TWI768378B - 主機板及切換訊號來源的方法 - Google Patents

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Abstract

一種切換訊號來源的方法，適用於一主機板上的一儲存裝置，切換訊號來源的方法包含：依據一切換參數判斷一連接器是否耦接到一磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)卡；當判斷連接器沒有耦接到RAID卡，則建立軟體RAID。當判斷連接器耦接到RAID卡，則建立硬體RAID。藉此達到隨時可以切換採用硬體RAID或是軟體RAID的功效。

Description

主機板及切換訊號來源的方法
本發明實施例是關於一種切換訊號來源的方法，特別是關於一種適用於在主機板上切換儲存裝置的訊號來源的方法。
在伺服器的資料存取設備上，將多個單獨的儲存裝置(如硬碟、M.2 固態硬碟(solid-state drive，SSD))，利用虛擬化儲存技術整合在一起的方法，稱之為磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)，目的是提高資料儲存的性能、容量和可靠性。磁碟陣列分為軟體磁碟陣列(Software RAID)與硬體磁碟陣列 (Hardware RAID)，其中，軟體磁碟陣列是利用系統資源(電腦本身的處理器、記憶體、控制器…等等)和操作系統(軟體)來完成磁碟陣列，硬體磁碟陣列是使用磁碟陣列卡(RAID Card)內建的處理器，獨立管理及設置磁碟陣列功能。
此兩種磁碟陣列建構方式各有其優劣，軟體磁碟陣列占用伺服器運算資源較硬體磁碟陣列多，軟體磁碟陣列有操作系統的限定，硬體磁碟陣列則沒有操作系統的限定，軟體磁碟陣列所需的價格較硬體磁碟陣列低，因此，在硬體磁碟陣列與軟體磁碟陣列之間進行選擇，取決於工作目的和成本，這也常造成使用者在第一時間選擇的困擾。
此外，目前的主機板設計無法根據當下需求立即變更M.2 SSD成硬體或是軟體的磁碟陣列，目前的系統都是固定成一種磁碟陣列的方式，如需要變更磁碟陣列的方式就必須更換成另外一張主板，造成使用者在用戶體驗上顯得非常的不便利。
本揭露內容之一態樣提供了一種主機板包含一連接器、一多工器以及一控制器。連接器用以選擇性地耦接一磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)卡。多工器用以於開機後偵測一切換參數，依據切換參數判斷連接器是否耦接到RAID卡，並產生切換參數。控制器耦接至多工器。其中多工器依據切換參數接收來自控制器的軟體RAID建立訊號或接收來自RAID卡的硬體RAID建立訊號。
本揭露內容之一態樣提供了一種切換訊號來源的方法，適用於主機板上的儲存裝置，切換訊號來源的方法包含：藉由連接器選擇性地耦接磁碟陣列RAID卡，並產生切換參數。藉由耦接於連接器與控制器的多工器，偵測切換參數。藉由多工器，依據切換參數接收來自控制器的軟體RAID建立訊號或接收來自RAID卡的硬體RAID建立訊號。
本發明實施例所示之主機板及切換訊號來源的方法相較以往單源磁碟陣列控制器架構，能更靈活的自動切換多源磁碟陣列控制電路，可根據使用者的需求支援軟體RAID及/或硬體RAID，提供更好的靈活性並保持良好的訊號品質。此外，在高密度多節點伺服器(例如，2U4N伺服器架構)中，在不需要更換主機板的情況下，主機板及切換訊號來源的方法提供使用者依據自身根據效能或是成本考量，達到隨時自動可切換採用硬體RAID或是軟體RAID的功效。
以下說明係為完成發明的較佳實現方式，其目的在於描述本發明的基本精神，但並不用以限定本發明。實際的發明內容必須參考之後的申請專利範圍。
必須了解的是，使用於本說明書中的”包含”、”包括”等詞，係用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。
於申請專利中使用如”第一”、"第二"、"第三"等詞係用來修飾申請專利中的元件，並非用來表示之間具有優先權順序，先行關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。
