CN1179279C - 磁盘阵列控制装置和使用该装置的储存系统 - Google Patents

Abstract

一种磁盘阵列控制装置，适用于网络储存设备，包括一磁盘阵列控制器、一接口转换器及一网络接口单元。磁盘阵列控制器具有一平行接口以提供多组平行信号，及一共享总线接口以传收储存资料。接口转换器在磁盘阵列控制器传送资料至接口转换器时，接收并行接口的各组平行信号，将各组平行信号转变为相应的差动信号，并且在磁盘阵列控制器从接口转换器接收资料时，将各组差动信号转变为相应的并行接口的各组平行信号。网络接口单元具有一网络输出入端口连接网络，网络接口单元经由共享总线接口耦接磁盘阵列控制器，以接收来自共享总线接口的储存资料并经由网络输出入端口传送至网络，且经由网络输出入端口接收来自网络的远程资料并传送至共享总线接口。

Description

磁盘阵列控制装置和使用该装置的储存系统

技术领域

本发明是关于一种磁盘阵列(disk array)控制装置，特别是适用于网络储存装置的磁盘阵列控制装置。

背景技术

由于网络的快速成长以及随之而来的庞大数据流量，使用安全、可靠、有效率的网络储存装置已成为信息技术(Information Technology，IT)产业的趋势。这类的网络储存装置，例如网络附属储存装置(NetworkAttached Storage，NAS)、存储局域网(Storage Area Network，SAN)或是多磁盘驱动器数组(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)服务器，一般均使用具有磁盘容错(disk fault tolerance)功能的磁盘阵列(diskarray)设备。采用集成驱动电子装备(Integrated Drive Electronics，以下简称IDE)(或可参考为AT Attachment，以下简称ATA)接口的硬式磁盘驱动器(为方便起见，以下均简称IDE/ATA硬盘机)，由于其具有成本较低的优势，因此常被利用来形成磁盘阵列设备。然而根据IDE/ATA标准，IDE/ATA接口为一40条信号线并采用平行(parallel)传输的接口，其最长传送距离仅有18英时，这样在使用多个IDE/ATA硬盘机做为磁盘阵列设备时，无可避免的遭遇到联机距离过短、信号线太多而导致配线困难，甚至无法配线的问题。

有鉴于此，如何能保有IDE/ATA硬盘机的效能和成本优势，但又能减少接口信号的数目与增加传送距离，而没有传统磁盘阵列设备的配线限制，并且还能使储存磁盘阵列装置可直接连上网络进行远程储存管理，实为一重要课题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种磁盘阵列控制装置，将IDE/ATA接口信号转换成精简的差动(differential)信号接口，以减少接口信号的数目并增加传送距离。

本发明的另一目的是提供一种磁盘阵列控制装置，其可减少接口信号的数目并增加传送距离，并且提供连接网络的功能。

为达到上述目的，本发明提供了一种磁盘阵列控制装置，包括一磁盘阵列控制器、一接口转换器以及一网络接口单元。磁盘阵列控制器具有一并行接口以传收多组平行信号，以及一共享总线接口以传收储存资料。接口转换器将磁盘阵列控制器传送的各组平行信号转变为相对应的各组差动信号，并且将磁盘阵列装置传来的各组差动信号转变为相对应的各组平行信号以输出至上述并行接口。网络接口单元具有一网络输出入端口以外接网络，该网络接口单元耦接磁盘阵列控制器的共享总线接口，以接收来自共享总线接口的储存资料并经由网络输出入端口传送至网络，且经由网络输出入端口接收来自网络的远程资料并传送至共享总线接口。

本发明的优点是：由于本发明采用了将IDE/ATA接口信号转换成精简的差动(differential)信号接口，因此，可减少接口信号的数目并增加传送距离，并且提供连接网络的功能。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是根据本发明的网络储存装置方块图；

