CN115831174A - 一种m.3固态硬盘接口的转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种M.3固态硬盘接口的转换装置，包括第一接口，第二接口，PCB板，数据缓冲单元，数据重组单元，协议转换单元，接口选择单元，控制单元，时钟单元以及固定外壳。通过本申请的转换装置，使得Ml.3接口的主系统可以与多种不同的固态硬盘接口兼容，避免使用多个转接板，降低了系统的复杂度。同时采用数据重组单元和数据缓冲单元对传输的数据进行处理，并对接口数据传输的先后顺序进行了优化，提升数据传输带宽利用率和系统的稳定性，并降低了制作成本和测试周期。选择M.3接口作为第一接口，具有抗震动性能强、连接稳定可靠的优点，对于外部环境敏感度低，可以广泛用于环境恶劣的军工等应用场合。

Description

一种M.3固态硬盘接口的转换装置

技术领域

本申请属于固态硬盘技术领域，具体地，涉及一种固态硬盘接口转换领域。

背景技术

随着云计算、互联网技术的快速发展，日常工作生活中时时刻刻都会产生海量数据需要存储，数据存储技术得到相应的发展以满足爆炸式增长数据的现实存储需求，SSD(Solid State Drives，固态硬盘)为用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元和固态存储单元组成，具有性能稳定，读写速度快，能耗低，体积小的特点。SSD中数据的交换和存储是通过硬件接口进行传输，市面上常见的硬盘接口类型包括SATA，mSTAT，M.2，PCIE，U.2等。但在一些特殊应用领域，例如军工行业，设备需要面对高强度的震动和冲击，普通的硬盘接口容易出现容易松动甚至脱落，并不能满足当前要求。

为了满足抗震抗冲击的要求，业内提出了一种M.3接口的加固型固态硬盘。但M.3接口固态硬盘尚未普及使用，目前行业均是采用特殊定制的方式，使用M.3固态硬盘完成硬盘前期的读写功能测试，其制作周期较长，影响项目前期的调试与检测，且成本较高。这通常需要使用转接板将M.3固态硬盘的接口进行转换。虽然目前市场上有很多类型的转接板工具，尚不存在M.3固态硬盘接口的转换板工具，进一步，使用转接板时，通常是一个物理接口对应一个转接板。当连接较多类型接口的硬盘时，需要多个对应的转接板连接，设计复杂且成本较高，数据传输不稳定。

发明内容

基于以上现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种固态硬盘接口的转换装置，实现了多种通用型接口的固态硬盘与M.3接口的主系统的方便接入。通过本发明，M.3接口的主系统可以使用市面上常用且价格低廉的固态硬盘，替代M.3接口的固态硬盘进行存储设备的读写测试，并克服通用型接口的固态硬盘接口不抗震动，连接不牢固的缺陷。

本发明提出一种M.3接口的转换装置，能够将M.3接口转接为通用的固态硬盘接口，扩展了M.3接口的系统的兼容性。采用的具体方案如下：

一种M.3固态硬盘接口的转换装置，包括第一接口，第二接口，PCB板，数据缓冲单元，数据重组单元，协议转换单元，接口选择单元，控制单元，时钟单元以及固定外壳。

进一步，数据缓冲单元，数据重组单元，协议转换单元和接口选择单元依次布置在第一接口和第二接口之间。

进一步，第一接口包括与主系统的M.3母座对接的M.3公头接口，M.3公头接口采用中ASP-103614-04标准连接器；第二接口可以选用包括SATA，SAS，U.2，PCI-E以及M.2接口的至少一个。

进一步，数据缓冲单元至少包括第一缓冲子单元和第二缓冲子单元，第一缓冲子单元被配置为存储目标固态硬盘向主系统发送的数据；第二子单元被配置为存储主系统向目标固态硬盘发送的数据；两个缓冲子单元按照FIFO的方式发送或接收数据。数据缓冲单元还可以包括第三缓冲子单元，第三缓冲子单元用于扩展第一缓冲子单元或者第二缓冲子单元的容量。当第一缓冲子单元或第二缓冲子单元数据存满时，第三缓冲子单元被配置作为第一缓冲子单元或第二缓冲子单元的补充存储空间。

