CN111913903A - 一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统及方法，涉及服务器存储领域，该系统包括主机处理器系统和热插拔控制器，主机处理器系统用于当NVMe磁盘插入时对NVMe磁盘进行初始化，且主机处理器系统与NVMe磁盘间建立PCIE通道连接；热插拔控制器为可编程逻辑器件，其与主机处理器系统通过SMBUS总线连接，与NVMe磁盘建立有在位信号和复位信号连接，所述热插拔控制器包括模拟IIC通道扩展单元和热插拔控制单元；模拟IIC通道扩展单元用于对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，并将监测到的在位信号变化发送给主机处理器系统。本发明在硬件层面解决NVMe磁盘热插拔过程中可能存在的无法识别问题。

Description

一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及服务器存储领域，具体涉及一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统及方法。

背景技术

NVMe磁盘(Non-Volatile Memory express，基于非易失性内存主机控制器接口规范的固态硬盘)作为一种新兴存储介质，其基于PCIE(peripheral componentinterconnect express，高速串行计算机扩展总线)通道传输。近年来随着数据中心，高性能计算的发展，磁盘读写性能已经成为整个系统的瓶颈，由于NVMe磁盘的存储性能要远高于传统SAS/SATA磁盘(Serial Advanced Technology Attachment/Serial AttachedSCSI，串口硬盘/服务器硬盘)，同时NVMe磁盘还具有低延时、高数据传输带宽、高IOPS(Input/Output Operations Per Second每秒读写操作次数)等特性，受到高端存储应用的青睐，逐步进入规模应用。

虽然NVMe磁盘性能上极具优势，但NVMe磁盘相对于之前的SAS/SATA磁盘，热插拔机制并不是很完善，因为SAS/SATA的链路控制机制完全在带内通道实现，其协议本身已经包含了热插拔处理，因此电路设计上不需要做特殊处理，但是NVMe磁盘则不同，其基于PCIE物理通道，含有时钟和复位信号，需要满足一定时序要求，如果按照传统的设计不进行插拔事件预警、时钟电源的有效控，和复位信号的处理，会给NVMe磁盘带来一系列问题，如：

(1)在硬盘热拔出时，事件消息没有第一时间传递给主机处理器端，主机侧无法及时感知，会导致系统宕机情况的发生。当前已有的解决方案是在拔出之前先触发一个按键通知主机，主机侧完成任务处理后，再手动拔出磁盘，但此种处理方式无法应对意外拔出的情况。

(2)在硬盘热插入时，可能导致无法正常识别。由于一般的设计是将主机侧的PCIE复位信号直接发送到磁盘，其复位动作只在开机上电过程中发生一次，那么在系统运行期间，复位电平为常高状态，即使磁盘有重新插入的操作，其复位信号不会重新发送，会导致磁盘热插入后无法正常识别。

(3)插拔过程会带来瞬间电流冲击，存在损伤硬件的风险。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统及方法，在硬件层面解决NVMe磁盘热插拔过程中可能存在的无法识别问题。

本发明第一方面提供一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，用于对NVMe磁盘的热插拔进行控制，包括：

主机处理器系统，其用于当NVMe磁盘插入时对NVMe磁盘进行初始化，且主机处理器系统与NVMe磁盘间建立PCIE通道连接；

热插拔控制器，所述热插拔控制器为可编程逻辑器件，其与主机处理器系统通过SMBUS总线连接，与NVMe磁盘建立有在位信号和复位信号连接，所述热插拔控制器包括模拟IIC通道扩展单元和热插拔控制单元；

其中，所述模拟IIC通道扩展单元用于对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，并将监测到的在位信号变化发送给主机处理器系统。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述热插拔控制单元上还连接有供电单元和时钟单元，所述供电单元和时钟单元均连接NVMe磁盘。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第二种可能的实现方式中，

所述热插拔控制单元通过PWRCTL信号控制供电单元；

所述热插拔控制单元通过CLKCTL信号控制时钟单元。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式上，所述模拟IIC通道扩展单元对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，具体过程包括：