图2是本发明的接口转换器方块图；

图3是本发明所连接的磁盘阵列的接口转换器方块图；

图4是本发明的网络接口单元方块图。

图中符号说明：

10      网络储存装置          20      网络

100     磁盘阵列控制装置      110     磁盘阵列控制器

112     IDE/ATA接口           112a-d  IDE/ATA信号

114     共享总线接口          116     共享总线

120     接口转换器            122a-d  差动信号

130     网络接口单元          132     网络输出入端口

140     接口转换器            142a-d  IDE/ATA信号

150a-d  IDE/ATA硬盘机

160     微控制                162     控制信号

164     控制信号              166     控制信号

170     非挥发性内存

180     共享内存

202a-d  平行/串行信号互换器    204a-d  差动信号收发器

212a-d  数字串行信号

302a-d  平行/串行信号互换器    304a-d  差动信号收发器

312a-d  数字串行信号

402     媒体访问控制电路

404     实在电路               412     信号线

414     信号线

具体实施方式

图1是根据本发明的网络储存装置方块图，如图所示，网络储存装置10包括磁盘阵列控制装置100以及多个磁盘设备150a～150d所构成的磁盘阵列装置与相关的接口转换器140。磁盘设备150a～150d为IDE/ATA硬盘机，每一IDE/ATA硬盘机150a～150d各提供一组IDE/ATA接口信号142a～142d。磁盘阵列控制装置100包括磁盘阵列控制器110、接口转换器120以及网络接口单元130。除此之外，还有一微控制器(micro-controller)160通过控制信号162～166控制磁盘阵列控制器110、接口转换器120以及网络接口单元130。微控制器160经由一共享总线116读取存放在非挥发性内存170中的轫体程序和数据，以执行数据流量控制和储存管理的工作，而且微控制器160、磁盘阵列控制器110和网络接口单元130可以经由共享总线116交换数据或将数据暂存在共享内存180。任何本领域技术人员当明了微控制器160、非挥发性内存170或共享内存180亦可被整合在磁盘阵列控制器110中，再者，本实施例所提及由4个IDE/ATA硬盘机150a～150d所构成的磁盘阵列装置仅仅为了说明的目的，本发明可适用于任意数目的磁盘驱动器装置。

如图1所示，磁盘阵列控制器110具有一并行接口，即IDE/ATA接口112，以提供4组第一平行信号，即IDE/ATA信号112a～112d，以及一共享总线接口114以传收储存数据。磁盘阵列控制器110是一可以提高磁盘阵列装置输出入效能并提供数据备份与磁盘容错能力的RAID控制器，根据本发明的磁盘阵列控制器110提供4种不同RAID等级(RAID level)：RAID 0、RAID 1、RAID 5和RAID 0+1，以满足不同的需求。RAID 0为无容错的分割(stripping)磁盘阵列，将数据分割并分别储存在磁盘阵列中的不同磁盘，如此可以增加存取速度，但不提供容错能力。RAID 1即磁盘镜像备份(disk mirroring)，每一磁盘均以一与其成对的磁盘做一对一的数据备份。PAID 5为具分布式同位数据的独立数据磁盘(independent data disks with distributedparity blocks)，以4个磁盘为例，每一磁盘75％的容量为存放主要数据的空间，25％的容量为存放汉明(Hamming)错误更正编码(ErrorCorrection Code，ECC)同位数据的空间，当存放数据毁损时可通过同位数据予以更正。RAID 0+1为一RAID 1的磁盘镜像备份数组所构成，其中每组镜像备份数组的采RAID 0的分割储存方式。RAID 0和RAID1最少需要2个磁盘才能实现，RAID 5最少需要3个，RAID 0+1则必须最少4个磁盘才能实现。再者，磁盘阵列控制器110可以支持IDE/ATA标准(ATA-66和ATA-100)以每秒66兆字节和每秒100兆字节的DMA模式存取IDE/ATA硬盘机的数据。本实施例中，磁盘阵列控制器110可以同时存取4个IDE/ATA硬盘机150a～150d，如每个IDE/ATA硬盘机150a～150d均支持ATA-66的标准，则磁盘阵列控制器110每秒总处理能力(throughput)可达264兆字节。任何本领域技术人员当明了磁盘阵列控制器110亦可以只存取4个IDE/ATA硬盘机中的部份IDE/ATA硬盘机。

磁盘阵列控制装置100的接口转换器120在磁盘阵列控制器110传送数据至接口转换器120时，接收IDE/ATA接口112的4组IDE/ATA信号112a～112d，将IDE/ATA信号112a～112d转变为相对应的4组差动信号122a～122d，并且在磁盘阵列控制器110从接口转换器120接收数据时，将差动信号122a～122d转变为相对应的IDE/ATA接口112的4组IDE/ATA信号112a～112d。网络接口单元130具有一网络输出入端口132连接一网络20，网络接口单元130经由共享总线接口114耦接磁盘阵列控制器110，以接收来自共享总线116的数据并经由网络输出入端口132传送至网络20，且经由网络输出入端口132接收来自网络20的远程数据并传送至共享总线116。与磁盘阵列装置相关的接口转换器140在IDE/ATA硬盘机150a～150d传送数据至接口转换器140时，接收IDE/ATA硬盘机150a～150d的各组信号142a～142d，将各组信号142a～142d各自独立地转变为相对应的差动信号122a～122d，并且在接口转换器140从接口转换器120接收资料时，将差动信号122a～122d转变为相对应的各个IDE/ATA硬盘机150a～150d的各组IDE/ATA信号142a～142d。

