JPH11282636A - 高集積度コントロ―ラを有する高密度raidサブシステム - Google Patents
高集積度コントロ―ラを有する高密度raidサブシステムInfo
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- JPH11282636A JPH11282636A JP10350665A JP35066598A JPH11282636A JP H11282636 A JPH11282636 A JP H11282636A JP 10350665 A JP10350665 A JP 10350665A JP 35066598 A JP35066598 A JP 35066598A JP H11282636 A JPH11282636 A JP H11282636A
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Abstract
憶装置サブシステムのための方法と装置を提供する。 【解決手段】 この発明は、第1および第2の空洞を画
定するハウジングを含み、前記第1空洞は、RAIDコ
ントローラのようなアレイコントローラを収容する。第
2空洞は、3.5インチ規格に適合する実質的に通常の
IDEドライブを複数個収納する。このアレイは、ハウ
ジングにより限定される極端に小さな空間内で、アレイ
コントローラとドライブの冷却を最大にするように構成
される。
Description
関し、特にRAIDアレイサブシステムおよびコントロ
ーラに関する。
ソナルコンピュータおよびサーバ、また同様に多くの他
の関連するタイプのシステムに普及するようになった。
多くの例において、そうした記憶装置は、少なくとも複
数のバックアップとバックアップとの間の時間のための
ミッションクリテイカル(mission−criti
cal)情報の保管のみを行う。結果としてこれらの記
憶装置は信頼性が高く、極度に高度なデータ保全を維持
しなければならない。
プの記憶装置サブシステムが開発されてきたが、その中
にはミラードドライブ(mirrored driv
e)、フェイルオーバ(failover)システム、
多重冗長ドライブサブシステムがある。その高い信頼性
の故に特によく注目されてきた多重冗長サブシステムの
一形式は、「安価なドライブの冗長アレイ」、すなわち
RAIDサブシステムである。
他のコンピュータシステム内に組み込まれてきた。一般
に、RAIDサブシステムは二つまたはそれ以上のディ
スクドライブ(一般的に同一容量で、しばしば同一タイ
プ)を含み、そして少なくともRAID構成のいくつか
の形式において、各ドライブがサブシステム上に記憶さ
れるデータの最初の部分のための一次記憶装置として働
くように構成され、またこのデータの第二の部分のため
のバックアップ記憶装置として働くように構成される。
RAIDシステムのための種々なバックアップスキーム
が開発されてきたが、その中にはRAID0、RAID
1、RAID5がある。RAID0においてはデータの
冗長性が全く与えられず、RAIDアレイの容量は単純
に個々のドライブの容量の合計である。RAID1にお
いては、ミラードドライブ(mirrored dri
ve)によく似た結合したしたドライブによってバック
アップされる。RAID1はほとんどの場合偶数のドラ
イブで構成される。これに対してRAID5は、典型的
に最少三つのドライブから始まる種々な数のドライブに
より構成される(二つのドライブは単にRAID1に程
度が下がるだけである)。5ディスクRAID5サブシ
ステムにとって、各ドライブはその容量の80%が一次
記憶装置として働き、またその容量の20%が二次メモ
リとして働く。結果として、そうしたアレイの記憶容量
はドライブの容量の合計の80%である。
は、サーバの外部にあった。これはとりわけ、スペース
と信頼性の問題を生じた。通常のサイズのPCケースは
一般的にディスク記憶装置のために非常に限られた数の
ベイしか持たず、また通常のRAIDは利用可能なスペ
ースに適合するにはあまりにも大きい。これはすでに混
雑した領域内に特別な設置スペースを必要とし、また、
RAIDデバイスへのサーバまたは他のPCを接続する
ための外部ケーブルのためのスペースも必要とする。よ
り一般的な外部装置の故障の原因の一つはケーブル故障
であり、これは、しばしば人間がケーブルに衝突したり
不適切に切断したりすることによる。
サーバラインのいくつかのモデルにおいて、記憶装置の
ために特別のベイを供給する特大のケースが供給されて
きた。例えば、ネットサーバLM製品は、このサーバの
拡張スロット内に挿入されるRAIDコントローラ付き
の二倍幅ケースと、3.5インチ規格に合致するドライ
ブのための八つのベイのスタックを有する。しかしなが
らこの解決方法は明らかに特定ベンダーの特定モデルの
サーバを買うことを要しており、こうしてユーザのオプ
ションを制限する。その上、このRAIDコントローラ
は、他の装置に使用できる拡張スロットを占有すること
となる。先行技術のこれらの制約は、RAIDサブシス
テムを既存のサーバ内に含めるというユーザの希望を、
非常に限られたオプションとしてきた。
IDサブシステムを含ませる際にエンドユーザが直面す
る二律背反のいくつかの面を解決することを、これまで
に試みてきた。たとえばアイワ/コア(AIWA/co
re)のマイクロアレイは、5.25インチ標準高さ規
格内に収まるように構成された。これによりこのサブシ
ステムは、大部分の既存のケース内に設置可能になり、
先行技術における置き場所(footprint)と外
部接続の問題を避けることができた。このマイクロアレ
イ製品は、2.5インチ規格に合致する(最高5台まで
の)複数のIDEディスクドライブを、このサブシステ
ムへ挿入することを可能にする。このマイクロアレイ製
品は、RAIDコントローラと、IDEドライブをこの
RAIDコントローラにインタフェースしホストシステ
ムへの外部SCSIインターフェースを供給するための
関連電子製品とをその5.25インチ規格内に有する。
に勝る多くの利点を提供するが、いくつかの欠点も有す
る。一つの重大な欠点はそれが高価な2.5インチディ
スクドライブを必要とすることであり、この2.5イン
チディスクドライブは、一般的に3.5インチ規格に合
致するドライブよりもはるかに容量が少なく信頼性が低
いもので、一方同時にかなりコストが高くなる。これら
の制限の故に、2.5インチドライブは典型的にラップ
トップアプリケーションのみにおいて市場を見出した
が、一方大部分のデスクトップアプリケーションは3.