当模拟IIC通道扩展单元监测到NVMe磁盘的在位信号的变化为由高到低跳变，则判定NVMe磁盘为插入状态；

当模拟IIC通道扩展单元监测到NVMe磁盘的在位信号的变化为由低到高跳变，则判定NVMe磁盘为拔出状态。

结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述模拟IIC通道扩展单元上连接有指示灯控制逻辑单元，所述指示灯控制逻辑单元连接LED指示灯，所述指示灯控制逻辑单元用于根据磁盘故障信号和在位信号，控制LED指示灯的显示，所述磁盘故障信号由主机处理器系统发送给热插拔控制器。

结合第一方面的第四种可能实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化时，获取NVMe磁盘的状态，若NVMe磁盘的状态为异常，则表明NVMe磁盘故障，则发送磁盘故障信号给热插拔控制器。

本发明第二方面提供一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法，基于上述所述控制系统，包括插入控制步骤和拔出控制步骤；

所述插入控制步骤包括：

模拟IIC通道扩展单元监测到在位信号的变化为由高到低跳变；

热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号；

主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作；

所述拔出控制步骤包括：

模拟IIC通道扩展单元监测到在位信号的变化为由低到高跳变；

热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，

所述热插拔控制单元上还连接有供电单元和时钟单元，所述供电单元用于向所述NVMe磁盘提供电源，所述时钟单元用于向所述NVMe磁盘提供时钟信号；

所述热插拔控制单元通过PWRCTL信号控制供电单元；

所述热插拔控制单元通过CLKCTL信号控制时钟单元。

结合第二方面的第一种可能实现方式，在第二种可能的实现方式中，

所述热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号，具体步骤包括：热插拔控制单元依次拉高PWRCTL信号控制供电单元输出、拉高CLKCTL信号控制时钟单元输出，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号；

所述热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源，具体步骤包括：热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、拉低CLKCTL信号控制时钟单元关闭输出、拉低PWRCTL信号控制供电单元关闭输出。

结合第二方面，在第三种可能的实现方式中，所述模拟IIC通道扩展单元上连接有指示灯控制逻辑单元，所述指示灯控制逻辑单元连接LED指示灯，所述主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作，具体步骤包括：主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作，同时获取NVMe磁盘的状态，若状态为正常，则完成初始化；若状态为异常，则主机处理器系统发送磁盘故障信号给热插拔控制器，指示灯控制逻辑单元控制LED指示灯亮。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、通过热插拔控制器实现对NVMe磁盘在位信号变化进行实时监测，从而能够及时获知NVMe磁盘的状态变化；

2、热插拔控制器对NVMe磁盘在位信号变化的检测，以判断NVMe磁盘是插入操作还是拔出操作，从而对NVMe磁盘的时钟、电源和复位信号进行相应控制，在硬件层面解决NVMe磁盘热插拔过程中可能存在的无法识别问题；

3、基于NVMe磁盘状态的变化，及时对NVMe磁盘的时钟、电源和复位信号进行相应控制，有效避免因NVMe磁盘状态变化而带来的系统宕机和硬件损坏问题。

附图说明

图1为本发明实施例中一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中插入控制步骤的流程图；

图3为本发明实施例中拔出控制步骤的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，用于对NVMe磁盘的热插拔进行控制，在硬件层面解决NVMe磁盘热插拔过程中可能存在的无法识别问题，以及系统宕机和硬件损坏问题。本发明实施例还相应地提供了一种支持NVMe磁盘热插拔的控制方法。

参见图1所示，本发明实施例提供一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统的一实施例包括主机处理器系统和热插拔控制器。

主机处理器系统用于当NVMe磁盘插入时对NVMe磁盘进行初始化，且主机处理器系统与NVMe磁盘间建立PCIE通道连接。热插拔控制器与主机处理器系统通过SMBUS总线(系统管理总线)连接，与NVMe磁盘建立有在位信号和复位信号连接，具体的，热插拔控制器与主机处理器系统的PCIE端口寄存器相连，热插拔控制器包括模拟IIC(Inter-IntegratedCircuit，集成电路总线)通道扩展单元和热插拔控制单元。热插拔控制器由可编程逻辑器件实现，例如CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、单片机等。

