SAS扩展器的设计与实现

论文摘要

SAS(Serial Attached SCSI,串行小型计算机系统接口)是一种面向企业级应用的串行磁盘接口,SAS协议综合了并行SCSI和串行连接技术的优势,是一个以串行通讯协议为基础架构的多层次点对点协议。目前普遍采用的SAS存储系统是SAS控制器与终端设备直接相连的单主机模式,这种模式受制于控制器的端口数量和带宽,很难发挥出SAS系统的高可靠、高灵活和高扩展性等优势。SAS扩展器是SAS协议中定义的一种交换设备,它不仅可以扩展SAS系统的存储容量,还可以通过宽链接成倍地提高系统带宽。SAS扩展器系统的开发采用嵌入式系统工程的模式,根据硬件和固件两个方面进行SAS扩展器系统总体设计,提出解决方案。在硬件方面,采用集成MIPS处理器的PM8398芯片作为扩展器核心芯片,设计系统外围电路,利用复杂可编程逻辑器件控制系统的复位和外设中断,充分考虑了高速电路的信号完整性,采用低通滤波、端接电阻技术解决电源噪声和信号串扰反射问题,保证了信号的质量;在固件方面,根据SAS系统的需要,采用双镜像的本地启动加载模式,改进实时操作系统ThreadX中断响应机制,简化ThreadX线程状态集,加入消息传递的优先级策略,从而简化了系统线程调度和内存分配的复杂性,并提高了SAS系统的可靠性。中断的快速响应性能是实时系统的重要性能指标,为了能够在实时嵌入式操作系统平台上实现这一重要性能指标,提出了中断延时队列技术,来缩短中断响应的时间。中断延时队列技术通过对中断操作的缓存延时,实现了中断程序和操作系统的内核程序对关键数据的异步操作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 SAS 技术概述
• 1.2.2 嵌入式控制器
• 1.3 本课题研究内容
• 1.4 本文组织结构
• 2 SAS 扩展器系统总体设计
• 2.1 SAS 协议的层次架构
• 2.2 SAS 扩展器工作原理
• 2.3 扩展器系统结构
• 2.4 系统软硬件方案
• 2.4.1 硬件方案
• 2.4.2 软件方案
• 2.5 本章小结
• 3 SAS 扩展器硬件设计
• 3.1 系统硬件详细结构
• 3.2 电源和时钟分配
• 3.2.1 电源阻抗特性
• 3.2.2 电源分配网络作为信号回路
• 3.2.3 时钟分配
• 3.3 总线和接口设计
• 3.3.1 TWI 总线
• 3.3.2 系统接口
• 3.4 信号完整性分析
• 3.4.1 反射及其消除
• 3.4.2 串扰及其消除
• 3.4.3 电磁干扰（EMI）及其消除
• 3.5 CPLD 子系统
• 3.6 本章小结
• 4 SAS 扩展器固件设计
• 4.1 固件工作机制
• 4.1.1 初始化
• 4.1.2 线程调度
• 4.1.3 系统看门狗
• 4.2 实时操作系统 ThreadX 移植
• 4.2.1 系统初始化
• 4.2.2 内存管理
• 4.2.3 线程管理
• 4.2.4 消息队列
• 4.3 启动加载程序（BootLoader）
• 4.4 外围管理程序（EMA）
• 4.5 本章小结
• 5 扩展器中断处理机制
• 5.1 中断的快速响应
• 5.2 MIPS 4KEm 中断机制
• 5.3 中断延时队列的工作原理
• 5.4 中断延时队列的实现
• 5.5 中断延时队列的限制
• 5.6 本章小结
• 6 仿真与调试
• 6.1 信号完整性测试
• 6.1.1 眼图测试
• 6.1.2 抖动测试
• 6.2 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献