进一步，数据重组单元被配置为将所述第二接口发送并经所述协议转换单元转换后数据合并后，传输并存储到数据缓存单元；或者将主系统经数据缓存单元转发到第二接口的并行数据进行拆分后，经协议转换单元转换后传送到对应的第二接口。

进一步，控制单元被配置为根据主系统当前运行任务的优先顺序，对固态硬盘的数据读写优先级进行排序并建立优先序列表，并发送给接口选择单元；接口选择单元根据优先序列表，与相应的目标固态硬盘接口建立数据传输通道。

进一步，所述第二接口与所述协议转换单元共用一固定频率的时钟信号，控制单元实时监测数据缓冲单元储存空间的剩余容量，通过控制固态硬盘数据传输速率，对数据缓冲单元的存储空间进行动态调节，在保证数据正常发送或接收的前提下，使得数据传输效率最大化。具体的，当剩余容量大于第一阈值时，控制单元控制时钟单元向第二接口提供更高频率的时钟信号，提高数据缓冲单元写入的数据量，直至数据缓冲单元的剩余容量达到第二阈值；当剩余容量小于第三阈值时，控制单元控制时钟单元向第二接口提供更低频率的时钟信号，直至数据缓冲单元的剩余容量达到第四阈值，其中第一阈值，第二阈值，第三阈值，第四阈值的大小关系为：第一阈值<第四阈值<第二阈值<第三阈值。

进一步，固定外壳包括上盖和下盖以及侧壁，上盖和下盖围成一个中空的腔，腔体数量与第二接口的数量一一对应；腔体内设置有L型固定槽，固定槽靠近底盖的一端端部设置有一弧形倒角。固定外壳还包括底盖，底盖用于封闭固定外壳的底部开孔，开孔的尺寸略大于固态硬盘的尺寸；底盖朝向固态硬盘的一面固定有弹性部件，弹性部件用于从底部压紧固态硬盘；底盖背向固态硬盘的一面设置有凸起结构，且固定外壳内部在与凸起结构对应的接触位置处设置有共形的凹槽。固定外壳10采用绝缘导热材料制成，在固定外壳10的壳体上开设有散热孔阵列，提高固定外壳的散热能力，从而降低固态硬盘的工作温度。

本发明提供了一种M.3固态硬盘接口的转换装置，与现有技术相比，具有以下有益的效果：本申请具有M.3固态硬盘接口的抗震动性能强、连接稳定可靠的优点，同时可以使用市面上主流的固态硬盘，大大降低了制作成本以及测试周期。进一步，通过本申请的转换装置兼容多种不同类型的固态硬盘接口，避免了同时使用多个转接板，降低了系统的复杂度；采用数据重组单元和数据缓冲单元协同对传输的数据进行处理，并对接口数据传输的先后顺序进行了优化，提升数据传输带宽利用率和系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本申请的M.3固态硬盘接口的转换装置方框示意图

图2A为本申请的M.3接口公头结构图

图2B为本申请的M.3接口母座结构图

图3为本申请实施例提供的固定外壳结构图

图4为本申请实施例提供的固定外壳沿侧面的剖视图

图5A-5C分别为本申请实施例的底盖的俯视图，正视图和侧视图

图中：1-第一接口，2-第二接口，3-控制单元，4-时钟单元，5-数据缓冲单元，6-数据重组单元，7-协议转换单元，8-接口选择单元，9-PCB板，10-固定外壳，11-固态硬盘，21-固定槽，22-底板，23-散热孔，24侧孔，25-开孔，26-倒角，221-弹性部件，222-凸起