5インチドライブを使用してきた。
ントローラは、今日他の装置において利用できるものに
比較して、制限されたスループットしか提供されておら
ず、複雑で従って高価な設計となっている。このコント
ローラは実質的に従来の考えをインプリメントし、また
アレイの中の各ドライブごとに独立のI/Oチャネルを
提供する。これにより大きなスペースを必要とし、2.
5インチ規格よりも大きいドライブの使用を妨げてい
る。
ンチ標準高さのベイの従来のサーバケースに適合でき、
同時にそのスペース内に統合されたコントローラを提供
し、また低コストで大容量の3.5インチドライブの使
用を可能にするRAIDサブシステムへの需要が存在し
てきた。
きく改良するRAIDサブシステムを記述するが、その
改良点は、改良した容量、改良したスループット、より
高い信頼性、より低いコストであって、また同時に単一
の5.25インチ標準高さのベイの中にフィットするも
のである。この発明のRAIDサブシステムは、EID
Eインタフェイスを使用する複数の3.5インチディス
クドライブの使用を含み、また同時に望ましい高速のデ
ータ転送速度を有するホストシステムへのウルトラSC
SIインターフェイスを提供するものである。
び電気的なインターフェイスの注意深い管理が、アレイ
中の個別のドライブとコントローラの間に、またサブシ
ステムとホストの間に必要とされてきたが、これは厳し
く制限されたスペース内で所望の性能を得るためであ
る。その上サブシステム内で通風のために利用できる空
間が非常に限られているので、注意深い熱管理が必要と
されてきた。最後に前記要件が従来のコントローラ設計
の使用を実質上不可能にしたので、この発明の一部分と
して高度に集積したRAIDコントローラが開発され
た。この発明のコントローラは追加的な特徴として、こ
の発明のRAIDサブシステムの機械的な設計の外側の
領域に大きな利点を提供する。
えて、この発明はエンドユーザによるメンテナンスが容
易にできることを目的としており、サブシステム内に統
合されたドライブへエンドユーザが容易にアクセス可能
とする付加的な要件が加わる。これはエンドユーザがサ
ブシステムのフロントパネルを取り除いて、一つまたは
それ以上のドライブを取り除くことを可能にする。これ
は、1997年9月16日に出願され、「ディスクドラ
イブラッチ」と称し、この発明と同一の譲受人に譲渡さ
れ、本願に参考文献として組込まれた米国特許出願第0
8/931766号に記述された方法である。同時に、
各ドライブの動作についての情報に関しエンドユーザ
は、少なくともこのサブシステムフロントパネルにステ
ータスとアクセスの情報が配信されることを強く希望す
る。ユーザにそうした情報を提供する最も信頼できる方
法は、RAIDコントローラが装着されるプリント基板
にLEDまたは他のディスプレイデバイスを集積するこ
とであるが、そうした設計を行えば、エンドユーザが少
なくともそのプリント基板の端に触れるかもしれない。
この結果として、アクセス中にエンドユーザがサブシス
テムの内部に適当な注意をしない場合、大量の静電気放
電すなわちESDから、コントローラ基板を保護しなけ
ればならない。
しては、先行技術に一般に見出されない多数の設計上の
制約がある。これらの中には、空間の制限があり、それ
は制御基板のための規格内で利用できる空間が、単純に
従来のコントローラの設計の使用を許容しないことであ
る。第二に規格により課される熱の要件が、従来のコン
トローラの設計を過剰な熱を生ずるものとして受け入れ
不可能にしている。第三にコストの要件が、複数のコン
トローラの使用を望ましくないものにしている。
ントローラが開発され、そこではSCSIホスト機能に
より使用される単一のI/Oチャネルが供給され、また
アレイ内に含まれる複数のドライブと共にDMA機能が
供給される。この単一のI/Oチャネルは、時間多重化
されていて、これにより各ドライブが所定の限られた時
間にコントローラへアクセスできるようになっており、
またインタフェースのSCSIホスト部分が、同様に所
定の限られた時間にコントローラへアクセスできるよう
になっている。適当なクロック速度を使用することによ
り、この単一チップコントローラは、それに必要な諸機
能の各々に対応すると同時に、必要なDMA機能を管理
することができる。一つの実施例において、コントロー
ラのエンジンは、在庫品のフィールドプログラムマブル
ゲートアレイ、すなわちFPGAで実施できるが、その
設計はASICまたは他の類似の装置によっても実施で
きる。ここではこの発明のコントローラを内蔵RAID
サブシステムに使用する例を示したが、内蔵および外部
の両方のRAIDサブシステムへの適用、または全く外
部のRAID環境への適用にまでこの設計はおよぶ。
維持されるディスクドライブのホットスワッピングを可
能にする。ユーザがアクセス可能なドライブ特定スイッ
チにより、このシステムのファームウエアはドライブを
パワーダウン可能である。それからこのドライブは除去
されて、新たなドライブが設置される。それからファー
ムウエアは自動的に新ドライブの設置を検知して、電力
を再び印加すると共に、データと制御信号を再接続す
る。この技法は、ダウンタイムやデータの損失なしに遂
行できるメンテナンスを可能にし、パワーサージを抑制
し、静電気放電からの保護を行う。
下の「発明の実施の形態」を添付図面と共に参照するこ
とにより、一層良く理解されるであろう。
と図2を参照すると、この発明のRAIDサブシステム
が、より良く理解できる。後でより良く理解されるよう
