CN1924786A

CN1924786A - 独立磁盘冗余阵列系统

Info

Publication number: CN1924786A
Application number: CN 200610141076
Authority: CN
Inventors: 张希氾; 陈永福
Original assignee: iCreate Technologies Corp
Current assignee: iCreate Technologies Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-03-07

Abstract

本发明提供一种独立磁盘冗余阵列系统，包含一非易失性存储器卡数组与一独立磁盘冗余阵列控制器。其中，非易失性存储器卡数组是由至少一张非易失性存储器卡所组成。本发明可根据使用者的需求来扩充容量，并且，具有不怕震动、无机械磨损、环境适应性佳等优点。

Description

独立磁盘冗余阵列系统

技术领域

本发明涉及一种独立磁盘冗余阵列(redundant array of independent disks，RAID)，尤其涉及一种以非易失性存储器卡(non-volatile memory card)为组合单元的独立磁盘冗余阵列系统。

背景技术

传统独立磁盘冗余阵列系统是透过独立磁盘冗余阵列控制器将多台磁盘驱动器结合成虚拟单台大容量的磁盘驱动器来使用，其特色是多台磁盘驱动器因同时读取而速度加快，以及提供容错(fault tolerance)与扩充的机制，并且，当作平时主要存取数据的储存系统，而非备份(backup)系统。一般而言，传统独立磁盘冗余阵列系统均使用马达驱动的机械式磁盘驱动器，而使用马达驱动的机械式硬式磁盘驱动器有机械组件易磨损、怕震动、怕高温与体积大等缺点，进而使得其应用场合受到很大的限制。

目前也有部份磁盘驱动器或独立磁盘冗余阵列系统直接使用非挥发性内存(例如闪存(flash))组件做为储存单元，但由于不同的闪存组件制造商所生产的组件之间，电气特性不尽相同或不兼容，使得以非挥发性内存组件做为储存单元的磁盘驱动器或独立磁盘冗余阵列系统，不但生产与设计过程复杂，硬件成本也不易降低。再者，对制造商而言，非挥发性内存组件的取得较不容易，而对使用者而言，该磁盘驱动器或该独立磁盘冗余阵列系统在出厂前非挥发性内存组件已焊好，根本无法在购买后扩充储存容量。

为了同时解决使用机械式与非挥发性内存组件的磁盘驱动器或独立磁盘冗余阵列系统所面临的上述问题，故提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种独立磁盘冗余阵列系统，是以非易失性存储器卡为组合单元。

为达成上述目的，本发明的独立磁盘冗余阵列系统，包含：一非易失性存储器卡数组与一独立磁盘冗余阵列控制器。非易失性存储器卡数组是由至少一张非易失性存储器卡所组成，而独立磁盘冗余阵列控制器，透过一独立磁盘冗余阵列接口连接至一主机系统，并与该非易失性存储器卡数组相连接。

其中，该些非易失性存储器卡与该碟机数组控制器之间的硬件连接型态为点对点连接型、共享总线连接型、或混合连接型的其中一种。每一非易失性存储器卡与该独立磁盘冗余阵列控制器之间的接口为精致快闪记忆卡(Compact Flash card，CF卡)接口、安全数字记忆卡(Secure Digital card，SD卡)接口、记忆条(memory stick)接口、照片记忆卡(picture card)接口、敏锐记忆卡(Smart Media card，SM卡)接口、微型硬盘(microdrive)接口、通用序列汇排流(Universal Serial Bus，USB)接口、或多媒体记忆卡(Multi Media card，MMC卡)接口的其中一种。

附图说明

图1A显示本发明独立磁盘冗余阵列系统的一实施例的架构方块图。

图1B显示本发明另一实施例的架构方块图。

图2显示各非易失性存储器卡的记忆空间映像到一个完整且连续的空间的一个例子。

图3显示各非易失性存储器卡的记忆空间映像到一个完整且连续的空间的另一个例子。

附图标记说明：100独立磁盘冗余阵列系统；110独立磁盘冗余阵列控制器；111只读存储器；112微控制器；113高速缓存；120非易失性存储器卡数组；121-12N非易失性存储器卡；130主机系统；140插槽数组；141-14N插槽。

具体实施方式

图1A显示本发明独立磁盘冗余阵列系统的一实施例的架构方块图。参考图1A，本发明独立磁盘冗余阵列系统100包含一独立磁盘冗余阵列控制器110与一非易失性存储器卡数组120。非易失性存储器卡数组120则由至少一张非易失性存储器卡121-12N所组成，其中，N≥1，N为正整数。独立磁盘冗余阵列控制器110分别与主机系统130以及非易失性存储器卡数组120相连接。

