CN203658918U

CN203658918U - 一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板

Info

Publication number: CN203658918U
Application number: CN201420008906.3U
Authority: CN
Inventors: 侯萌; 寻广龙; 李庆华; 李亚楠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2024-01-07

Abstract

本实用新型公开了一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，包括CPCI接口模块，所述CPCI接口模块分别与电源控制模块、SATA控制器、供电模块和SATA信号线连接，所述SATA控制器模块还与磁盘信号指示灯和通信芯片连接，所述通信芯片与缓存存储器连接，所述缓存存储器与以太网模块连接。采用嵌入式技术，包括嵌入式芯片和嵌入式操作系统，实现了主控板功耗小于25W，使用车载电源或其它小功率电源供电就可以持续工作。通过选用工业级芯片实现了-25度至+65度的宽工作温度范围，是一种适应恶劣环境的高可靠性产品。通过独立供电的电源控制模块实现了通过WEB网络存储管理软件进行远程关机操作。

Description

一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板

技术领域

本实用新型涉及网络信息技术领域，尤其涉及一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板。

背景技术

设计用于构建双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板的背景技术包括：磁盘阵列技术，网络存储IP-SAN技术，SerDes技术，嵌入式系统技术，CPCI板卡技术。

磁盘阵列（RAID，Redundant Array of Inexpensive Disks）是一种把多块独立的磁盘按某种规则组合起来形成一个磁盘组。这样做的目的是提供比单个磁盘更大的容量，提高数据的读写性能，实现数据备份功能或实现数据容错能力。组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels），不同的RAID级别性能或功能均有差异，面向不同的用户需求。虽然RAID包含多块磁盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个磁盘，用户可以对它进行分区，格式化，划分建立逻辑卷等操作。

网络存储是将专用的存储设备通过标准的网络拓扑结构（例如以太网）连接到一群计算机上，网络存储技术基于多种标准网络协议实现数据传输，如smb，nfs和iSCSI网络存储兼容网络中不同操作系统的计算机进行数据的存储。网络存储技术的重点在于帮助解决迅速增加存储容量的需求。磁盘阵列技术通过增加磁盘组的磁盘数量可以提供存储容量的不断扩容。因此磁盘阵列技术是网络存储技术的核心支撑技术。

SerDes是英文Serializer（串行器）/Deserializer（解串器）的简称。它是一种主流的时分多路复用、点对点的串行通信技术。即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，从而大大降低通信成本。这种点对点的通信技术可以提升信号的传输速度，并且降低通信成本。

随着信息技术和工业自动化技术的发展，网络信息技术在工业领域的应用越来越多。随着军队的现代化和信息化，网络信息技术在军事领域的应用也越来越多。工业与军事领域也需要网络存储技术解决数据存储的需求，但是要求网络存储具备较高的高低温性能，电磁兼容性能，防潮防腐蚀性能；要求体积小、功耗低适用于移动部署。同时又要求大的容量以适应视频、图像等大数据量需求；要求能够满足一个局域网内全部客户端同时发起iSCSI Lun通道占用请求；要求RAID5读写速度达到一定的水平以满足数据访问带宽要求。

在网络存储领域，目前国内商用市场主要分为两类产品：一类是大型机架式的存储区域网络（SAN，Storage Area Network）服务器，大都采用x86硬件平台和商业化操作系统，可以提供很高的存储容量和性能，但是体积大，功耗高，价格昂贵。另一类是小型网络存储（NASNetwork Access Storage）设备，一般将处理器板，硬盘和电源安装在一个小型机箱内，体积小可移动，但是存储容量有限（一般可接4块硬盘），性能较低，一般不支持iSCSI标准网络协议，通常面向家用，可靠性较低。可见，上述两类商用市场主要产品都不能同时工业与军事领域出现的网络存储技术的需求。因此，需要设计开发一种新型能构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板来满足上述需求。这种新型主控板要解决这些技术问题：