に、このサブシステムのトップカバー12は、図1では
除去されているが、図2に明示されている。複数の従来
型IDEコンプライアントディスクドライブ15A、同
15B、同15C(IDEはその一般的な範囲にEID
EとウルトラDMAドライブを含む)は、その各々が受
け入れられた3.5インチ規格に従っており、ケース2
5内のフロントベゼル(bezel)20の後ろに装着
されている。ケース25は、ベゼル20と共働して、ほ
ぼ幅5.25インチ、高さ3.25インチとして一般に
受け入れられている、5.25インチ規格の標準の高さ
に一致する。ラッチ22Aは、ベゼル20と一体に形成
され、ケース25内で受け皿22Bと噛み合わされてい
るが、このラッチ22Aは、ケース25の内側に係合す
るベゼルの反対端の内側のL型ポスト(図示なし)と共
働して、ベゼルがラッチから外れて、外へ開いてメンテ
ナンスのために、取りはずされるようにする。規格の長
さの制約はもっと緩いが、一般に8インチないし10イ
ンチ程度である。内部の上板30と内部の側壁35が、
ケース25に固定されて、3.5インチドライブ15A
ないし15Cを装着するに適した第1空洞40を画定す
る。上板30と側壁35はまた、第1空洞40の左に、
長く狭い第2空洞45を囲むが、これについては後で詳
述する。
ドライブブラケット50(図8と図9に最も良く示され
これに関連して詳細に説明されている)内に装着され、
U型ドライブバスケット50は一組のレール55A−B
およびドライブ拡張ボード60を含んでなる。装着機構
65がレール55A−B上に装着され、この機構は19
97年9月16日に出願され「ディスクドライブラッ
チ」と題し本願に参考文献として組み入れられた米国特
許出願第08/931766号に記述されている。レー
ル55A−Bは、装着プレート75A−B(図2と図4
に最も良く出ている)に合わせて複数の溝70内に、滑
動可能にはめ込まれており、装着プレート70A−B
は、ケース25の右側壁80の内側と内部側壁35の右
面に取り付けられている。
合されたドライブ拡張ボード60の後ろに位置している
のは、バックプレーン85で、図6と図7に関連して以
下に説明する。バックプレーン85は、各ドライブ拡張
ボード上でマッチングコネクタ90Aと噛み合わせるた
めに、複数のコネクタ90(図2と図7に特に示され
る)を有し、またケース25の左側の下の空洞45内に
装着されるRAIDコントローラプリント基板100を
装着するために、コネクタ95(図6と図7に最も良く
出ている)を有する。バックプレーン85とRAIDコ
ントローラ基板100を収納し、ファン110を支持す
るために、後ろカバープレート105がケース25の後
ろに取り付けられている。後ろカバープレート105
は、バックプレーン85の後ろに間隔をとって、プレナ
ムチャンバー115を形成し、これによりケース25に
より窮屈に配置されたRAIDコントローラ基板100
および複数のドライブ15A−Cをファンが効率的に冷
却できるようにしている。上記の種々の素子の他の詳細
は、他の図面に関連して以下に説明する。
た特に図3を参照すると、ディスクドライブ15A−C
の配置とバックプレーン85に対するそれらの接続がよ
り良く理解できる。ドライブ15A−C(ドライブ15
Aのみが図3に示されている)はラッチ機構65により
ケース25の中にラッチされ、ラッチ機構65はドライ
ブ拡張基板60に取り付けられたコネクタ90Aをバッ
クプレーン85上のコネクタ90と噛み合い接続させ
る。ドライブ拡張ボードがドライブ15Aの後ろにいく
らか間隔をとっておかれ、これにより特に複数のドライ
ブ15A−Cの長さのバラツキを許容し、また気流チェ
ンバも形成している。同様にコネクタ90と同90Aの
空間もドライブ拡張ボード60とバックプレーン85の
間に気流チェンバ150を形成する。ドライブ15A
が、フレキシブルリボンケーブル60Aにより、ドライ
ブ拡張ボードに接続されているのがここに見えるが、図
9には一層よく見える。リボンケーブル60Aは、ドラ
イブ15Aに含まれるIDEコネクタに接続し、また異
なったタイプのドライブ上のコネクタの位置の僅かな変
動を許容する。
ケットの上部および下部ペア155と、もう一つのペア
160により、ケース25に取り付けられる。例示的な
実施例において、内側側壁35と一体に形成された装着
ブラケット155は、二重に曲げられている。装着ブラ
ケット160は、側壁80へ取り付けられている。多く
の場合必要ないが、装着ブラケット155内のこの二重
の曲げにより提供される弾性は、挿入および除去の処理
によりドライブとバックプレーンに加えられる歪みの力
を吸収するのを補助する。更に、装着ブラケットとバッ
クプレーンの弾性は、リボンケーブル60Aと共に、フ
ァンまたは他のドライブまたはシステム内の他のどこか
らかにより加えられる全ての振動から、ドライブを分離
するのを補助すると考えられる。この組み合わせは、シ
ステムの信頼性を増し、ドライブの寿命を延ばすのを補
助すると考えられる。少なくとも、いくつかの場合にお
いて、バックプレーン85とドライブ拡張ボード60の
柔軟性は、リボンケーブル60Aと共に、適切な柔軟性
を与えると共に分離を行うのに充分である。
理解され、ファン110の正面の減圧空間に見ることが
できる。プレナムチャンバー115は、空洞40を通じ
てドライブ15A−Cの周りに引き込まれ、空洞150
内に集められた空気と共に、空洞45を通じてRAID
コントローラ基板100を通過して引き込まれた空気を
集める。バックプレーン85と後部カバープレート10