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种固态硬盘的接口的转换装置，具体的包括：第一接口，第二接口，PCB板，数据缓冲单元，数据重组单元，协议转换单元，接口选择单元，控制单元，时钟单元以及固定外壳。通过接口选择单元和协议转换单元将非M.3接口的固态硬盘接入M.3接口的主系统中，接口选择单元还可以根据主系统当前运行任务的优先级决策接入的固态硬盘数据读取的先后顺序，并动态调整第二接口的参考时钟频率，同时，采用了数据重组单元对数据通道进行整合，将多条lane进行合并传输，以最大程度的利用数据带宽资源，提高了系统的工作效率。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种M.3固态硬盘接口的转换装置，包括：第一接口1，第二接口2，PCB板9，数据缓冲单元5，数据重组单元6，协议转换单元7，接口选择单元8，控制单元3，时钟单元4以及固定外壳10。

所述PCB板9为承载结构，用于走线和布置元器件，所述PCB板9可以根据实际电路设计需要，选用单层板、双层板或者更多层板；优选PCB板9至少包括TOP层，GND02层，GND03层，BOTTOM层；

所述第一接口1和所述第二接口2分别设置于所述PCB板9两端的边缘位置，所述第一接口包括与主系统的M.3母座对接的M.3公头接口；所述第二接口包括固态硬盘常用的SATA，SAS，U.2，PCI-E以及M.2接口的一种或多个。优选地，如图2A所示，选择SAMTEC VITA42(XMC)ASP-103614-04标准连接器作为M.3接口公头接口。图2B所述，对应的选择ASP-103612-02标准连接器作为主系统的母座接口。M.3接口中ASP-103614-04公头各个引脚定义如表1所示：

表1M.3固态硬盘接口定义

所述数据缓冲单元5设置在所述第一接口1与数据重组单元6之间用于暂时存储发送或接收的数据，所述数据缓冲单元5包括第一缓冲子单元和第二缓冲子单元，两个所述缓冲子单元按照先入先出FIFO的方式发送或接收数据。优选地，所述第一缓冲子单元被配置为存储目标固态硬盘向主系统发送的数据；所述第二子单元被配置为存储主系统向目标固态硬盘发送的数据；所述数据缓冲单元5通过所述第一接口1与主系统之间连接，通过PCIE协议与主系统建立数据通道，所述数据通道包括PCI-E x1，PCI-E x2，PCI-E x4，PCI-E x8以及PCI-E x16通道中的至少一个。数据缓冲单元还可以包括第三缓冲子单元，第三缓冲子单元用于扩展第一缓冲子单元或者第二缓冲子单元的容量。

所述数据重组单元6设置于数据缓冲单元5与协议转化单元7之间，用于将转换后的数据按照规则进行重或者拆分。所述规则具体为，将两组PCI-E X4或者四组PCI-E X2或者一组PCI-E X4和两组PCI-E X2通道传输的信号组合为一组信号并采用PCI-E X8通道进行传输，或者将一组PCI-E X8通道传输的信号拆分，通过两组PCI-E X4或四组PCI-E X2或者1组PCI-E X4和两组PCI-E X2进行传输，提高带宽资源的利用效率。例如，在M.2接口的固态硬盘接入传输数据时，通过PCI-E x4通路传输两个8bit的数据，至少需要两个时钟周期；数据重组单元6可将两个8bit的数据进行组合形成16bit的数据，通过PCI-E x8通路进行传输，仅需要一个时钟周期即可。进一步，所述数据传输单元6可以将待写入固态硬盘16bit的数据进行拆分，形成8bit的串行数据分别写入固态硬盘。通过数据重组单元6将传输的数据进行重组或拆分，并将其存储到数据缓冲单元5，有效提升数据交换效率。

所述协议转换单元7设置于数据重组单元6和接口选择单元8之间，包括协议检测模块和协议转换模块。所述协议检测模块用于识别接入的固态硬盘支持的通信协议类型，并将识别结果输出到协议转换模块，协议转换模块用于将相应的数据转化为PCIE协议，传送给数据重组单元6。