（1）iSCSI主机通道是客户端访问磁盘阵列中数据的一种高性能数据通信技术。

（2）高性能iSCSI主机通道数目要达到2个，带宽达到1GB；

（3）为构建iSCSI主机通道而通过SerDes技术将SATA（串口磁盘）控制器，以太网MAC控制器连接；

（4）为提高iSCSI主机通道性能而使用带AES运算加速器的通信芯片；

（5）应支持大数量的iSCSI主机通道逻辑单元号（iSCSI Lun，iSCSI Logic unit number）以满足网内大量客户端同时发起的连接请求。

（6）应由硬件控制磁盘指示灯，准确实时的反应每个磁盘的连接，断开，读写和故障状态；

（7）通过逻辑卷管理功能实现增加磁盘时磁盘阵列容量的在线扩容；

（8）为保护磁盘阵列，主控板应具备电源控制模块以实现远程关机功能；

（9）为实现紧凑的结构和接口的兼容性使用符合PICMG2.16规范CPCI接口；

（10）为达到大的存储容量应拥有足够多的硬盘接口，至少为8个，超出一般小型网络存储产品，磁盘接口速率应达到SATAII型标准也就是3.0Ghz以满足存储速度要求；

（11）为使主控板具备低功耗，低发热量，宽温特性而应使用嵌入式系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板。该主控板基于SerDes技术，提供至少1024个iSCSI Lun。该主控板具备较高的高低温性能，电磁兼容性能，防潮防腐蚀性能；体积小、功耗低适用于移动部署；容量和速度性能优于小型网络存储设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，它包括CPCI接口模块，所述CPCI接口模块分别与电源控制模块、SATA控制器、供电模块和SATA信号线连接，所述SATA控制器模块还与磁盘信号指示灯和通信芯片连接，所述通信芯片与缓存存储器连接，所述缓存存储器与以太网模块连接。

所述通信芯片采用飞思卡尔公司的QorIQ系列中的P2020型号。所述通信芯片上设有安全引擎SEC。

所述安全引擎SEC（SEC，Security Engine）配置为先进加密标准单元（AESU，AdvancedEncryption Standard unit）模式，用来作为RAID5级别磁盘阵列生成校验位算法的运算器。

所述缓存存储器由4个2Gbit的DDR2型667MHz总线频率的SDRAM颗粒组成，总容量1GB。

所述SATA控制器是SATAII3.0Ghz型，所述SATA控制器包括88SE9235芯片，所述88SE9235芯片分别与时钟电路、外部电压调节器、SPI串行EEPROM电路、数字电源电路、模拟电源电路、Host端和Target端连接。

所述SPI串行EEPROM电路可存储控制88SE9235芯片工作方式的配置字，主控板上电启动时会自动读取配置字从而对88SE9235芯片进行初始化。

所述Host端是PCIE高速串行点对点接口，连接通信芯片。

所述Target端与CPCI接口模块连接。

所述磁盘指示灯包括8个红绿双色LED，分别指示8个磁盘。

所述以太网络模块是两个具备独立MAC的千兆以太网卡。所述千兆以太网卡能够分别使用，也能够配置为冗余热备绑定模式或者负载均衡绑定模式。千兆以太网卡接口采用IB8芯雷莫航空插座。

所述供电模块，其输入电源由CPCI接口模块提供，CPCI接口模块共提供三种供电电源：5VSB等待电压、12V风扇控制电路电压、5V控制模块电路电压。5V控制模块电路电压输出电源供主控板使用，分别提供3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.05V、0.9V电源。

所述电源控制模块，在远程关机过程中，主处理器通过LOCAL BUS总线操作CPLD芯片通过I/O管脚31驱动电源控制电路，控制关闭电源输入。此时，CPCI接口模块提供三种供电电源5VSB等待电压、12V风扇控制电路电压和5V控制模块电路电压中只保留5VSB等待电压，实现切断给主控板供电的电源功能。

所述CPCI接口模块符合PICMG2.16规范。由IEC60917和IEC61076-101定义的屏蔽式2mm间距5行的连接器接口。

所述通信芯片提供SerDes通道（Lane）管理功能，共提供四个Lane。其中，Lane0和Lane1的一端连接一个SATA控制器的Host接口，另一端连接eTSEC1的SGMII接口；Lane2和Lane3的一端连接另一个SATA控制器的Host接口，另一端连接eTSEC2的SGMII接口。从而构建了从磁盘到网络接口的2条高速串行通信通道，从而实现了双iSCSI主机通道。