5の間の間隔は、ファン110がRAIDアレイを通じ
て空気を引き込み、許容可能な温度範囲内にアレイを維
持する効率を最適化するよう必要なだけ調節できる。
ローラ基板は、空洞45内に滑動可能に装着される。2
組のガイド165は、上部壁30に下向きに穴をあけて
実質的にスロットを形成することにより、単一的に形成
可能であり、ケース25の底に形成された類似のスロッ
ト(図示なし)と組み合わせて、基板100の上縁を空
洞45内の中心に位置させる。同様のガイド170もま
た壁30の正面に設けられる。
スタックする配列が、空洞40と45を通る空気流と同
様により良く理解できる。図3では、上部カバーが示さ
れていない。RAIDコントローラ基板100は、空洞
45の中央に配置され、基板のいずれの側からも空気流
が通れる。その上、装着ブロック75A−Bとレール7
0の間の間隙が、空洞40内で、ドライブ15A−Cの
いずれの側にも空気を通過させる。空洞40と45を通
る空気流に一致するように、ファン110とプレナムチ
ャンバーのサイズを適当に定めることにより、これらの
ドライブとRAIDコントローラ基板は充分な冷却がな
されて、長期連続運転を可能にする。より薄いドライブ
を使用して、図11に関連して説明するRAIDコント
ローラに相応な変更を行えば、ドライブを追加し得る。
5の正面に配置され、それにより基板100を正しい位
置へ付勢すると共に、アレイのメンテナンス中にユーザ
により基板に印加されうる静電気電荷を放電すべく、基
板100のアースも行う。コンピュータシステム内の大
部分のサブシステムと異なり、RAIDコントローラ1
00の前縁は、ベゼルをはずすだけで、コンピュータシ
ステムのフロントパネルからユーザによりアクセス可能
となる。結果として、ESD用の接地に適当なパスが、
基板100の1方側の少なくとも一部分を導電物質でメ
ッキして、そのメッキをリーフスプリング165を通じ
てケースに接続することにより提供される。このリーフ
スプリングは、一般的に、銅または他の適当なスプリン
グ材料で形成し得る。少なくともいくつかの場合に、そ
うした他の材料の銅メッキが望ましい。基板100のメ
ッキは図10Aに最も良く示され、参照番号285でメ
ッキが識別される。
組のLED18A−Bと、各ドライブの押しボタン18
5である。LED185Aは典型的に、関連するドライ
ブのステータスを示し、異なった動作状態を示すのに異
なった色を用いる多色LEDである。LED180Bは
一般的に、関連するドライブの活動を示す。押しボタン
185は、RAIDコントローラに、ユーザによる関連
ドライブの切断指示信号を与える。押しボタン185を
押すことにより、RAIDコントローラは関連ドライブ
への電力と信号パスを切断して、残りのアレイを動作し
続けながら、そのドライブを安全に取りはずしできるよ
うにする。ドライブが一旦アレイから電気的に切断され
ると、ラッチ65により、このドライブが物理的に取り
はずし可能状態となる。このドライブまたは他の同等な
ドライブが、それからラッチ65を締めることによりア
レイへ戻される。例示的な実施例において、バックプレ
ーンコネクタ90へドライブコネクタ90Aを挿入する
と、アレイによりドライブの付加が検知される。しかし
ながら、いくつかの実施例においては、再び関連の押し
ボタンを押すことにより、新しいドライブの追加をアレ
イが検知するようにしてもよい。
の後部は上面半横向き透視図に見られ、冷却ファン11
0とホストを接続するための外部コネクタを、より良く
理解できるようになっている。図3に関連して説明した
ように、冷却ファン10はバックプレーンの中央の背後
に配置され、ファンからの受け入れがたい乱気流を充分
に避け得るように間隔をあけてあり、ドライブとプリン
ト基板を通る空気流の量を増加させ、従ってファンの効
果を最大化している。ファン110の左に、9ピンDシ
ェルコネクタ200が配置され、これはこの発明の譲り
受け人により提供されるアレイビュー(Array V
iew)製品またはサブシステムのステータスをモニタ
するのに適した他の製品のようなモニタ装置に接続され
て使用される。Dシェルコネクタ200の下には、通常
のパワーコネクタ205がある。D型コネクタ200と
パワーコネクタ205は、例示的な実施例において、バ
ックプレーン85に接続され、後部カバープレート10
5の開口を通じて延びている。ファンの右側に、シング
ルエンド超ワイドSCSI標準に合致した高密度コネク
タ210があり、これと共に、ユニットのIDの設定、
種々の診断および他の通常の機能の遂行のためにふさわ
しいジャンパーブロック215がある。コネクタ210
と215は、RAIDコントローラ基板100に取り付
けられ、後部カバープレート105の開口を通して延び
ている。SCSIコネクタ210は、ホストシステムへ
のインターフェイスを提供し、またこのサブシステム全
体が、ホストシステム内のホストアダプタに対して単一
のSCSI装置に見える。他の実施例において、このサ
ブシステムは、ディフアレンシャルSCSI、ワイドS
CSI、または他のインターフェイスなどの異なったコ
ネクタの異なったインターフェイス規格に準拠するよう
にして良い。
ト(ファンを含む)を除去した状態のアレイサブシステ
ムの後立面図が示され、それによりバックプレーン85
のレイアウトが詳細に示されている。また図7を参照す
ると、前立面図にバックプレーン85のレイアウトを示
す。特に図6を参照すると、コネクタ200と205が
バックプレーン85と一体に示され、デュアルコネクタ
