论文摘要
在数据采集、存储和处理的各个环节中,存储是一个支撑全局的基础性环节,但在诸如军工等关键应用领域中,基于磁盘的存储系统已无法同时满足性能和可靠性的要求。针对当前磁盘存储系统在军工等关键应用领域中所遇到的问题和面临的挑战,本文提出固态存储阵列系统技术方案。文章以高性能存储和灵活部署方式为目标,设计了固态存储系统的体系架构。该架构基于独立磁盘冗余阵列(RAID)技术,以具有片上RAID功能的IOP348处理器为核心,以SATA固态硬盘为基本存储单元。围绕该架构,本文研究并实现了可用于近距离传输的PCI Express传输通道以及可用于远距离传输的光纤传输通道。同时,为了实现存储系统的容量扩展和性能提升,设计了基于SAS接口的扩展通道。多种高速串行传输通道的采用,为存储系统提供了足够的带宽。通过研究和设计SATA协议逻辑单元以及NAND FLASH控制与管理,论文完成了SATA固态硬盘的设计方法。并通过RAID硬件加速引擎和Cache缓存机制,实现了快速RAID处理。论文最后提出了固态存储阵列设备硬件设计,实现了CPCIe架构和标准单元架构的存储设备,为满足军工等特殊存储需求提供了良好的选择,可以有效打破磁盘存储系统在军工领域造成的技术瓶颈,以实现苛刻环境条件下的高速数据存储。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 RAID 存储系统概述1.2 磁盘存储系统面临的挑战1.2.1 军工应用中的存储能力和部署方式分析1.2.2 存储系统面临的挑战1.2.3 固态硬盘概述1.3 课题的目的和意义1.4 固态存储系统的国内外研究概况1.5 论文的内容结构第二章 固态存储阵列系统体系架构研究2.1 磁盘阵列存储系统的实现方式2.1.1 RAID 磁盘阵列卡方式2.1.2 RAID 磁盘阵列柜方式2.2 固态存储阵列系统体系架构2.2.1 高速主机接口2.2.2 基本固态存储单元2.2.3 可扩展存储设计2.2.4 RAID 处理分析2.2.5 高速Cache2.2.6 运行状态监管2.3 本章小结第三章 固态存储关键技术研究与实现3.1 高速串行传输通道研究与设计3.1.1 传输通道的选择3.1.2 SAS 传输通道研究与设计3.1.3 PCIe 传输通道研究与设计3.1.4 光纤传输通道的设计3.2 SATA 固态硬盘设计3.2.1 SATA 固态硬盘系统架构设计3.2.2 SATA 协议的FPGA 实现3.2.3 NAND FLASH 存储管理3.2.4 SATA 固态硬盘性能概述3.3 RAID 功能分析与实现3.3.1 RAID 模式分析3.3.2 RAID 校验算法分析3.3.3 高性能RAID 的实现3.4 本章小结第四章 固态存储系统硬件设计4.1 机架式外置存储系统设计4.1.1 设备硬件构成4.1.2 近距离存储部署方式4.1.3 远距离存储部署方式4.1.4 存储系统扩展方式4.2 CPCIe 内置存储系统设计4.2.1 CPCIe 规范概述4.2.2 设备硬件构成4.2.3 部署方式4.3 本章小结第五章 系统性能测试与分析5.1 RAID 存储系统配置方式5.2 传输及存储性能测试结果与分析5.3 本章小结结束语致谢参考文献作者在学期间取得的学术成果
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