本实用新型的有益效果是：

1通过SerDes技术，SATA技术和千兆以太网技术构建高速串行链路，在该高速串行链路上实现了2条iSCSI主机通道，可实现存储区域网络（SAN）服务功能。

2在本主控板的控制下，iSCSI主机通道达到300MB/s的高速度性能，达到SATAII型磁盘线速。

3两条iSCSI主机通道可分别使用，也可以通过配置以太网卡和磁盘阵列实现冗余热备或者负载均衡两种使用模式。

4通过2个SATA控制器，在6U（233mm*160mm）尺寸限制下实现了8个磁盘SATAII接口，当使用4TB磁盘时可以达到32TB的总容量。

5每条iSCSI主机通道实现了大于等于1024个iSCSI Lun，以满足网内大量客户端同时发起的连接请求，是一种高可用性产品。

6采用嵌入式技术实现了主控板功耗小于25W，使用车载电源或其它小功率电源供电就可以持续工作。

7通过选用工业级芯片实现了-25度至+65度的宽工作温度范围，是一种适应恶劣环境的高可靠性产品。

8采用符合PICMG2.16规范的CPCI接口，使主控板可以方便的在标准CPCI背板和标准CPCI机箱中使用。

通过独立供电的电源控制模块实现了通过指令进行远程关机操作。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构框图；

图2为实施例1的SATA控制器的结果框图；

图3为实施例2的SATA控制器的结果框图；

1、CPCI接口模块，2、电源控制模块，3、SATA控制器，4、供电模块，5、SATA信号线，6、磁盘指示灯，7、通信芯片，8、安全引擎SEC，9、缓存存储器，10、以太网模块，11、通道I，12、通道II，31、88SE9235芯片，32、时钟电路，33、外部电压调节器，34、SPI串行EEPROM电路，35、模拟电源电路，36、Target端，37、Host端，38、数字电源电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，它包括CPCI接口模块1，所述CPCI接口模块1分别与电源控制模块2、SATA控制器3、供电模块4和SATA信号线5连接，所述SATA控制器3还与磁盘信号指示灯和通信芯片7连接，所述通信芯片7与缓存存储器9连接，所述缓存存储器9与以太网模块10连接。

所述通信芯片7采用飞思卡尔公司的QorIQ系列中的P2020型号。所述通信芯片7上设有安全引擎SEC8。

所述安全引擎SEC8（SEC，Security Engine）配置为先进加密标准单元（AESU，AdvancedEncryption Standard unit）模式，用来作为RAID5级别磁盘阵列生成校验位算法的运算器。

所述缓存存储器9由4个2Gbit的DDR2型667MHz总线频率的SDRAM颗粒组成，总容量1GB。

如图2所示，所述SATA控制器3是SATAII3.0Ghz型，所述SATA控制器3包括88SE9235芯片31，所述88SE9235芯片31分别与时钟电路32、外部电压调节器33、SPI串行EEPROM电路34、数字电源电路38、模拟电源电路35、Host端37和Target端36连接。

所述SPI串行EEPROM电路34可存储控制88SE9235芯片31工作方式的配置字，主控板上电启动时会自动读取配置字从而对88SE9235芯片31进行初始化。

所述SATA控制器3的Host端37是PCIE高速串行点对点接口，连接通信芯片。

所述SATA控制器3的Target端36与CPCI接口模块1连接。SATA控制器3可以引出4根SATA信号线5，也就是说连接4块磁盘。

所述磁盘指示灯6包括8个红绿双色LED，分别指示8个磁盘。LED灭表示SATA控制器3未连接磁盘，LED常亮表示连接了磁盘且磁盘空闲，LED闪烁表示磁盘正在读写，LED红色表示磁盘故障。

所述以太网络模块是具备独立MAC的两个千兆以太网卡。两个千兆以太网卡可分别使用，也可以配置为冗余热备绑定模式或者负载均衡绑定模式。千兆以太网卡接口采用IB8芯雷莫航空插座。

所述供电模块4，其输入电源由CPCI接口模块1提供，CPCI接口模块1共提供三种供电电源5VSB等待电压、12V风扇控制电路电压、5V控制模块电路电压。5V控制模块电路电压输出电源共主控板使用，分别提供3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.05V、0.9V电源。

所述电源控制模块2远程关机过程中，主处理器通过LOCAL BUS总线操作CPLD芯片通过I/O管脚31驱动电源控制电路，控制关闭电源输入。此时，CPCI接口模块1提供三种供电电源5VSB等待电压、12V风扇控制电路电压和5V控制模块电路电压中只保留5VSB等待电压，实现切断给主控板供电的电源功能。

