TW579503B - Disk array control apparatus - Google Patents

Description

579503 修正 * 案號 90120825 五、發明說明（1) 本發明係有關於磁碟陣列（disk array)控制裝置，特 別係指適用於網路儲存裝置的磁碟陣列控制裝置。 由於網路f快速成長以及隨之而來的魔大資料流量， 使用安全、可罪、有效率的網路儲存裝置已成為資訊科技 (Information TechnoIogy，IT)產業的趨勢。這類的網路 儲存裝置，例如網路附屬儲存裝置（Netw〇rk utached Storage，NAS)、儲存裝置區域網路（St〇rage Network，SAN)或是多磁碟機陣列（Redundant Arrays 〇f

Inclependent Disks，RAID)伺服器，一般均使用具有磁碟 谷錯（disk fault tolerance)功能的磁碟陣列（disk ” array)設備。採用整合驅動器電子（Integrated Electronics，以下簡稱IDE)(或可參考為at Attachment，以下簡稱ΑΤΑ)介面的硬式磁碟機（為方便起 i越以I均簡稱IDE/ATA硬碟機）’㈣其具有成本較低的 k勢，因此常被利用來形成磁碟陣列設備。缺 - H)E/m標準’ IDE/ATA介面為一4〇條訊號線;^採= (parallel)傳輸的介面，其最長傳送距離僅有“英 此在使用數個i DE/ATA硬碟機做為磁 、丁如 :免=^線距離過短、訊號線太多而導備致：，： 難 甚至無法配線的問題。 有鑑於此，如何能保有IDE/ATA硬碟機的效 =，但又能減少介面訊號的數目與增加傳送距離0本 有傳統磁碟陣列設備的配線限制，並且 :而沒 列裝置可直接連上網路進行遠端儲存管理=存磁碟陣 題。 Μ馮—重要課 第5頁 0719-6611TWFl.ptc 五、發明說明（2) ide/αΪΛ明之目的是提供—種磁碟陣列控制裝置將 ΑΤΑ介面訊號轉換成精簡的差動 = 本：：：另介面：：?；目並增加傳送距^ ;介面訊號成為精簡的差. =訊號的數目並增加傳送距離，並且= 為達上述目的’本發明接徂 ^ 括-磁碟陣列控制器、=陣列控㈣ 元。磁碟陣列控制器具有一义=从及一網路介运 號，以及一共享匯攻姐 "面以傳收多組平行 將磁碟陣列控；；專收儲存資料。介面轉 組差動訊號，並且變為相對應 口對；：各組平行訊號以輸Ηί:ΐ:ίΓ ’丨面早疋具有一维I改认ϊ . 4平订；丨面。 元耦接磁碟陣列"：出入埠以外接網4 ’該網路介 享匯流排介面之以流排介面，以接收來 路，且經由網路輪ψ λ、1、’、、，二由網路輪出入埠傳送至 至共享匯流排介：出入埠接收來自網路之遠端資料並 【圖示簡單說明】 為使本發明之卜 下文特舉一較佳f /目的、特徵和優點能更明顯易 τ ： 貫知例’並配合所附圖式，作詳細: 之網路储…方塊圖； ^明之介面轉換器方塊圖； 訊號 £可以 減少 k的功 置包 σα 早 訊 換器 的各 號轉 網路 面單 自共 網 傳送 懂， 明如 579503 案號 90120825 曰 修正 五、發明說明（3) 第3圖是本發明所連接^之磁碟陣列的介面轉換器方塊 圖， 第4圖是本發明之網路介面單元方塊圖 【標號說明】 1 0〜網路儲存裝置； 2 0〜網路； I 0 0〜磁碟陣列控制裝置； II 0〜磁碟陣列控制器； 112〜IDE/ΑΤΑ 介面； 112a_d 〜IDE/ΑΤΑ 訊號； 11 4〜共享匯流排介面； 11 6〜共享匯流排； 1 2 0〜介面轉換器； 122a-d〜差動訊號； 1 3 0〜網路介面單元； 1 3 2〜網路輸出入埠； 1 4 0〜介面轉換器； 142a-d〜IDE/ΑΤΑ 信號； 150a-d〜IDE/ΑΤΑ 硬碟機； 1 6 0〜微控制器； 162、164、166〜控制信號； 1 7 0〜非揮發性記憶體； 1 8 0〜共享記憶體； 2 0 2a-d、3 0 2a-d〜平行/串列訊號互換器 204a-d、304a-d〜差動訊號收發器；