模拟IIC通道扩展单元用于对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，并将监测到的在位信号变化发送给主机处理器系统。模拟IIC通道扩展单元通常由8个数据位组成一个通道，本发明实施例中只用到其中3个数据位，其中，第0数据位表示的数据流向为输出，该数据位的定义为磁盘故障，第1数据位表示的数据流向为输出，该数据位的定义为磁盘定位，第4数据位表示的数据流向为输入，该数据位的定义为在位检测。

NVMe磁盘连接器的在位信号针脚相对于其他针脚要短，拔出过程中在PCIE链路完全断开前系统有数毫秒的时间做出响应，热插拔控制器在检测到在位信号断开时，判断事件发生并第一时间将插拔消息通知主机侧，使主机处理器端的PCIE控制器及时做出正常响应，并控由热插拔控制器切断对NVMe磁盘的供电，保护硬件不受电流冲击。

可选地，在上述图1对应的实施例的基础上，本发明实施例提供的一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统的第一个可选实施例中，热插拔控制单元上还连接有供电单元和时钟单元，供电单元和时钟单元均连接NVMe磁盘。热插拔控制单元通过PWRCTL信号控制供电单元；热插拔控制单元通过CLKCTL信号控制时钟单元。PWRCTL表示电源控制，CLKCTL表示时钟信号控制。

模拟IIC通道扩展单元对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，具体过程包括：

当模拟IIC通道扩展单元监测到NVMe磁盘的在位信号的变化为由高到低跳变，则判定NVMe磁盘为插入状态，此时，热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号。

当模拟IIC通道扩展单元监测到NVMe磁盘的在位信号的变化为由低到高跳变，则判定NVMe磁盘为拔出状态，此时，热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源。

可选地，在上述一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统的第一个可选实施例的基础上，本发明实施例提供的一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统的第二个可选实施例中，模拟IIC通道扩展单元上连接有指示灯控制逻辑单元，指示灯控制逻辑单元连接LED指示灯，指示灯控制逻辑单元用于根据磁盘故障信号和在位信号，控制LED指示灯的显示，磁盘故障信号由主机处理器系统发送给热插拔控制器。

主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化时，获取NVMe磁盘的状态，若NVMe磁盘的状态为异常，则表明NVMe磁盘故障，则发送磁盘故障信号给热插拔控制器。NVMe磁盘的状态为正常时，LED指示灯熄灭；NVMe磁盘的状态为异常时，LED指示灯常亮；NVMe磁盘的定位信号有效时，LED指示灯以4Hz频率闪烁。

本发明实施例的用于支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，通过热插拔控制器实现对NVMe磁盘在位信号的变化进行监测，以判断NVMe磁盘是插入操作还是拔出操作，从而对NVMe磁盘的时钟、电源和复位信号进行相应控制，在硬件层面解决NVMe磁盘热插拔过程中可能存在的无法识别问题，同时有效避免可能存在的系统宕机和硬件损坏问题。

本发明还提供一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法的实施例，基于上述实施例所述的控制系统，包括插入控制步骤和拔出控制步骤；

所述插入控制步骤包括：

S11：模拟IIC通道扩展单元监测到在位信号的变化为由高到低跳变；

S12：热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号；

S13：主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作；

所述拔出控制步骤包括：

S21：模拟IIC通道扩展单元监测到在位信号的变化为由低到高跳变；

S22：热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源。

可选地，在上述一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法对应的实施例的基础上，本发明实施例提供的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法的第一个可选实施例中，热插拔控制单元上还连接有供电单元和时钟单元，供电单元用于向所述NVMe磁盘提供电源，时钟单元用于向所述NVMe磁盘提供时钟信号；热插拔控制单元通过PWRCTL信号控制供电单元；热插拔控制单元通过CLKCTL信号控制时钟单元。

热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号，具体步骤包括：热插拔控制单元依次拉高PWRCTL信号控制供电单元输出、拉高CLKCTL信号控制时钟单元输出，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号；

热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源，具体步骤包括：热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、拉低CLKCTL信号控制时钟单元关闭输出、拉低PWRCTL信号控制供电单元关闭输出。

可选地，在上述一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法对应的第一个可选实施例的基础上，本发明实施例提供的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法的第二个可选实施例中，模拟IIC通道扩展单元上连接有指示灯控制逻辑单元，所述指示灯控制逻辑单元连接LED指示灯，所述主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作，具体步骤包括：主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作，同时获取NVMe磁盘的状态，若状态为正常，则完成初始化；若状态为异常，则主机处理器系统发送磁盘故障信号给热插拔控制器，指示灯控制逻辑单元控制LED指示灯亮。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，用于对NVMe磁盘的热插拔进行控制，其特征在于，包括：

