一种基于FPGA的数据存储与转储系统的数据传输流程及系统结构原理图；
图2为CPU主控板原理框图；
图3为基于FPGA的数据存储板卡原理框图；
图4为基于FPGA的数据转储板卡原理框图。
具体实施方式
本发明是一种基于FPGA的数据存储与转储系统，包含CPU主控板、基于FPGA的数据存储板卡、基于FPGA的数据转储板卡。
其数据存储原理是外部数据源经高速背板输入FPGA数据存储板，FPGA数据存储板在CPU主控板和存储管理上位机软件的控制下接收数据并在FPGA存储控制程序下实现数据存储到SATA SSD阵列中。
其数据转储原理是数据存储工作结束后将SATA存储模块拔出，接入基于FPGA的数据转储板卡，在本地电脑的转储上位机软件的控制下将存储模块中的数据转存到其他存储设备,该SATA存储模块仍可插入FPGA存储板卡继续用于数据存储。
CPU主控板与存储管理上位机软件主要实现数据存储的控制功能：在CPU主板系统中运行上位机软件，该软件界面中包含以下控制指令：数据存储开启，数据存储关闭，显示数据存储速度与时间，读取存储数据等功能，通过点击对应功能按键将指令下发到存储板卡，存储板卡接收到指令后会实现相应的功能。
FPGA数据存储卡包含FPGA存储控制模块和存储模块，两个模块通过可插拔连接器进行连接。FPGA存储控制模块是以FPGA为平台开发FPGA存储控制程序，来完成对数据源的数据进行处理并存入SATA SDD阵列组成的存储模块中；存储模块是基于标准SATA SSD的存储阵列实现数据的保存；FPGA存储卡背板接口包含但不限于PCIe和SRIO：PCIe接口用于和CPU主控板进行通信实现控制命令的交互，SRIO接口用于外部数据源传输到数据存储控制模块。
FPGA数据转储卡是以FPGA为平台开发FPGA转储控制程序，来完成对存储卡中的数据转存到其他存储设备中的操作；其接口包含存储模块可插拔连接器和PCIe接口，可插拔连接器用于存储模块接入转储控制卡，存储模块中数据以此通道输入转储控制卡，PCIe接口用于接入用户本地计算机平台在转储上位机软件操作下实现数据从存储模块中转存到其他存储设备。
存储上位机软件和转储上位机软件是可根据需求进行开发的软件工具，安装于CPU主控板和用户本地计算机平台，其作用是将存储和转储过程中的命令做成操作系统界面上按钮形式只需根据操作说明点击对应按钮即可实现对应功能。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的数据存储与转储系统，其特征在于，包括：CPU主控板、基于FPGA的数据存储板卡、基于FPGA的数据转储板卡；
所述CPU主控板实现外接显示以及对所述基于FPGA的数据存储板卡的控制并提供上位机软件的安装使用环境，通过上位机软件对所述基于FPGA的数据存储板卡进行控制和监测；
所述基于FPGA的数据存储板卡包括FPGA存储控制模块和存储模块，外部数据输入FPGA存储控制模块进行处理后存入存储模块，存储模块结构设计为可插拔，可从FPGA存储控制模块上拔下，FPGA存储控制模块和存储模块通过可插拔连接器进行连接；
所述基于FPGA的数据转储板卡包括FPGA转储控制模块、数据输入接口、数据输出接口；所述基于FPGA的数据存储板卡上拔下的存储模块接入FPGA数据转储板卡上的输入接口，FPGA转储控制模块读取存储模块中的数据并加以处理从转储板卡的输出接口输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的数据存储与转储系统，其特征在于，包括：所述存储模块由SATA SSD阵列组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的数据存储与转储系统，其特征在于，包括：外部数据通过所述基于FPGA的数据存储板卡的背板数据接口输入FPGA存储控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的数据存储与转储系统，其特征在于，包括：所述基于FPGA的数据存储板卡的背板数据接口包括PCIe和SRIO，PCIe接口用于和CPU主控板进行通信实现控制命令的交互，SRIO接口用于外部数据源传输到数据存储控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的数据存储与转储系统，其特征在于，包括：所述基于FPGA的数据转储板卡上的数据输入接口包括存储模块可插拔连接器，存储模块可插拔连接器用于存储模块接入转储控制模块，存储模块中数据以此通道输入转储控制模块；数据输出接口包括PCIe标准接口，PCIe标准接口用于连接到用户本地计算机平台并配合上位机软件的控制将数据转储到其他存储器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于FPGA的数据存储与转储系统，其特征在于，包括：
所述的FPGA存储控制模块和FPGA转储控制模块均进行数据加密与解密，保证数据安全性，拔出的存储模块只有插入具有相同加密算法的转储控制模块才能访问和操作存储模块中的数据。
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