本发明的特色在于使用非易失性存储器卡作为独立磁盘冗余阵列系统100的储存或组合单元。在功能上，每一张非易失性存储器卡(121-12N)相当于传统独立磁盘冗余阵列系统中的一部磁盘驱动器，所有的非易失性存储器卡121-12N组合成一个非易失性存储器卡数组120，再由独立磁盘冗余阵列控制器110统一控制，从主机系统130角度，独立磁盘冗余阵列系统100看起来像是一个单独的记忆卡系统，而非易失性存储器卡数组120的储存容量是所有非易失性存储器卡(121-12N)储存容量的加总。

至于，独立磁盘冗余阵列控制器110至少包含一只读存储器(read-only memory)(或同步动态随机存取内存(SDRAM)、或闪存)111、一微控制器112、一高速缓存(cache random access memory)113。微控制器112响应主机系统130与非易失性存储器卡数组120的请求(request)，以处理读取与写入指令。高速缓存113连接至微控制器112，用以暂存主机系统130与非易失性存储器卡数组120的存取数据，而只读存储器111亦连接至微控制器112，用以储存程序，该程序是控制主机系统130对非易失性存储器卡数组120存取数据的所有流程。

根据本发明，微控制器112是透过一独立磁盘冗余阵列接口与主机系统130相连，该独立磁盘冗余阵列接口符合下列其中一种或一种以上标准，但不限下列标准：串行高阶技术配接器接口(serial advanced technology attachment，SATA)、串行高阶技术小计算机系统接口(serial attached small computer system interface，SAS)、高阶技术配接器接口(advanced technology attachment，ATA)、高阶技术配接器封包接口(advanced technology attachment packet interface，ATAPI)、小型计算机系统接口(small computer system interface，SCSI)、通用序列汇排流接口、智能型电子驱动器接口(intelligent drive electronics，IDE)或外围零件连接接口(peripheralcomponent interconnect，PCI)等。

于本实施例中，独立磁盘冗余阵列控制器110与各非易失性存储器卡(121-12N)之间的硬件连接可任选下列三种型态之一：第一是点对点连接型，每一张非易失性存储器卡(121-12N)均使用专属或个别的实体连接线与独立磁盘冗余阵列控制器110相连接。第二是共享总线连接型，不同的非易失性存储器卡(121-12N)是共享同一条实体连接线与独立磁盘冗余阵列控制器110相连接。第三是混合连接型，上述两种不同的连接型态在独立磁盘冗余阵列系统中同时存在，二者合并使用。

另外，独立磁盘冗余阵列控制器110与各非易失性存储器卡(121-12N)之间的接口是符合下列其中一种或一种以上记忆卡接口标准，但不限下列标准：精致快闪记忆卡、安全数字记忆卡、XD-照片记忆卡、敏锐记忆卡、多媒体记忆卡、微型硬盘、记忆条、通用序列汇排流接口等等。可实施的非易失性存储器卡(121-12N)之间除了记忆卡接口标准有别之外，即使支持同一记忆卡接口标准的记忆卡种类可能有数种之多，主要是因为外型的差异，例如支持安全数字记忆卡接口标准的，除了普通的安全数字记忆卡之外，还包含迷你安全数字记忆卡(mini-SD card)与微型安全数字记忆卡(micro-SD card)。而支持多媒体记忆卡接口标准的，除了普通的多媒体记忆卡之外，还包含RS型多媒体记忆卡(RS-MMC card)与微型多媒体记忆卡。此外，支持记忆条接口标准的，除了普通的记忆条之外，还包含双记忆条(memory stick pro)等等。最后，可实施的非易失性存储器卡(121-12N)还包括支持通用序列汇排流接口的快闪记忆磁盘(USB flash disk)。

再者，直接使用非挥发性内存组件的传统磁盘驱动器或独立磁盘冗余阵列系统具有设计复杂、非挥发性内存组件的取得较不容易、及无法有弹性地扩充储存容量的缺点，相对上，本发明的设计过程简单、非易失性存储器卡取得容易、并且可根据使用者的需求来扩充容量，并且，具有不怕震动、无机械磨损、环境适应性佳等优点，足以适应各种恶劣的操作环境。请注意，虽然本发明的组合单元已替换成非易失性存储器卡，但是，仍然具有独立磁盘冗余阵列系统所强调的容错机制。