所述CPCI接口模块1符合PICMG2.16规范。由IEC60917和IEC61076-101定义的屏蔽式2mm间距5行的连接器接口。包括以下特性：针孔互联机制、多供应商支持、能够提供固定编码键的编码机制、引脚长短交错以支持热插拔功能、选装后面板，以满足直通背板的IO应用需求、高密度PCI能力、有效屏蔽电磁干扰EMO/射频干扰RFI、最终用户的可扩展性。

所述通信芯片7提供SerDes通道（Lane）管理功能，共提供四个Lane。其中，Lane0和Lane1的一端连接一个SATA控制器3的Host接口，另一端连接eTSEC1的SGMII接口；Lane2和Lane3的一端连接另一个SATA控制器3的Host接口，另一端连接eTSEC2的SGMII接口。从而构建了从磁盘到网络接口的2条高速串行通信通道，从而实现了双iSCSI主机通道。

如图1所示，通信芯片7（包括安全引擎SEC8）和缓存存储器9构成SerDes通道，SerDes通道的一端连接SATA控制器3，另一端连接以太网模块10。

以太网模块10的两个千兆以太网口分别作为iSCSI主机通道的通道I11和通道II12。接口器件为1B8芯雷莫航空插座，也可以选用RJ45插座。

SATA控制器3包括第一SATA控制器和第二SATA控制器，通过CPCI接口模块1引出SATA信号线5连接磁盘。第一SATA控制器和第二SATA控制器的host端分别与通信芯片7的PCIE#1和PCIE#3连接。通信芯片7将磁盘组建为磁盘阵列，并通过SEC引擎8加速组建的过程。SATA控制器3连接磁盘指示灯6，通过自身的Link和ACT状态寄存器实现磁盘状态的指示。

供电模块4的输入是CPCI接口引入的电源信号，通过滤波后，输出为各个模块和器件使用的电源，包括5V，3.3V，1.0V电压的电源信号。

电源控制模块2接收客户端发来的远程关机指令，首先关闭正在运行的磁盘阵列，再控制电源控制模块2，通过CPCI接口模块1向给主控板供电的电源发出断电信号。

整个双iSCSI主机通道布置在具备PICMG2.16规范CPCI接口的6U尺寸的电路板上。

实施例2：

实施例2的其它部件均与实施例1一致，唯一不同的是SATA控制器中的88SE9235芯片的个数在实施例2中为2个。

如图3所示，所述SATA控制器3是SATAII3.0Ghz型，所述SATA控制器3包括2个88SE9235芯片31，每个88SE9235芯片31分别与时钟电路32、外部电压调节器33、SPI串行EEPROM电路34、数字电源电路38、模拟电源电路35、Host端37和Target端36连接。

所述SATA控制器3的Target端36与CPCI接口模块1连接。SATA控制器3可以引出8根SATA信号线5，也就是说连接8块磁盘。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，包括CPCI接口模块，所述CPCI接口模块分别与电源控制模块、SATA控制器、供电模块和SATA信号线连接，所述SATA控制器模块还与磁盘信号指示灯和通信芯片连接，所述通信芯片与缓存存储器连接，所述缓存存储器与以太网模块连接。

2.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述通信芯片采用飞思卡尔公司的QorIQ系列中的P2020型号，所述通信芯片上设有安全引擎SEC。

3.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述缓存存储器由4个2Gbit的DDR2型667MHz总线频率的SDRAM颗粒组成，总容量1GB。

4.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述SATA控制器是SATAII3.0Ghz型，所述SATA控制器包括88SE9235芯片，所述88SE9235芯片分别与时钟电路、外部电压调节器、SPI串行EEPROM电路、数字电源电路、模拟电源电路、Host端和Target端连接，所述Host端是PCIE高速串行点对点接口，连接通信芯片；所述Target端与CPCI接口模块连接。

5.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述磁盘指示灯包括8个红绿双色LED，分别指示8个磁盘。

6.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述以太网络模块是两个具备独立MAC的千兆以太网卡，所述千兆以太网卡的接口采用IB8芯雷莫航空插座。

7.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述供电模块的输入电源由CPCI接口模块提供，CPCI接口模块共提供三种供电电源：5VSB等待电压、12V风扇控制电路电压、5V控制模块电路电压；所述5V控制模块电路电压的输出电源供主控板使用，分别提供3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.05V、0.9V电源。

8.如权利要求1所述的一种用于构建高性能双iSCSI主机通道的嵌入式CPCI主控板，其特征是，所述CPCI接口模块符合PICMG2.16规范，由IEC60917和IEC61076-101定义的屏蔽式2mm间距5行的连接器接口。