95がバックプレーン85をRAIDコントローラ基板
100に接続する方法も示されている。その上、多様な
ベントすなわちカットアウト225が、バックプレーン
85の周辺と内部の両方に存在して、プレナム(ple
num)チャンバー115への空気流を改善することが
分かる。バックプレーンは孔230を貫通する4つのネ
ジ(図示なし)により保持され、装着ブラケットの噛み
合うペア155と160へ装着される。またバックプレ
ーン85の上にアラーム235があり、これはアレイの
パフォーマンスをモニタする多様なセンサからの信号に
応答する。例えば、これは、1つまたはそれ以上のドラ
イブ温度センサ240、ファンセンサ245などを含
み、実施例では、図7に示すように、バックプレーンの
正面に装着される。更に、バックプレーンの正面に示さ
れるコネクタ90は、高サイクル低挿入力コネクタで、
通常のIDEバスとパワーの両方を、関連のドライブに
供給する。それからドライブエクステンション60はド
ライブへ適当な機械的インターフェイスを供給するが、
これには通常のIDEコネクタと通常のパワーコネクタ
による。コネクタ90へ接続するドライブ15A−Cの
特有の順序は重要でないが、本例示的な実施例では、ト
ップコネクタに結合されるドライブは、ドライブ0と指
定され、ミドルコネクタはドライブ1と指定され、ボト
ムコネクタはドライブ2と指定される。
イブ15Aをドライブブラケット50にはめ込む方法が
より良く理解できる。図1と図2に関連して前記したよ
うに、ドライブブラケット50は一組のレール55A−
Bと共にドライブ拡張ボード60を有してなる。ドライ
ブ15は普通の機械ねじによりブラケット50に取り付
けられ、またケーブル60Aおよびバックプレーンコネ
クタ90と共に通常のAmphenolパワーコネクタ
60Bを通じてブラケットへ電気的に接続されている。
またラッチ機構65が示される。
Dコントローラ基板100が見られる。RAIDコント
ローラ基板100は単一の両面プリント回路基板で、そ
れは図12からより良く理解される。図10Aに示され
る側はアウトボード(outboard)側であるが、
こちらから見るとコネクタ210と同215は左端に見
られる。RAIDコントローラはRAIDエンジン集積
回路260(これはフィールドプログラムマブルゲート
アレイ、ASIC、または他の適当な実装であってもよ
い)を含み、これにより必要な待ち行列とDMAの機能
を遂行する。RAIDエンジン260は、キャシュメモ
リ265(図11)、RAIDコントローラの動作を管
理するためのRISC CPU270、それに結合した
CPUメモリ275(両方とも図11)、ホストインタ
フェースを管理するためのSCSIプロセッサ280
(図10)と通信する。LED180A−Bと押しボタ
ン185が、前縁でRAIDコントローラボードに接続
されるのが見え(図11)、一方ボードの反対側に、導
体ESDメッキ285(図3に関連して一般に議論され
る)が見える。本願に示されるRAIDコントローラボ
ード100の例示的な実施例は、バックプレーンをボー
ド100に接続できるようにするために一組のコネクタ
275を含む。時間/日付チップ290と共に、図12
に関連して記述した通常の機能を遂行する種々の他のセ
ンサと論理回路も供給され得る。メッキ285の配列か
ら見て、特に図10から分かることは、この発明のサブ
システムのメンテナンスを行うユーザが、メンテナンス
中に、静電気を放電して伝達し、結果としてRAIDコ
ントローラを損傷するのを実質的に防止するようになっ
ていることであり、それはメッキ285が上記のように
接地面に直接接続されているからである。
照すると、この発明の電気的動作がよりよく理解され
る。一般に、RAIDサブシステムはホストから見る
と、通常のSCSIコマンドに外部的に適合する単一ボ
リュームに見えるが、しかし内部的には完全にRAID
アレイとして動作する。このRAIDアレイの動作はR
AIDコントローラにより制御され、一方RAIDコン
トローラは、時分割多重と独立の32ビットDMAとC
PUソフトウエア処理メモリを使用することにより、エ
ンジンのピーク速度において同時非競合アクティビティ
を可能にする。DMAすなわちキャシュメモリ265
は、たとえば1x36メモリとして構成された4メガバ
イトであり、160MB/秒程度の帯域幅を有するシン
グルサイクルページ化EDOパイプラインを供給する。
CPUメモリ275は、例示的な実施例では1x32で
形成された4メガバイトとして構成され、80MB/秒
の帯域幅を有する2サイクルページ化EDOパイプライ
ンを提供する。
作するLSI LR33310−40 32ビットRI
SCプロセッサであり、埋め込みRAIDオペレーティ
ングシステムを記憶するFLASH ROM300と共
働する。アーキテクチャの中心にRAID集積回路26
0があり、これはたとえばAlteraフィールドプロ
グラマブルゲートアレイ(FPGA)またはその均等物
またはASICとして構成され、これは各DMA I/
Oチャネルのためにコマンド待ち行列の提供、種々のデ
ータI/O待ち行列の管理、それに関連するキーバス上
のバスアクティビティの管理を行い、システムの周辺機
能をサポートする。FPGA260に関連する5つの主
要なバスは次の通りである:40MB/秒の16ビット
SCSIプロセッサバス305(典型的にウルトラSC
SI動作のために構成されているが他のSCSIプロト
コルをサポートできる);3.33MB/秒の8ビット