主机处理器系统，其用于当NVMe磁盘插入时对NVMe磁盘进行初始化，且主机处理器系统与NVMe磁盘间建立PCIE通道连接；

热插拔控制器，所述热插拔控制器为可编程逻辑器件，其与主机处理器系统通过SMBUS总线连接，与NVMe磁盘建立有在位信号和复位信号连接，所述热插拔控制器包括模拟IIC通道扩展单元和热插拔控制单元；

其中，所述模拟IIC通道扩展单元用于对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，并将监测到的在位信号变化发送给主机处理器系统。

2.如权利要求1所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，其特征在于：所述热插拔控制单元上还连接有供电单元和时钟单元，所述供电单元和时钟单元均连接NVMe磁盘。

3.如权利要求2所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，其特征在于：

所述热插拔控制单元通过PWRCTL信号控制供电单元；

所述热插拔控制单元通过CLKCTL信号控制时钟单元。

4.如权利要求1所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，其特征在于，所述模拟IIC通道扩展单元对NVMe磁盘的在位信号变化进行监测，具体过程包括：

当模拟IIC通道扩展单元监测到NVMe磁盘的在位信号的变化为由高到低跳变，则判定NVMe磁盘为插入状态；

当模拟IIC通道扩展单元监测到NVMe磁盘的在位信号的变化为由低到高跳变，则判定NVMe磁盘为拔出状态。

5.如权利要求1所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，其特征在于：所述模拟IIC通道扩展单元上连接有指示灯控制逻辑单元，所述指示灯控制逻辑单元连接LED指示灯，所述指示灯控制逻辑单元用于根据磁盘故障信号和在位信号，控制LED指示灯的显示，所述磁盘故障信号由主机处理器系统发送给热插拔控制器。

6.如权利要求5所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制系统，其特征在于：所述主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化时，获取NVMe磁盘的状态，若NVMe磁盘的状态为异常，则表明NVMe磁盘故障，则发送磁盘故障信号给热插拔控制器。

7.一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法，基于权利要求1所述控制系统，其特征在于，包括插入控制步骤和拔出控制步骤；

所述插入控制步骤包括：

模拟IIC通道扩展单元监测到在位信号的变化为由高到低跳变；

热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号；

主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作；

所述拔出控制步骤包括：

模拟IIC通道扩展单元监测到在位信号的变化为由低到高跳变；

热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源。

8.如权利要求7所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法，其特征在于：

所述热插拔控制单元上还连接有供电单元和时钟单元，所述供电单元用于向所述NVMe磁盘提供电源，所述时钟单元用于向所述NVMe磁盘提供时钟信号；

所述热插拔控制单元通过PWRCTL信号控制供电单元；

所述热插拔控制单元通过CLKCTL信号控制时钟单元。

9.如权利要求8所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法，其特征在于：

所述热插拔控制单元依次控制NVMe磁盘的时钟、电源开启，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号，具体步骤包括：热插拔控制单元依次拉高PWRCTL信号控制供电单元输出、拉高CLKCTL信号控制时钟单元输出，然后在设定间隔时间后，拉高NVMe磁盘的复位信号；

所述热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、关闭时钟、关闭电源，具体步骤包括：热插拔控制单元依次拉低NVMe磁盘的复位信号、拉低CLKCTL信号控制时钟单元关闭输出、拉低PWRCTL信号控制供电单元关闭输出。

10.如权利要求7所述的一种用于支持NVMe磁盘热插拔的控制方法，其特征在于：所述模拟IIC通道扩展单元上连接有指示灯控制逻辑单元，所述指示灯控制逻辑单元连接LED指示灯，所述主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作，具体步骤包括：主机处理器系统对NVMe磁盘进行初始化操作，同时获取NVMe磁盘的状态，若状态为正常，则完成初始化；若状态为异常，则主机处理器系统发送磁盘故障信号给热插拔控制器，指示灯控制逻辑单元控制LED指示灯亮。

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