在傳統的伺服器架構中，同一組的儲存裝置20、21(例如為M.2 SSD)只能有一種陣列架構，無法滿足在不同的應用有不同的磁碟陣列架構的選擇。一般而言，高密度多節點伺服器(例如，2U4N伺服器架構，在2U單位的機架(Rack)上有4張主機板100)其特點可支援四個節點(node)即四張主機板100，提供使用者靈活調整不同的節點配備，達成使用者所需的目的。但是傳統的設計無法根據當下需求立即變更儲存裝置20、21(如第1圖所示)成硬體磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)或是軟體RAID，傳統的系統都是固定成一種磁碟陣列的方式，如需要變更磁碟陣列的方式就必須更換成另外一張主機板100，造成使用者在用戶體驗上顯得非常的不便利，這一點也違背了設計2U4N server架構以達到靈活配置的目的。為同時能滿足不同的應用可有不同的磁碟陣列架構的選擇，讓使用者在購買伺服器後，不更換主板的情況下，還可有不同磁碟陣列的選擇，因此，本案提供了一種主機板100及切換訊號來源的方法200，使主機板100可以自動地切換採用硬體RAID或是軟體RAID。此外，主機板100及切換訊號來源的方法200適用於一般的伺服器架構，也適用於高密度多節點伺服器(2U4N server架構)。
請一併參照第1~2圖，第1圖係依照本發明一實施例繪示一種主機板100之方塊圖。第2圖係根據本發明之一實施例繪示一種切換訊號來源的方法200之流程圖。切換訊號來源的方法200可以由主機板100上的元件實施之。
於一實施例中，如第1圖所示，主機板100包含一多工器MUX、一控制器10、至少一儲存裝置20~21以及一連接器30。於一實施例中，連接器30選擇性地耦接於RAID卡40(Redundant Array of Independent Disks Card) ，並產生一切換參數。多工器MUX依據切換參數接收來自一控制器10的一軟體RAID建立訊號或接收來自RAID卡40的一硬體RAID建立訊號。
於一實施例中，一處理器50耦接於控制器10，處理器50用以作為儲存裝置20、21的資料處理。當連接器30耦接於RAID卡40時，處理器50透過RAID卡40存取資料。當連接器30沒有耦接於RAID卡40時，處理器50透過控制器10存取資料。
於一實施例中，控制器10可以由平台路徑控制器(Platform Controller Hub，PCH)實現之。
於一實施例中，處理器50可由體積電路如微控制單元(micro controller)、微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP )、現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或一邏輯電路來實施。
於一實施例中，儲存裝置20可以由硬碟、M.2 固態硬碟(solid-state drive，SSD)以實現之。於一實施例中，儲存裝置20、21耦接於多工器MUX，儲存裝置20、21根據切換參數之一第一參數值接收來自控制器10的軟體RAID建立訊號或根據切換參數之一第二參數值來自RAID卡40的硬體RAID建立訊號；當連接器30未耦接RAID卡40時，連接器30產生第一參數值的切換參數；當連接器30耦接RAID卡40時，連接器30產生第二參數值的切換參數。
於一實施例中，控制器10透過通訊介面(例如為串行高級技術附件(Serial Advanced Technology Attachment，SATA))耦接於多工器MUX。例如，控制器10透過SATA介面LA0耦接於多工器MUX的輸入通道INA0，例如，控制器10透過SATA介面LA1耦接於多工器MUX的輸入通道INA1。
於一實施例中，多工器MUX的輸出通道Dout0、Dout1透過通訊介面(例如為SATA或高速外部連結標準匯流排(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe))耦接到儲存裝置20~21。例如，多工器MUX的輸出通道Dout0透過SATA或PCIe介面LD0耦接至儲存裝置20，例如，多工器MUX的輸出通道Dout1透過SATA或PCIe介面LD1耦接至儲存裝置21。
於一實施例中，連接器30電性耦接至多工器MUX的選擇通道SEL。此外，連接器30透過SATA介面連接到多工器MUX的輸入通道INB0，且透過SATA介面連接到多工器MUX的輸入通道INB1。
本領域具通常知識者應可理解，主機板100上的元件僅為一例，在實作時，可以採用更多的多工器MUX、更多的儲存裝置、更多的連接器，以於儲存裝置上建構軟體RAID或硬體RAID(需耦接RAID卡)。另一方面，主機板100也可以只採用一個儲存裝置、一個輸入通道、一個輸出通道、一個連接器、一個控制器以建構軟體RAID或硬體RAID(需耦接RAID卡)。
於一實施例中，控制器10可以在儲存裝置20、21上建構軟體RAID。硬體RAID則需要在連接器30有連接到RAID卡40的情況下，由RAID卡40在儲存裝置20、21上建構硬體RAID。其中，軟體RAID是利用系統資源(電腦本身的處理器、控制器10…等等)和操作系統(軟體)來完成磁碟陣列，硬體RAID是使用RAID卡40內建的處理器，獨立管理及設置磁碟陣列功能。以下以第2圖說明切換訊號來源的方法200。
於一實施例中，於開機後(例如按下主機的開機鍵後)進入步驟210。於一實施例中，多工器MUX用以依據切換參數以選擇一儲存裝置的一訊號來源。