SCSIチップパイプライン化I/Oバス310;16
MB/秒の16ビットIDEドライブバス315;16
0MB/秒の36ビットディスクキャッシュメモリ(D
CM)バス320;および80MB/秒の32ビットC
PUバス325である。FPGA260は、5つのバス
全てが並列に動作できるように構成され、SCSIプロ
セッサバス305、IDバス315,およびDCMバス
325によりRAIDエンジン260へのアクセスを多
重化するのに充分な速度で動作するRAIDエンジン2
60を有し、また定義されたサイクル内でSCSIプロ
セッサバス305とIDEバス315の各々にワンタイ
ムスロットをDCMバス320のためにツータイムスロ
ットを割り当てることにより、IDEバス315と、D
CMバス320を有する。例示的な実施例において、1
サイクル全体で100ns程度であり、4つのタイムス
ロットは各々25nsを割り当てられる。RAIDエン
ジン260のパフォーマンスの故に、このサブシステム
の正味スループットは、主として以下の4つの要素に依
存する:IDEドライブのパフォーマンス、一体型オペ
レーティングシステム内のRAID機能オーバーヘッ
ド、ユーザのホストアダプタのパフォーマンス、ユーザ
ホストアプリケーションのドライバオーバーヘッドであ
る。
は実質的に次の通りである:電源投入すると、フラッシ
ュROM300からRISCプロセッサ270に関連す
るCPUメモリ275へ、オペレーティングシステムを
ロードすることにより、システムは安定状態になる。初
期化の後、ある時点で、読み取りまたは書き込みの要求
を、ホストシステム340からホストSCSIバス35
0で受け取り、これが適当でアレイば、終端ブロック3
55により終結される。この要求はそれからSCSIプ
ロセッサ280により処理され、SCSIプロセッサ2
80は適当な信号をRAIDエンジン260へI/Oバ
ス310上で送り、適当な確認信号を送り返される。そ
れからこのデータは、ホストシステムによりSCSI
DMAバス305上で利用可能にされる。この時点で、
ディスクキャッシュメモリ265は空である。この要求
が情報を書き込むことでアレイば、CPU270はRA
IDエンジン260に、このデータをDCM265へ渡
すように命令し、DCM265でキャッシュ中に保持さ
れる。その後、バックグラウンド処理の間に、バス32
0上でRAIDエンジン260により最初にデータをア
クセスすることにより、(使用されるRAID str
ipingに従って、)適当にディスクに割り当てら
れ、IDEバス上で、ISOディスクバッファ360A
−Cへ書き出される。それからこのデータは、特定のデ
ィスク15A−Cに書き出される。本願に記述する例示
的なシステムにおいては、バス320が10本のアドレ
ス線と36本のデータ線を含むのが適当である。同様
に、バス325は、32本のアドレス線と32本のデー
タ線を有している。この処理は、RAIDエンジンから
SCSIプロセッサ280へ供給され、それからホスト
340へ供給される確認信号で終了する。これらの種々
の事象のタイミングは、図13ないし図16および図1
7に関連して一層詳細に説明する。図13において、D
PIとDPOはそれぞれ「入力データパス」と「出力デ
ータパス」を表す。
上類似しているがいくらか逆になっている。この処理は
SCSIインタフェースをアクテイブにし、一般的には
開始の時に行われるようにする。それからホストは確認
/肯定応答信号を送り設定を実行し、これに続いてPI
Oバス310上で特定データの要求を送る。それからこ
の要求はRAIDエンジン260により検出され、RA
IDエンジン260はそれをドライブ15へ渡す。この
データはこれらのドライブからRAIDエンジン260
へ返され、ここからそれは一時的な記憶のためにディス
クキャッシュメモリ265へ渡される。適当な時間にC
PU270は、このデータがバス320を介してDCM
265から読み出されて、エンジン260を通じてES
EIプロセッサ280へデータバス305上で渡される
ようにする。それからこのデータはESEIプロセッサ
280からホストへバス350上で渡される。
他に、多数の周辺機器補修機能を管理する。これらの中
には温度超過検出器240とファンエラー検出器245
が含まれ、アラーム235で(適当な時に)警告信号を
生成する。時間/日付クロック290もまたモニタさ
れ、その電力は、システムがオフであるときに電力は電
池または他の電源365により供給される。ハードウエ
ア検出線370はステータスレジスタ375によりモニ
タされる。ドライブのための電力サージ制御はバッファ
380でモニタされる。このサブシステムの監視はまた
duart385上でも供給される。典型的な監視は監
視と保守の両方のためにRS232リンク390上で遂
行される。
照するとRAIDエンジン260の動作の詳細が一層良
く理解され、その中にはRAIDエンジンにより種々な
バス上の信号が多重化されるタイミングが含まれる。上
記の図と同様に、図12から同じ部品は同じ参照番号を
割り当てられている。
されると、RAIDサブシステム10が初期化を行い、
フラッシュROM300内に維持されるソフトウエアに
より設定されるときにRISC CPU270により一
連のイネーブリングファクターが生成される。これらの
イネーブリングファクターは、IDEドライブを知られ
た状態にし、またSCSIプロセッサ280をアクティ
ブでイネーブルされた状態にし、ホストシステム340
へ通知する。ホストシステムはSCSIプロセッサから
の通知を確認し肯定の応答をする。その上、このイネー