接下来针对接口转换器120及接口转换器140做更详细的描述，参考图2，接口转换器120包括4个平行/串行信号互换器202a～202d以及4个差动信号收发器(transceiver)204a～204d。在磁盘阵列控制器110传送资料至接口转换器120时，4个平行/串行信号互换器202a～202d各自接收IDE/ATA接口112的各组IDE/ATA信号112a～112d，将4组IDE/ATA信号112a～112d独立地转变为相对应的4组高速的数字串行信号212a～212d，然后4个差动信号收发器204a～204d则将各组数字串行信号212a～212d转变为相对应的4组差动信号122a～122d。另一方面，在磁盘阵列控制器110从接口转换器120接收数据时，差动信号收发器204a～204d将各组差动信号122a～122d转变为相对应的4组数字串行信号212a～212d，然后平行/串行信号互换器202a～202d将4组数字串行信号212a～212d各自独立地转变为相对应的IDE/ATA接口112的4组IDE/ATA信号112a～112d。如图3所示，接口转换器140包括4个平行/串行信号互换器302a～302d以及4个差动信号收发器304a～304d。在IDE/ATA硬盘机150a～150d传送数据至接口转换器140时，4个平行/串行信号互换器302a～302d将接收的4组IDE/ATA信号142a～142d各自独立地转变为相对应的4组高速的数字串行信号312a～312d，然后4个差动信号收发器304a～304d则将各组数字串行信号312a～312d转变为相对应的4组差动信号122a～122d。另一方面，在接口转换器140从接口转换器120接收数据时，差动信号收发器304a～304d将各组差动信号122a～122d转变为相对应的4组数字串行信号312a～312d，然后平行/串行信号互换器302a～302d将4组数字串行信号312a～312d各自独立地转变为相对应的4组IDE/ATA信号142a～142d。

在本实施例中，差动信号收发器204a～204d与差动信号收发器304a～304d是一种低压差动信号(Low Voltage Differential Signal，LVDS)收发器，利用LVDS收发器所产生的差动信号具有低噪声、低功率、高传输速率和传送距离可达10公尺的优点，将原本每组40条IDE/ATA并行传输的信号转变为差动信号，如此每组差动信号即使包括电源与接地信号仍可以精简成10条信号的接口，而降低磁盘阵列配线的困难度。

图4是磁盘阵列控制装置100的网络接口单元130的方块图，其中媒体访问控制(Media Access Control，MAC)电路402在网络储存装置10传送数据至网络20时，透过共享总线116将来自共享总线接口114的数据转变为遵循以太网络(Ethernet)媒体访问控制层(MAC layer)标准的数据比特流，在网络储存装置10从网络20接收数据时，将数据位流转变为共享总线接口114的数据格式。实在(physical)电路404则经由信号线412耦接MAC电路402且经由信号线414耦接网络输出入端口132，实在电路404将来自MAC电路402的数据比特流与通过网络输出入端口132收发的远程数据的网络实在层(physical)信号做互换。通过网络接口单元130，网络储存装置10可直接连上网络进行远程储存管理。本实施例中，网络20并不局限于任何网络形态，有线或无线网络均为本发明所实施的范围。

虽然本发明已以一具体实施例公开如上，然其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰当为本发明所涵盖，因此本发明的保护范围以权利要求并结合说明书及附图所界定者为准。

Claims (11)

1.一种磁盘阵列控制装置包括：

一磁盘阵列控制器，具有一并行接口以传收多组平行信号以及一共享总线接口以传收一储存数据；

一接口转换器，将上述磁盘阵列控制器传送的上述多组平行信号转变为相对应的多组差动信号，并且将外部传来的多组差动信号转变为相对应的多组平行信号以输出至上述并行接口，且上述接口转换器具有多个平行/串行信号互换器，用来在上述磁盘阵列控制器传送数据至上述接口转换器时，接收上述并行接口的上述多组平行信号，将上述多组平行信号各自独立地转变为相对应的多组数字串行信号，并且在上述磁盘阵列控制器从上述接口转换器接收数据时，将上述多组数字串行信号各自独立地转变为相对应的上述并行接口的上述多组平行信号；以及

一网络接口单元，具有一网络输出入端口以外接一网络，上述网络接口单元耦接于上述磁盘阵列控制器的上述共享总线接口，以接收来自上述共享总线接口的储存数据并经由上述网络输出入端口传送至上述网络，且经由上述网络输出入端口接收来自上述网络的一远程数据并传送至上述共享总线接口，所述接口转换器还包括：多个差动信号收发器，用来在上述磁盘阵列控制器传送数据至上述接口转换器时，将上述多组数字串行信号转变为相对应的上述多组差动信号，并且在上述磁盘阵列控制器从上述接口转换器接收数据时，将上述多组差动信号转变为相对应的上述多组数字串行信号。