0719-6611TWFl.ptc 第7頁 579503 修正 曰 1 號 901208% 五、發明說明（4) 212a-d、312a-d〜數位串列訊號； 4 0 2〜媒體存取控制電路； 404〜實體電路； 4 1 2、4 1 4〜訊號線。 【實施例】 第1圖係根據本發明之網路 示，網路儲存裝置10包括石兹^存表置方塊圖’如圖所 成虛抓游彳^ 置ϋ括磁碟陣列控制裝置10〇以及數個 轉換4Π 11 5〇d所構成的磁碟陣列裝置與相關的介面 轉。磁碟設備15〇a〜15〇d係為1DE/ATA硬碑機，每 一 IDE/ΑΤΑ 硬碑；^ ^ 母 142a〜142d。磁雄陆t 各^供一組IDE/ATA介面信號 . ”車列控制裝置1 0 0包括磁碟陣列控制5| 二：轉:/(:2°以及網路介面單元1Η 162〜166栌制磁ler)160透過控制信號 政入而Λ磁^車列控Μ器110、介面轉換器120以及網 存：在：Ϊ ::微控制器1 6°經由一共享匯流排1 1 6讀取 體17°中的勒體程式和資料，以執行 二陣列控制器U0和網路介面單元13〇可以：：；1 父//料或將資料暫存在共享記憶體180。任何熟習此

情ii8〇\明瞭微控制器160、非揮發性記憶體170或共享記 憶體180亦可被整合在磁碟陣列控制器no中，再者，H ^例^提②由4個1DE/ata硬碟機15〇a〜15〇d所構成 κ =㈣僅為了說明之目的，本發明可適上成:咅磁碟之 磁碟機裝置。 、仗思數之 第1圖所示，磁碟陣列控制器丨丨〇具有一平行介面， 0719-661lTWFl.ptc 第8頁 579503 f 修正

二DE:ATA介面112，以提供4組平行訊號，即ide/ata _案號90〗208沾 五、發明說明（5) &丨2d，以及一共享匯流排介面1 1 4以傳收儲存資料、 ίίϊ:貧料備份與磁碟容錯能力的RAID控制器，根據本 ，明的磁碟陣列控制器110提供4種不同RAID等級（RAID康本 ι = υ :RAI1) 〇、RAID 丨、RAID ^raid 〇+1，以 同的需求。RAI"為無容錯之分割(stripping)足不 列，將貧料分割並分別儲存在磁碟陣列十的不 速度，但不提供容錯能力。RAID1即‘ 鏡像備伤（disk mirroring)，每一磁碟均以一與其成的 對一的資料備份。_ 5為具分散式同位資料之 獨立貝料磁碟（independent data disks whh distributed parity blocks)，以4 個磁碟為例每 的容量為存放主要資料的空間，25%的容量為 明（Hammi'g)錯誤更正編碼（Err〇r c〇rrecU〇n c〇de， 4 ECC)同位資料的空間，當存放資料毀損時可藉由同位 nt:RAi:〇+ι為一 raid 1的磁碟鏡像備份陣列所構 成，/、中母組鏡像備份陣列的資料採RA丨D 〇的分割儲 式。RAID 0和RAID 1最少需要2個磁碟才能實現，°raid 最少需要3個，RAID 〇 + 1則必須最少4個磁碟才能實現。 H碟陣，控制器1 1〇可以支援1DE/ATA標準（ATA-66和 ATA-100)以母秒66百萬位元組和每秒1〇〇百萬位元组 模式存取IDE/ATA硬碟機的資料。本實施例中’磁碟 控制器11〇可以同時存取hiDE/ATa硬碟機15〇a〜l5〇d， 每個IDE/ATA硬碟機150a〜150d均支援八以_66的护準，

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=陣列控制器110每秒總處理能力（thr〇ughput)可達 ^萬位凡、組。任何熟習此技藝者當明瞭磁碟陣列控制器 4 0亦可以，、存取4個iDE/ata硬碟機中的部份丨此/Au硬碟 ”磁碟陣列控制裝置丨00的介面轉換器12〇在磁碟陣列控 制态11〇傳送資料至介面轉換器12〇時，接收ide/ata介面 112 之4 組 IDE/ΑΤΑ 訊號 112a〜112d，將 IDE/ATA 訊號