所述接口选择单元8响应于控制单元3，按照优先级顺序选择需要接入的目标固态硬盘的接口，建立数据传输通路，并将是否连接成功的结果反馈给控制单元3。

所述控制单元3与主系统建立通信，主系统在进行运行多个任务时，存在需要调用多个固态硬盘中的数据的情形。根据主系统当前运行任务的优先顺序，控制单元3对相应的数据交换请求进行排序，建立优先级序列表，并发送给接口选择单元8，接口选择单元8根据优先级序列表，选择需要连接的目标固态硬盘接口建立数据传输通道。进一步，控制单元3根据数据缓冲单元5的剩余容量，对可对时钟信号进行调节，保证数据缓冲单元5中的数据正常的接收和发送。所述控制单元3包括但不限于使用FPGA芯片或CPLD芯片或具有相同功能的集成电路实现。

所述时钟单元4用于为控制单元3、数据重组单元6、协议转换单元7以及第二接口提供多个参考时钟信号，所述第二接口与所述协议转换单元共用某一参考时钟信号。控制单元3对数据缓冲单元5的剩余容量进行实时监测，当数据缓冲单元5的剩余容量大于第一阈值时，控制单元3控制时钟单元4向第二接口提供更高频率的时钟信号，提高数据缓冲单元5写入的数据量，直至数据缓冲单元5的剩余容量达到第二阈值；当数据缓冲单元5的剩余容量小于第三阈值时，控制单元3控制时钟单元4向第二接口提供更低频率的时钟信号，直至数据缓冲单元5的剩余容量达到第四阈值。

其中，第一阈值，第二阈值，第三阈值，第四阈值的大小关系为：第一阈值<第四阈值<第二阈值<第三阈值，保证数据缓冲单元5的剩余空间在一适当的范围内，防止数据发生溢出。

固定外壳10，如图3-5所示，所述固定外壳2包括上盖和下盖以及侧壁，其中上盖和下盖采用一体成型工艺形成，所述侧壁的底部开设有便于固态硬盘插入的开孔25，所述侧壁的一侧开设有便于底盖22插入的侧孔24。所述上盖和所述下盖围成至少两个中空的腔体，所述腔体数量与第二接口的数量一一对应。所述腔体内设置有固定槽21，固定槽21靠近底盖的端部设置有一弧形倒角26，便于固态硬盘对准插入并被固定。所述底盖22从侧孔24处插入并封闭腔的底部开孔25。

如图5A-5C所示，所述底盖22朝向SSD的一面固定有弹性部件221，弹性部件221用于从底部22压紧固态硬盘，底盖22背向SSD的一面设置有凸起222，固定外壳2与凸起222对应位置处设置有共形的凹槽(未画出)，当使用底盖22将开孔25封闭后，凸起222嵌入凹槽中，防止底盖脱落。同时弹性部件221适当的挤压固态硬盘的底部，将固态硬盘与PCB板上的接口压紧，防止接口发生松动。所述凸起222的外形优选为半圆形，三角形，梯形或者波浪形中一种或几种。进一步，固定槽21为L型固定槽，相邻的定位槽21之间具有一固定间距，该间距等于相应固态硬盘的厚度，从而实现定位和固定。固定槽21一端部设置有略大于SSD宽度的弧形倒角26，便于SSD插入到容纳空间中。

为了便于固态硬盘散热，降低固态硬盘的工作温度，所述固定外壳10采用绝缘导热材料制成，优选为填充了片状氮化硼纳米片和氮化铝的硅橡胶。进一步，在固定外壳10的壳体上开设有散热孔阵列；所述散热孔选择为圆形，方形，三角形，五角星，六边形中的一种或几种。

本申请进一步对所述转接装置的性能做了进一步研究。如表2所示，实验中将本申请所述转换装置接入两块U.2接口和M.2接口的固态硬盘，并提前在固态硬盘中存入样本数据进行读写测试，并记录测试时间。对比例是将在上述两块硬盘采用U.2转PCIE和M.2转PCIE接口的转接板连接到PCIE switch上，再将PCIE switch与系统连接后进行读写测试，并记录测试时间。持续读写测试：先后分别以32MB、8MB、128KB，4KB大小为单位，持续写入生成1个达到1GB大小的文件，然后再以同样的单位读取，分别记录完成时间。结果如表2所示：