图1B显示本发明另一实施例的架构方块图。

本发明在商品化时，由工厂生产出来的独立磁盘冗余阵列系统200可以是一个具有独立磁盘冗余阵列控制器110与一些记忆卡插槽(socket)(141～14N)组成的空盒子(类似于目前的硬盘外接盒)或插槽数组140，其储存容量是零。待出货前，根据客户要求的容量大小，再把记忆卡(121～12N)组装上去或对应安置于记忆卡插槽141～14N内，或者，使用者也能在日后随时购买记忆卡再扩充容量，十分方便、有弹性。所以，本发明生产过程简单、组装方便、使用者扩充容量有弹性，非常适合量产与商品化。

有关于寻址(addressing)方面，有别于传统机械式磁盘驱动器的磁柱(cylinder)、磁头(head)、扇区(sector)的CHS寻址模式，本发明碟机数组系统(100、200)则使用逻辑块寻址(logic block addressing，LBA)模式来映像(map)到所有非易失性存储器卡(121-12N)的记忆空间。实务上，把各非易失性存储器卡(121-12N)的不连续且分散的记忆空间组合成一个完整且连续的空间，其对应方式可以有很多种，以下举二个例子说明。

参考图2与图3，非易失性存储器卡中的寻址单位是区段(sector)，假设每一张非易失性存储器卡(121-12N)共有m(m≥1，m为正整数)个区段，则整个非易失性存储器卡数组120共有(N×m)个区段。图2中的记忆空间映像方式属于序列式映像，故其容量的利用率最好，但读取/写入的效能(performance)最差，因为平时循序存取一张记忆卡的机率很大，所以前后二个区段存取之间的等待时间(latency)便无法避免。相对而言，图3中的记忆空间映像方式属于交错式映像，每一个档案被交错存放，因此，假设有一个档案被分别存放于二张非易失性存储器卡的二个区段，在读取档案时，前后二次读取该二个区段之间的等待时间其实可以相迭，因此，等待时间减少、读取/写入的效能便比较好，但容量的利用率较差。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

Claims

1.一种独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，包含：

一非易失性存储器卡数组，由至少一张非易失性存储器卡所组成；以及

一独立磁盘冗余阵列控制器，透过一独立磁盘冗余阵列接口连接至一主机系统，并与该非易失性存储器卡数组相连接。

2.如权利要求1所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，每一非易失性存储器卡与该独立磁盘冗余阵列控制器之间的接口为精致快闪记忆卡接口、安全数字记忆卡接口、记忆条接口、照片记忆卡接口、敏锐记忆卡接口、微型硬盘接口、通用序列汇排流接口、或多媒体记忆卡接口的其中一种。

3.如权利要求1所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，该些非易失性存储器卡与该独立磁盘冗余阵列控制器之间的硬件连接型态为点对点连接型、共享总线连接型、或混合连接型的其中一种。

4.如权利要求1所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，该独立磁盘冗余阵列接口为串行高阶技术配接器接口、串行高阶技术小计算机系统接口、高阶技术配接器接口、高阶技术配接器封包接口、小型计算机系统接口、通用序列汇排流接口、智能型电子驱动器接口、或外围零件连接接口的其中一种。

5.如权利要求1所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，该该独立磁盘冗余阵列控制器包含：

一微控制器，响应该主机系统与该非易失性存储器卡数组的请求，以处理读取与写入指令；

一高速缓存，连接至该微控制器，用以暂存该主机系统的存取数据与该非易失性存储器卡数组的存取数据；以及

一只读存储器，连接至该微控制器，用以储存程序来控制该主机系统存取该非易失性存储器卡数组。

6.一种独立磁盘冗余阵列系统，包含一非易失性存储器卡数组，一独立磁盘冗余阵列控制器，其特征在于，还包含：

复数个记忆卡插槽，其中一第一记忆卡插槽可供安置一可抽取式非易失性存储器卡；以及

一独立磁盘冗余阵列控制器通过该插槽连接至该复数个记忆卡插槽。

7.如权利要求6所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，更包含：

复数个非易失性存储器卡对应安置于该复数个记忆卡插槽内。

8.如权利要求7所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，该独立磁盘冗余阵列控制器利用一逻辑块寻址模式存取该复数个非易失性存储器卡。

9.如权利要求8所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，该逻辑块寻址模式是以一序列式映像方式存取该复数个非易失性存储器卡。

10.如权利要求8所述的独立磁盘冗余阵列系统，其特征在于，该逻辑块寻址模式是以一交错式映像方式存取该复数个非易失性存储器卡。