U2a〜112d轉變為相對應的4組差動訊號122a〜122d，並且 在磁碟陣列控制器1丨〇從介面轉換器丨2 〇接收資料時，將差 動訊號122&〜122(1轉變為相對應的11)£：/八1^介面112之4組 1別/八1八訊號112&〜112(1。網路介面單元13()具有一網路輸 出入埠132連接一網路2〇，網路介面單元丨3〇經由共享匯流 排介面114耦接磁碟陣列控制器11〇，以接收來自共享匯流 排11 6之負料並經由網路輸出入埠1 3 2傳送至網路2 〇，且經 由網路輸出入璋1 3 2接收來自網路2 〇之遠端資料並傳送至 共享匯流排116。與磁碟陣列裝置相關的介面轉換器14〇在 IDE/ΑΤΑ硬碟機150a〜150d傳送資料至介面轉換器14〇時， 接收I D E / A T A硬碟機1 5 0 a〜1 5 0 d之各組磁碟介面信號 142a〜142d，將各組磁碟介面信號142a〜142d各自獨立地轉 變為相對應的差動訊號122a〜122d，並且在介面轉換器140 從介面轉換器1 2 〇接收資料時，將差動訊號丨2 2 a ~ 1 2 2 d轉變 為相對應的各個IDE/ΑΤΑ硬碟機150a〜150d之各組IDE/ATA 信號142a〜142d。 接下來針對介面轉換器1 2 〇及介面轉換器丨4 〇做更詳細 的描述’參考第2圖’介面轉換器1 2 0包括4個平行/串列訊

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案號 90120825 五、發明說明（7) 5虎互換|§ 2 0 2 a〜2 0 2 d以及4個差動訊號收發器 (transceiver) 2 04a〜2 04d。在磁碟陣列控制器！ 1〇傳送資 料至介面轉換器1 2 0時，4個平行/串列訊號互換器 202a〜202d各自接收IDE/ΑΤΑ介面112之各組IDE/ΑΤΑ訊號 112a〜112d，將4組IDE/ΑΤΑ訊號112a〜112d獨立地轉變為、目 對應的4組南速的數位串列訊號2 1 2 a〜2 1 2 d，然後4個差動 訊號收發器2 0 4 a〜2 0 4 d則將各組數位串列訊號2 1 2 a〜2 1 2 d轉 變為相對應的4組差動訊號122a〜12 2d。另一方面，在磁碟 陣列控制器1 1 0從介面轉換器1 20接收資料時，差動訊號收 發器204a〜2 04d將各組差動訊號122a〜122d轉變為相對應的 4組數位串列訊號2 12a〜21 2d，然後平行/串列訊號互換器 20 2a〜2 02d將4組數位串列訊號2 12a〜21 2d各自獨立地轉變 為相對應的I D E / A T A介面1 1 2之4組I D E / A T A訊號 1 12a〜11 2d。如第3圖所示，介面轉換器140包括4個平行/ 串列訊5虎互換3 0 2 a〜3 0 2 d以及4個差動訊號收發器 304a〜304d。在IDE/ΑΤΑ硬碟機150a〜150d傳送資料至介面 轉換器140時，4個平行/串列訊號互換器3〇 2a〜3 0 2d將接收 之4組I D E / A T A信號1 4 2 a〜1 4 2 d各自獨立地轉變為相對應的4 組高速的數位串列訊號3 12a〜31 2d，然後4個差動訊號收發 器304a〜3 04d則將各組數位串列訊號3 12a〜31 2d轉變為相對 應的4組差動訊號122a〜122d。另一方面，在介面轉換号 1 4 0從介面轉換器1 2 0接收資料時，差動訊號收發器 30 4a〜3 04d將各組差動訊號122a〜12 2d轉變為相對應的4組 數位串列訊號3 12a〜31 2d，然後平行/串列訊號互換器 30 2a〜30 2d將4組數位串列訊號3 12a〜31 2d各自獨立地轉變