於步驟210中，藉由一多工器MUX依據一切換參數判斷一連接器30是否耦接到一RAID卡40。若是，進入步驟230，若否，進入步驟220。
於一實施例中，在開機後，多工器MUX的通用的輸出和輸入的接腳(General Purpose I/O，GPIO)偵測切換參數目前為1(第一參數值)或0(第二參數值)，處理器50即可透過RAID卡40或控制器10來存取儲存裝置20、21。
於一實施例中，當多工器MUX判斷切換參數為第一參數值時，代表連接器30沒有耦接到RAID卡40，則進入步驟220。當多工器MUX判斷切換參數為第二參數值時，代表連接器30耦接到RAID卡40，則進入步驟230。
於步驟220中，多工器MUX接收來自控制器10的一軟體RAID建立訊號，使儲存裝置20、21的一訊號來源由控制器10提供。
於一實施例中，連接器30傳送切換參數至多工器MUX的選擇通道SEL。
於一實施例中，第一參數值為1，代表高準位，多工器MUX收到第一參數值之切換參數後，會開啟對應控制器10的至少一第一通道(例如為輸入通道INA0、INA1)，以接收來自控制器10之第一訊號來源(即，使訊號來源是來自控制器10)。換言之，當切換參數為1時，建立軟體RAID所需的資料或訊號都會由控制器10透過SATA介面LA0、LA1送到多工器MUX的輸入通道INA0、INA1，再透過多工器MUX的輸出通道Dout0、Dout1透過SATA或PCIe介面LD0、LD1將資料或訊息送往儲存裝置20、21。
於一實施例中，當連接器30沒有耦接到RAID卡40時，連接器30將第一參數值傳送到多工器MUX，促使控制器10傳送軟體RAID建立訊號至多工器MUX，使訊號來源由控制器10提供，使得控制器10得以於儲存裝置20、21上建立一軟體RAID。
於一實施例中，控制器10的訊號來源採用等化(Equalization)及去強調(De-Emphasis)的技術，來達成訊號品質最佳化，以提供儲存裝置20、21優良的訊號品質。
於一實施例中，處理器50可以存取儲存裝置20、21以進行運算，例如，處理器50發出一讀取訊號，此讀取訊號的傳送路徑為依序經過：控制器10、SATA介面LA0、LA1、多工器MUX的輸入通道INA0、INA1、多工器MUX的輸出通道Dout0、Dout1、介面LD0、LD1，以到儲存裝置20、21取得對應讀取訊號的資料，並依照原路徑將資料回傳到處理器50。
於一實施例中，在連接器30沒有耦接到RAID卡40的情況下，預設控制器10於儲存裝置20、21上建立一軟體RAID。
於步驟230中，多工器MUX接收來自RAID卡40的一硬體RAID建立訊號，使儲存裝置20、21的訊號來源由RAID卡40提供。
於一實施例中，連接器30傳送切換參數至多工器MUX的選擇通道SEL。
於一實施例中，第二參數值為0，代表低準位，多工器MUX收到第二參數值之切換參數後，會開啟對應連接器的至少一第二通道(例如為輸入通道INB0、INB1)，以接收來自RAID卡40之第二訊號來源(即，使訊號來源切換至來自RAID卡40)。換言之，當切換參數為0時，建立硬體RAID所需的資料或訊號都會由連接器30透過SATA介面LB0、LB1送到多工器MUX的輸入通道INB0、INB1，再透過多工器MUX的輸出通道Dout0、Dout1透過SATA或PCIe介面LD0、LD1將資料或訊息送往儲存裝置20、21。
於一實施例中， RAID卡40的訊號來源採用等化及去強調的技術，來達成訊號品質最佳化，以提供儲存裝置20、21優良的訊號品質。透過RAID卡40建立硬體RAID，可以減少控制器10的運算負擔。於一實施例中，處理器50可以存取儲存裝置20、21以進行運算，例如，處理器50發出一讀取訊號，此讀取訊號的傳送路徑為依序經過： RAID卡40、連接器30、SATA介面LB0、LB1、多工器MUX的輸入通道INB0、INB1、多工器MUX的輸出通道Dout0、Dout1、介面LD0、LD1，以到儲存裝置20、21取得對應讀取訊號的資料，並依照原路徑將資料回傳到處理器50。
於一實施例中，當連接器30偵測到RAID卡40被拔除，則執行步驟220，在儲存裝置20、21重建軟體RAID。
由上述可知，當多工器MUX接收到第一參數值的切換參數時，多工器MUX接收控制器10提供之一第一訊號來源，以使控制器10於儲存裝置20、21上建立一軟體RAID；當多工器MUX接收到第二參數值的切換參數時，多工器MUX接收連接器30連接的RAID卡40提供之一第二訊號來源，以使該RAID卡40於儲存裝置20、21上建立一硬體RAID。