ブリングファクターは、RAIDエンジン260を知ら
れた状態にし、また特にRAIDエンジン260の内部
にある40MHz I/Oコマンド待ち行列プロセッサ
を初期化する。図15は、図14の鎖線内の一部分の代
案の配列を示す。
にドライブ15A−Cに書き込むべきデータを送る。こ
の情報はヘッダ情報とデータを含んでなり、バス350
上でSCSIプロセッサ280へ供給される。SCSI
プロセッサ280で加工した後に、このヘッダ情報は図
13に破線で示したRAIDエンジン260へ、8ビッ
トプログラマブルI/Oバス310で供給される。この
ヘッダ情報はRAIDエンジン260へSCSI PI
O400を通して送られるが、SCSI PIO400
は入力データパス405と出力データパス410を有す
る。入力データパス405はマルチプレクサmux41
5の片側に接続し、マルチプレクサmux415は間接
的にI/Oコマンド待ち行列プロセッサ390へ入力を
供給する。このI/Oコマンド待ち行列プロセッサ39
0はフレームベースのスクリプトプロセッサであって、
ハーフワードのコマンド、行アドレスコマンドおよび列
アドレスコマンドを、16ビットバスを経由してレジス
タ395へ供給する。レジスタ395はまたRISCプ
ロセッサ270からアドレスを受け取る;プロセッサ2
70はまた、muxバッファ399を通じて与えられる
バス325の10ビットブランチ397を経由して、D
CM265へアドレスを供給する。レジスタ395の出
力は、パイプラインレジスタ401とバッファ403を
通じて、DCM265へ多重化10ビットバス(1メガ
バイトのアドレス空間をアドレスする)を経由して供給
され得る。レジスタ395の出力は、間接的に、RAI
Dエンジン260に関連する他の場所を示す出力データ
パスを供給するが、これにはmux415への第2の入
力が含まれる。
供給されるヘッダ情報と並行して、SCSIプロセッサ
280からSCSI PIO400へバス310上をR
AIDエンジン260へ16ビットDMAバス305経
由で供給される。特にデータは40MHzで作動する1
6ビットツー32ビットファネル420へ与えられる
が、これはRAIDエンジン260が32ビット幅で内
部的に動作するからである。データはファネルmux4
25の片側へ供給されて、それからI/O待ち行列mu
x430の片側へ供給される。待ち行列mux430の
出力はフレームベースI/O待ち行列435へされる
が、フレームベースI/O待ち行列435は40MHz
で作動し256x32で構成されて、160MB/秒の
スループットを供給する。I/O待ち行列435への他
の入力は、種々のIDEプリンタ440、SCSIポイ
ンタ445、DCMポインタ450を有する。データは
I/O待ち行列435の出力へ全部クロックされた第1
パイプライン出力レジスタ455へ供給され、それから
DCMmux460の片側へ供給される。muxの出力
は第2パイプライン出力レジスタ465へ供給され、バ
ッファ470を経由して、それからRAIDエンジン2
60からDCM265へ供給される。
むのに適当になるまで、データはDCM265に記憶さ
れ、書き込むディスクは典型的に通常のアルゴリズムに
従って、RAIDオペレーティングシステムにより決定
される。その時に、I/Oコマンド待ち行列390が、
ディスクドライブへデータを書き込むコマンドを発行す
る。データはDCM265によりバッファ475へ供給
され、それからパイプライン入力レジスタ480へ供給
される。データはそれから第2入力レジスタ485と共
に、プロセッサ入力mux490の片側へ供給される。
ドライブを書き込むために、データがレジスタ485を
通じてmux430の他の側へ与えられ、それからI/
O待ち行列435へ与えられる。
SI I/Oパネル420へ供給され、またディスクI
/Oファネル500へも供給される。ディスクI/Oフ
ァネル500は出力データを、ディスクドライブ15と
の通信のために、32ビットデータ幅から16ビットデ
ータ幅へ再変換する。ディスクドライブとの通信につい
てのその他のことは、図12に関連して説明した通りで
ある。
システムに要求されるもう一つの典型的な動作はRAI
Dサブシステムからのデータ検索である。データ検索は
ホストシステム340から開始され、ここでもホストの
要求をPIOバス310、SCSI PIO400を介
してRAIDエンジン260へ供給し、それからmux
415を通じてI/Oコマンドプロセッサ390への入
力データパス405へ供給する。I/Oコマンドプロセ
ッサ390は、それから適当なRAC/CACアドレス
をレジスタ395経由で供給し、これによりデータが検
索されるようにする。
適当なアドレスが、DCM265へ供給される。もしデ
ータがDCM265内に維持されれば、それはレジスタ
480と同485を経由してmux430へ供給され、
それからI/O待ち行列435へ供給される。I/O待
ち行列435からこのデータがSCSI I/Oファネ
ル420へ供給され、ここで出力データが16ビット幅
へ変換される。それからデータはDMA305上をSC
SIプロセッサ280へ供給され、最終的にホスト34
0へバス350上を出力される。
タがキャッシュ265内に現在維持されていなければ、
このデータをディスクに要求しなければならない。この
場合は、要求されたデータのアドレスがレジスタ48
0、485およびmux430を経由して、I/O待ち
行列435へ供給される。それからI/Oの待ち行列4