2.根据权利要求1所述磁盘阵列控制装置，其特征在于：上述差动信号收发器为低压差动信号收发器。

3.根据权利要求1所述磁盘阵列控制装置，其特征在于：上述磁盘阵列控制器为一RAID控制器，以提供至少两种等级以上的磁盘容错4功能。

4.根据权利要求1所述磁盘阵列控制装置，其特征在于：上述第一并行接口符合IDE/ATA标准。

5.根据权利要求1所述磁盘阵列控制装置，其特征在于：上述网络接口单元包括：

一媒体访问控制电路，用来在上述磁盘阵列控制装置传送数据至上述网络时，将来自上述共享总线接口的上述储存数据转变为遵循以太网络媒体访问控制层标准的一数据比特流，在上述磁盘阵列控制装置从上述网络接收数据时，将上述数据位流转变为上述共享总线接口的一数据格式；以及

一实在电路，用来将来自上述媒体访问控制电路的上述数据比特流与来自上述远程数据的网络实在层信号做互换。

6.一种网络储存装置包括：

多个磁盘设备，每一磁盘设备提供一组磁盘接口信号；

一磁盘阵列控制器，具有一并行接口以传收多组第一平行信号以及一共享总线接口以传收一储存数据；

一第一接口转换器，将上述磁盘阵列控制器传送的上述多组第一平行信号转变为相对应的多组差动信号输出，并且将上述接口转换器接收的多组差动信号转变为相对应的多组平行信号以输出至上述并行接口，且上述第一接口转换器具有多个第一平行/串行信号互换器，用来在上述磁盘阵列控制器传送数据至上述第一接口转换器时，接收上述并行接口的上述多组平行信号，将上述多组平行信号各自独立地转变为相对应的多组第一数字串行信号，并且在上述磁盘阵列控制器从上述第一接口转换器接收数据时，将上述多组第一数字串行信号各自独立地转变为相对应的上述并行接口的上述多组平行信号，所述第一接口转换器还包括：多个第一差动信号收发器，用来在上述磁盘阵列控制器传送数据至上述第一接口转换器时，将上述多组第一数字串行信号转变为相对应的上述多组差动信号，并且在上述磁盘阵列控制器从上述第一接口转换器接收数据时，将上述多组差动信号转变为相对应的上述多组第一数字串行信号；

一第二接口转换器，将上述各个磁盘设备的磁盘接口信号各自独立地转变为相对应的上述第一接口转换器接收的多组差动信号，并且将上述第一接口转换器输出的多组差动信号转变为相对应的多组磁盘接口信号以输出至上述各个磁盘设备，且上述第二接口转换器具有多个第二平行/串行信号互换器，用来在上述磁盘阵列控制器传送数据至上述第二接口转换器时，接收上述各个磁盘设备的磁盘接口信号，将上述磁盘设备的磁盘接口信号各自独立地转变为相对应的多组第二数字串行信号，并且在上述第二接口转换器从上述第一接口转换器接收数据时，将上述多组第二数字串行信号各自独立地转变为相对应的上述各个磁盘设备的磁盘接口信号，所述第二接口转换器还包括：多个第二差动信号收发器，用来在上述多个磁盘设备传送数据至上述第二接口转换器时，将上述多组第二数字串行信号转变为相对应的上述多组差动信号，并且在上述第二接口转换器从上述第一接口转换器接收数据时，将上述多组差动信号转变为相对应的上述多组第二数字串行信号；以及

一网络接口单元，具有一网络输出入端口以外接一网络，上述网络接口单元耦接于上述磁盘阵列控制器的上述共享总线接口，以接收来自上述共享总线接口的上述储存数据并经由上述网络输出入端口传送至上述网络，且经由上述网络输出入端口接收来自上述网络的一远程数据并传送至上述共享总线接口。

7.根据权利要求6所述网络储存装置，其特征在于：上述多个第一和上述多个第二差动信号收发器为低压差动信号收发器。

8.根据权利要求6所述网络储存装置，其特征在于：上述磁盘阵列控制器系一RAID控制器，以提供至少两种等级以上的磁盘容错功能。

9.根据权利要求6所述网络储存装置，其特征在于：上述并行接口符合IDE/ATA标准。

10.根据权利要求7所述网络储存装置，其特征在于：上述磁盘接口信号符合IDE/ATA标准。

11.根据权利要求6所述网络储存装置，其特征在于：上述网络接口单元包括：

一媒体访问控制电路，用来在上述网络储存装置传送数据至上述网络时，将来自上述共享总线接口的上述储存数据转变为遵循以太网络媒体访问控制层标准的一数据比特流，在上述网络储存装置从上述网络接收数据时，将上述数据位流转变为上述共享总线接口的一数据格式；以及

一实在电路，用来将来自上述媒体访问控制电路的上述数据比特流与来自上述远程数据的网络实在层信号做互换。