綜上，主機板及切換訊號來源的方法相較以往單源磁碟陣列控制器架構，能更靈活的自動切換多源磁碟陣列控制電路，可根據使用者的需求支援軟體RAID及/或硬體RAID，提供更好的靈活性並保持良好的訊號品質。此外，在高密度多節點伺服器(例如，2U4N伺服器架構)中，在不需要更換主機板的情況下，主機板及切換訊號來源的方法提供使用者依據自身根據效能或是成本考量，達到隨時自動可切換採用硬體RAID或是軟體RAID的功效。
100:主機板 10:控制器 20,21:儲存裝置 30:連接器 40:RAID卡 50:處理器 MUX:多工器 LA0,LB0,LA1,LB1,LD0,LD1:介面 INB0,INA,INB1,INA1:輸入通道 Dout0,Dout1:輸出通道 SEL:選擇通道 200:切換訊號來源的方法 210~230:步驟
第1圖係依照本發明一實施例繪示一種主機板之方塊圖。 第2圖係根據本發明之一實施例繪示一種切換訊號來源的方法之流程圖。
200:切換訊號來源的方法
210~230:步驟

Claims (12)

  1. 一種主機板，包含：一連接器，用以選擇性地耦接一磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)卡，並產生一切換參數；一多工器，耦接於該連接器，用以偵測該切換參數；以及一控制器，耦接至該多工器；其中該多工器依據該切換參數接收來自該控制器的一軟體RAID建立訊號或接收來自該RAID卡的一硬體RAID建立訊號；其中當該連接器未耦接該RAID卡時，該連接器產生一第一參數值的該切換參數；其中當該連接器耦接該RAID卡時，該連接器產生一第二參數值的該切換參數。
  2. 如請求項1之主機板，更包括：一儲存裝置，耦接於該多工器，用以根據該切換參數之該第一參數值接收來自該控制器的該軟體RAID建立訊號或根據該切換參數之該第二參數值來自該RAID卡的該硬體RAID建立訊號。
  3. 如請求項2之主機板，其中當該多工器接收到該第一參數值的該切換參數時，該多工器接收該控制器提供之一第一訊號來源，以使該控制器於該儲存裝置上建立一軟體RAID；當該多工器接收到該第二參數值的該切換參數時，該多工器接收該RAID卡提供之一第二訊號來源，以使該RAID卡於該儲存裝置上建立一硬體RAID。
  4. 如請求項3之主機板，其中該第一參數值為一高準位，該多工器收到該第一參數值之該切換參數後，會開啟對應該控制器的至少一 第一通道，以接收來自該控制器之該第一訊號來源。
  5. 如請求項3之主機板，其中該第二參數值為一低準位，該多工器收到該第二參數值之該切換參數後，會開啟對應該連接器的至少一第二通道，以接收來自該RAID卡之該第二訊號來源。
  6. 如請求項2之主機板，其中該連接器沒有耦接到該RAID卡的情況下，預設產生該第一參數值之該切換參數至該多工器，以使該控制器於該儲存裝置上建立一軟體RAID。
  7. 一種切換訊號來源的方法，適用於一主機板上的一儲存裝置，該切換訊號來源的方法包含：藉由一連接器選擇性地耦接一磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)卡，並產生一切換參數；藉由耦接於該連接器與一控制器的一多工器，偵測該切換參數；以及藉由該多工器，依據該切換參數接收來自一控制器的一軟體RAID建立訊號或接收來自該RAID卡的一硬體RAID建立訊號；其中當該連接器未耦接該RAID卡時，該連接器產生一第一參數值的該切換參數；其中當該連接器耦接該RAID卡時，該連接器產生一第二參數值的該切換參數。
  8. 如請求項7之切換訊號來源的方法，更包含：藉由一儲存裝置耦接於該多工器，該儲存裝置用以根據該切換參數之該第一參數值接收來自該控制器的該軟體RAID建立訊號或根據該切換參數之該第二參數值來自該RAID卡的該硬體RAID建立訊號。
  9. 如請求項8之切換訊號來源的方法，更包含：其中當該多工器接收到該第一參數值的該切換參數時，該多工器接收該控制器提供之 一第一訊號來源，以使該控制器於該儲存裝置上建立一軟體RAID；當該多工器接收到該第二參數值的該切換參數時，該多工器接收該RAID卡提供之一第二訊號來源，以使該RAID卡於該儲存裝置上建立一硬體RAID。
  10. 如請求項9之切換訊號來源的方法，其中該第一參數值為一高準位，該多工器收到該第一參數值之該切換參數後，會開啟對應該控制器的至少一第一通道，以接收來自該控制器之該第一訊號來源。
  11. 如請求項9之切換訊號來源的方法，其中該第二參數值為一低準位，該多工器收到該第二參數值之該切換參數後，會開啟對應該連接器的至少一第二通道，以接收來自該RAID卡之該第二訊號來源。
  12. 如請求項8之切換訊號來源的方法，其中該連接器沒有耦接到該RAID卡的情況下，預設產生該第一參數值之該切換參數至該多工器，以使該控制器於該儲存裝置上建立一軟體RAID。
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