0719-661lTWFl.ptc 第11 579503 (〇 修正 ./>月 案號 90120825 五、發明說明（8) 1 為相對應的4組IDE/ΑΤΑ信號142a〜142d。 在本實施例中，差動訊號收發器2 0 4 a〜2 0 4 d與差動訊 號收發杰、3 0 4 a〜3 0 4 d係一種低壓差動訊號（L 〇 w V ο 11 a g e Differential Signal，LVDS)收發器，利用LVDS 收發器所 產生的差動訊號具有低雜訊、低功率、高傳輸速率和傳送 距離可達1〇公尺的優點，將原本每組4(Mi^IDE/ATA、平行傳 輸的訊號轉變為差動訊號，如此每組差動訊號即使包括電 源與接地訊號仍可以精簡成1〇條訊號的介面，而降低磁碟 陣列配線的困難度。 第4圖疋磁碟陣列控制裝置1〇〇之網路介面單元的 方塊圖，其中媒體存取控制CMedia Access c〇n汀Ql， MAC)電路402在網路儲存裝置1〇傳送資 =享匯流排"6將來自共享匯流排介面" ；透 時，、將1料:在網路儲存裝置1 0從網路2〇接收資料 式。實體（PhyS1Cal)電路404予/^非^=資料格 路·且經由訊號線414竊I網路由2 ·舰C電 4〇4將來自MAC電路402之資料付_匕出入埠132，實體電路 132收發的遠端資料之網路實體^與透過網路輸出入埠 換。藉由網路介面單元i3〇 : P ysica:)訊號做互 網路進行遠端儲存管理。本實存#置1G可直接連上 任何網路型態，有線或無線網路2太，路20並不揭限於 圍。 均為本發明所實施的範 雖然本發明已以一具體實. ]揭路如上’然其僅為了 579503 案號 90120825 ⑽1>月 修正 五、發明說明（9) 易於說明本發明之技術内容，而並非將本發明狹義地限定 於該實施例，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，所作更動與潤飾當為本發明所涵蓋，因此本發 明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

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Claims (1)