表2

从表2可以看出，与现有的转接板方案相比，本申请的转换装置对于4KB的读写性能速度更快。

通过本申请的转换装置采用数据重组单元和数据缓冲单元协同对传输的数据进行处理，最大限度利用了带宽，使得传输带宽利用率得到明显提升，同时对接口数据的传输顺序进行了优化，有利于提高系统执行效率。同时，本发明通过该转换装置，可以使得主设备不受接口限制，与目标固态硬盘传输数据，结构简单可靠，可以大大缩短测试周期。同时本发明的转换装置具有高抗震性能，避免接口松动脱落的风险，能够用于恶劣的外部环境。

本说明书中的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

还需要说明的是，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，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：第一接口，第二接口，PCB板，数据缓冲单元，数据重组单元，协议转换单元，接口选择单元，控制单元，时钟单元以及固定外壳，其中所述数据缓冲单元，数据重组单元，协议转换单元和接口选择单元依次布置在第一接口和第二接口之间。

2.根据权利要求1所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述第一接口包括M.3公头接口，用于与主系统的M.3母座对接，所述M.3公头接口采用中ASP-103614-04标准连接器；所述第二接口包括SATA，SAS，U.2，PCI-E和M.2接口中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述数据缓冲单元至少包括第一缓冲子单元和第二缓冲子单元，所述第一缓冲子单元被配置为存储目标固态硬盘向主系统发送的数据；所述第二缓冲子单元被配置为存储主系统向目标固态硬盘发送的数据；两个所述缓冲子单元按照FIFO的方式发送或接收数据。

4.根据权利要求3所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述数据重组单元被配置为将所述第二接口发送并经所述协议转换单元转换后数据合并后，传输并存储到所述数据缓冲单元，或者将所述数据缓存单元转发到所述第二接口的并行数据进行拆分后，经所述协议转换单元转换后传送到所述第二接口。

5.根据权利要求1所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述控制单元被配置为根据主系统当前运行任务的优先顺序，对相应固态硬盘的数据读写优先级进行排序并建立优先序列表；所述接口选择单元根据所述优先序列表，选择对应的所述第二接口并建立数据传输通路。

6.根据权利要求1所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述第二接口与所述协议转换单元共用一时钟信号，所述控制单元实时监测所述数据缓冲单元储存空间的剩余容量，当所述剩余容量大于第一阈值时，所述控制单元控制时钟单元向所述第二接口提供更高频率的时钟信号，直至数据缓冲单元的剩余容量达到第二阈值；当所述剩余容量小于第三阈值时，控制单元控制时钟单元向所述第二接口提供更低频率的时钟信号，直至所述数据缓冲单元的剩余容量达到第四阈值。

7.根据权利要求6所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述第一阈值、第二阈值、第三阈值以及第四阈值的大小关系为：第一阈值<第四阈值<第二阈值<第三阈值。

8.根据权利要求1所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述固定外壳包括上盖和下盖以及侧壁，所述上盖和下盖围成一个中空的腔体，所述腔体数量与所述第二接口的数量一一对应；所述腔体内设置有L型固定槽，所述固定槽的一端端部设置有一弧形倒角。

9.根据权利要求8所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述固定外壳还包括底盖，所述底盖用于封闭所述固定外壳的底部开孔，所述开孔的尺寸略大于固态硬盘的尺寸；所述底盖朝向固态硬盘的一面固定有弹性部件，弹性部件用于从底部压紧固态硬盘；所述底盖背向固态硬盘的一面设置有凸起结构，且所述固定外壳内部在与所述凸起结构对应的接触位置处设置有共形的凹槽。

10.根据权利要求1所述的一种M.3固态硬盘接口的转换装置，其特征在于：所述固定外壳采用绝缘导热材料制成，在固定外壳的壳体上开设有散热孔阵列。

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