35の出力が、ディスクI/Oファネル500へ供給さ
れてドライブ15A−Cへ出力される。それからデータ
は、必要な待ち時間の後にドライブから検索され、その
後にドライブから到着するデータが、ディスクファネル
500内で16ビット幅から32ビット幅へ変換され
る。ファネル500のデータの出力はそれからmux4
25の第2の側へ供給され、そこからI/O待ち行列4
35へ第2のmux430を通じて供給される。
I/Oファネル420を通じて出力データについて上記
したのと同じ方法で供給され、その結果このデータは通
常の方法でホストシステムへ供給される。フィールドプ
ログラマブルゲートアレイ(FPGA)に基づくインプ
リメンテーションのために、FPGAルートROM49
2が供給され、電源投入に際してFPGAがパーソナル
化されるようにする。ASICまたは他のゲートアレイ
のインプリメンテーションにおいては、そうしたルート
ROMは不必要である。同様にRAID OSがCPU
メモリ275へ電源投入に際してロードされ、全てのソ
フトウエア制御がCPUメモリ内に記憶された命令から
引き出される。
AIDエンジン260がSCIプロセッサ、ディスク、
プロセッサ270と通信するのに必要な多重DMA待ち
行列を管理できることである。この目的はデータをRA
IDエンジン260へ供給するキーバスを時間多重化す
ることにより達成される。これは40MB/秒以上では
作動しない他の装置に比較して、このI/O待ち行列が
160MB/秒の効果的な速度で動作する故に可能であ
る。これによりRAIDエンジンはその約4分の1の時
間をSCSIプロセッサとディスクドライブの各々へ割
り当てることができ、またその約半分の時間をDMAア
ドレッシングに割り当てることができる。図17に示す
タイミング図は、この発明の実施例のいくつかの面に重
要な時分割多重化を提供するのに必要な位相化アドレッ
シングを与えるものである。
ロセッサの40MHzクロックが600で示され、一方
RAIDへのアクセスするためのSCSI位相が605
で示されている。IDE位相は610で示され、一方D
CM位相は615で示される。付加的な機能において、
IDEドライブからアクセス要求されない時にサイクル
が起こった場合は、DCMによる使用のために位相が再
割り当てされる。同様にSCIプロセッサがI/Oアク
セス要求しないサイクルについてはSCIプロセッサに
割り当てられる位相がDCMへ再割り当てされる。こう
してこの発明により極度に高いスループットが達成でき
ることが理解されよう。
トスワッピング装置、(アレイの残りの部分が動作し続
ける間に一つまたはそれ以上のドライブを除去できる)
がより良く理解できる。特に、例えばあるドライブの故
障のために、ユーザがドライブ15A−Cの一つを取り
はずすことを希望する場合、取りはずすべきドライブに
関連する押しボタンスイッチ185をユーザが作動させ
る。これがCPU270に信号を与えて、ソフトウエア
制御のもとに作動するCPU270がFPGA制御論理
回路へ信号を与えて、関連するドライブの12ボルトと
5ボルトの電源700と705をそれぞれ切断させる。
その上プロセッサによりデータパス701と制御パス7
15が、サブシステムの他の部分から電気的に切断され
る。この時点でユーザはラッチ65をやり直し、必要な
ドライブを除去する準備ができている。
イブをドライブベイに挿入しラッチ65をラッチするこ
とにより、処理の機械的部分を逆にたどるだけでよい。
双安定ラッチがドライブの再挿入を検知して、新しく挿
入されたドライブへの電力と信号の接続を再び加えるよ
うに、CPU270へ信号を与える。この方法で、古い
ドライブが除去されて、新ドライブが設定され得る。
ブシステムと、高度に統合されたコントローラが記述さ
れたことが、理解されたであろう。当業者にとっては、
これらの教示が与えられれば、開示された発明を組み込
んだ多数の代案や均等物が存在することが理解されよ
う。結果として、この発明は、先行する例示的な実施例
により限定されるべきものではなく、むしろ請求項によ
って限定されるべきである。
システムの正面半横向き透視図を示す。
横向き分解透視図を示す。
システムの上面図を示す。
ステムの前立面図を示す。
の後ろ半横向き透視図を示す。
システムの後ろ立面図を示し、特にバックプレーンを示
す。
立面図で示す。
ックプレーンインターフェイス基板と共に、上面半横向
き透視図で示す。
ドライブとブラケットの間のリボンケーブルインターフ
ェイスを示す。
ウト形式で示す。
イアウト形式で示す。
コントローラを、概略ブロック図形式で示す。
す。
す。
す。
す。
のタイミングを示す。
図形式で示す。
Claims (1)
- 【請求項1】 ホストシステムへのSCSIインターフ
ェイスと内蔵大容量記憶装置へのIDEインターフェイ
スを含む大容量記憶コントローラを収容する縦長の第1
空洞と、 前記第1空洞の縦方向の軸が第2空洞の縦方向の軸に平
行になるように、前記ホストシステムと通信可能な複数
のIDEドライブを収容する前記第2空洞と、 そこを貫通するベントを有し、前記第2空洞内に収容さ
れたIDEドライブの各々に接続するバックプレーン
と、 前記第1空洞と前記第2空洞を通る充分な空気流を供給
するために、前記バックプレーンとケースにより形成さ
れるプレナムチャンバーを含む、 大容量記憶アレイサブシステム。
Applications Claiming Priority (2)
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