1. /yjuj /yjuj ^年/〇月，曰 *· - - -u 325- 修正 .¾ 六、^ 控制裝置，包括 一磁碟陣列控舍 行訊號以及_丑吉 /、有一平行介面以傳收複數組平 -介面轉換面以傳收一儲存資料; 數組平行訊' 將上述磁碟陣列控制器傳送之上述複 訊號，差動⑷fie咖1al) 複數:组平行訊號以號=為相對應的 路，上】：：：：：’具有一網路輸出入埠以外接-網 共享匯面早_接於上述磁碟陣列控制器之上述 資料i蛵由f! +以接收來自上述共享匯流排介面之儲存I 入埠傳送至上述網路，且經由ΐ 上述共享匯流排介面。 還鳊資枓並傳送至 中上2;.::::專利粑圍第1項所述磁碟陣列控制裝置，其. f上述介面轉換器包括·· 六 ，數個平行/串列訊號互換器，用來在上述磁碟陣列 控制益傳达資料至上述介面轉換器時，接收上述平 數組平行訊號’將上述複數組平行訊號各自獨立 地轉炎為相對應的複數組數位串列訊號，並且在上 陣列控制器從上述介面轉換器接收資料時，將上述複細_ 數位串列訊號各自獨立地轉變為相對應的上述平夕 上述複數組平行訊號；以及 1 < 複數個差動訊號收發器，用來在上述磁碟陣列控 傳送資料至上述介面轉換器時’將上述複數組數 號轉變為相對應的上述複數組差動訊號，计B + L α 〇κ -—-—_— 业且任上述磁碟 0719-661TWF2;MFLIN.ptc 第14頁 579503 童遞90120825 气>年|〇月2日 條正 六、申請專利範圍 陣列控制器從上述介面轉換器接收資料時，將上述複數組 差動訊號轉變為相對應的上述複數組數位串列訊號。 3 ·如申請專利範圍第2項所述磁碟陣列控制裝置，其 中上述差動訊號收發器係低壓差動訊號（L〇w v〇ltage Differential Signal ，LVDS)收發器。 4 ·如申清專利範圍第丨項所述磁碟陣列控制裝置，其 :上述磁碟陣列控制器係一RAID控制器，以提供至少兩種 級以上之磁碟容錯（disk fault tolerance)功能。 5·、如申清專利範圍第1項所述磁碟陣列控制裝置，其 中上述平行介面係符合IDE/ΑΤΑ標準。 · 丨 6 ·如申凊專利範圍第丨項所述磁碟陣列控制裝置， 中上述網路介面單元包括： 、 傳送；取控制電· ’用來在上述磁碟陣列控制裝置 诚铋户2 述網路時，將來自上述共享匯流排介面的上- 資料I資ΐ轉變為遵循乙太網路媒體存取控制層標準的一 料時，：：辻i i述磁碟陣列控制裝置從上述網路接收資 資料格式；ίί 流轉變為上述共享·流排介面的- 述資料：體，用來將來自上述媒體存取控制電路之上 換。，70 "IL、來自上述遠端資料之網路實體層訊號做互 7. —種網路儲存裝置，包括： 號 複數個磁碟設備，每一磁碟設備提供一組磁碟介面信 麵 器’具有一平行介面 …〒 第15頁 〇719-66nW2;MFLIN.ptc 579503 修正 _案號 90120S% 曰 ’V申請專利範圍 … 行訊號=及：共享匯流^^收一儲存資料； 一弟一"面轉換器，將上述磁碟陣制哭 述複數組平行訊號轉變為相對應的複數組^ 專迗之上 differential)訊號輸出，並且將上述第一入 號轉變為相對應的複數…訊= 信號各自獨立地：：：相：備之磁碟介面 之複數組差動訊號，並且將上述第—=—"面轉換器接收 數組差動訊號轉變為相對應的複數組換器輪出之複 至上述各個磁碟設備；以及 、、、/、；丨面#號以輸出 一網路介面單元，具有一網路輪 丑上述網路介面單元耦接於上述磁碟陳以外接—網 旱匯流排介面，以接收來自上述妓古、，列控制器之上述 :存資料並經由上述網路輸出入埠傳=流排介面之上述 由=網路輸出入埠接收來自上述網網路，且經 运至上述共享匯流排介面。 您端資料並傳 述第8二Π Li利範圍第7項所述網路儲存f置 币…"面轉換器包括： 仔表置，其中上 複數個第一平行/串列訊號互換 =列，制器傳$資料至上述第一介、面’用來在上述磁碟 各m之上述複數組平行訊號，將t器時’接收上述 且在上述磁2 t 设數組第1位“孔號 時 兹累陣列控制器從上述第一介 串列訊號，並 ——第-數位串列訊號各自^換器接收資料 0719-661lTWFl.ptc 第16頁 579503 山--j號9m?n奶r 日 /、、申請專利範圍 野應的上述平行入而 「’以 - 』上述十仃介面之上述 :數個第一差動訊 H亍訊號；以及 =傳送資料至上述第—介面二用來在上述磁碟陣列控 ，位串列訊號轉變為相對應=、益時，將上述複數組第 护上述磁碟陣列控制器、從上；述複數、敏差動訊號，並 :數：ί述複數組差動訊號轉變：：：：轉換器接收資料 數位串列訊號。 馮相對應的上述複數組第 9·如申請專利範圍 述第二介面轉換器包括：、述網路儲存裝置，其中上 複數個第二平行/串 個磁碟設備傳送f料至°〜5·人換器，用來在上述複數 各個磁碟設備之磁碟介面= = — "面轉換器時，接收上述 碟介面信號各自獨立地M r= ^ ’將上述各個磁碟設備之磁 列訊號，ϋ且在上述第”複數組第二數位串 器接收資料時，將上述‘、=，上述第一介面轉換 及 ^各個磁碟叹備之磁碟介面信號；以 複數個第二差動訊旁 設備傳送資料至上述筮化x 口口 來在上述複數個磁碟 二數位介面轉換器•，將上述複數組第 且在上對應的上述複數組差動訊號，並 時’將上述複數組差動二：二ί工：：面轉換器接收資料 二數位串列訊號。虎轉"相對應的上述複數組第 1^如中請專利範圍第9項所述網 數個第二差動，;ί;係為：i I _ϋ»ι»ϋϋ； --— 第17頁 〇7l9-6611TWFl.ptc 1 579503 修正 曰 六、申請專利範圍 t _________ =訊號aQwVGltageDlfierentialSignai，LvDs)收 11,如申請專利範圍第7項所述網路 碟陣列控制器係一難控制器 其中上 乂上，磁碟容錯⑷sk fault toleranc〇功J-兩種等級 其中上 其中上 述平"人如申請專利範圍第7項所述網路儲存^置 +仃；丨面係符合IDE/ΑΤΑ標準。 凌置 述磁L3.入如_請專利範目第7項所述網路儲存梦里 这磁碟介面信號係符合IDE/ΑΤΑ標準。存凌置 其中上 述網路介面單\ 專包„ 7項所述網路儲存裝置 一 一媒體存取控制電路，用來.μ、+、 ;料至上述網路時’將來自上述共享^路儲存裝置傳送 c元流轉變為上述共…格將 一實體電路，用夾 ;資料位元流與來自上述電路之上 體層矾號做互 0719^661lTWFl.ptc 第18頁