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基于ROC架构的SAS RAID卡硬件设计与实现

2020-12-03阅读(886)

基于ROC架构的SAS RAID卡硬件设计与实现

论文摘要

随着计算机服务器行业的迅速发展,技术的更新日益频繁,客户的应用也越来越广泛,特别是近年来,传统行业信息化建设、互联网、信息安全和航天事业等等的迅速发展,对服务器产品提出了更高的要求:性能更高、安全性更好、可靠性和稳定性更有保障。RAID(Redundant Array of Inexpensive/IndependentDisks,即廉价/独立磁盘冗余阵列)卡作为服务器产品中的关键部件,对以上方面的优化起着至关重要的作用。SAS(Serial Attached SCSI(SCSI—SmallComputer System Interface,小型计算机系统接口),即串行SCSI)为下一代主流的存储接口,因此进行SAS RAID卡的研究和设计,对于掌握服务器存储子系统的核心技术,提高产品的差异化,提升产品的核心竞争力和降低成本有着重要的现实意义。本论文是以浪潮集团高效能服务器和存储技术国家重点实验室承担的国家863计划课题“浪潮高性能服务器”为背景,该项目是为了解决随需扩展、高速通讯、集中管理与控制、远程监控等应用的诸多技术难题,同时也是为我国研制具有自主知识产权的高性能服务器打下坚实的基础,提高产品的差异化和竞争力,进一步缩小同欧美技术强国的差距,并且大幅度的降低成本。本文的目的是设计一种基于ROC(RAID on Chip,即芯片集成RAID)架构的SAS RAID卡,使其来满足高性能服务器的高速通讯,并且进一步提高系统的安全性和可靠性。论文采用“模块化”设计思路,将系统硬件分解为内存模块、PCI Express模块、SAS模块和电源模块四个主要部分,这是本系统的“骨架”所在;各模块的原理图设计、PCB实现、调试和测试等等,这是本系统的“灵魂”所在。在设计过程中,提出了SAS RAID卡的最优设计方案,对DDR2内存工作原理、PCI Express协议、SAS协议、核心控制芯片进行了深入的分析和研究,对高速信号的PCB实现、信号完整性的测试进行了深入的理解和应用,并对SAS RAID卡总结出一套完整有效的测试方法。本文首先对RAID技术、RAID的发展现状进行了阐述,结合技术的发展趋势,提出基于ROC架构的SAS RAID卡的设计方案。根据方案,对系统的各个组成部分进行了分析和硬件原理图设计,如内存、PCI Express、SAS和电源等主要模块。论文接下来对SAS RAID卡的PCB设计,从元器件的布局、各子系统高速信号布线的原则等方面进行了详细的阐述,其中内存PCB设计是最重要的部分。随后对调试阶段发现的问题进行了归纳和总结,并提出针对性的解决办法。然后,对SAS RAID卡结构、信号完整性、功能、兼容性、可靠性和性能等方面进行测试,结果达到了预期的效果。最后,是本文的总结,对整个课题的研究内容进行了概括,并根据技术的发展趋势,提出了下一步研究的内容。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 英文缩写索引
  • 第一章 绪论
  • 1.1 RAID技术的发展概况
  • 1.1.1 RAID技术概述
  • 1.1.2 RAID系统分析
  • 1.1.3 RAID实现方案
  • 1.2 研究现状及意义
  • 1.3 论文主要研究内容及结构
  • 第二章 SAS RAID卡总体方案
  • 2.1 系统设计目标
  • 2.2 方案确定
  • 2.3 系统结构
  • 2.4 系统功能
  • 第三章 SAS RAID卡原理图设计
  • 3.1 SAS RAID卡原理图设计目标
  • 3.2 SAS RAID卡控制芯片选型
  • 3.3 内存子系统设计
  • 3.3.1 读操作工作原理
  • 3.3.2 写操作工作原理
  • 3.4 PCI EXPRESS子系统设计
  • 3.5 SAS子系统设计
  • 3.6 电源子系统设计
  • 第四章 SAS RAID卡PCB实现
  • 4.1 PCB实现原则
  • 4.1.1 元器件布局
  • 4.1.2 PCB布线规则
  • 4.2 PCB抗干扰设计要求
  • 4.3 各主要子系统PCB实现
  • 4.3.1 PCI Express子系统PCB实现
  • 4.3.2 SAS子系统PCB实现
  • 4.3.3 内存子系统PCB实现
  • 第五章 SAS RAID卡调试
  • 5.1 调试目的
  • 5.2 电源模块调试
  • 5.3 内存模块调试
  • 5.4 SAS模块调试
  • 5.5 串口模块调试
  • 5.6 电池模块调试
  • 第六章 SAS RAID卡测试
  • 6.1 测试目的
  • 6.2 结构测试
  • 6.2.1 外观和装配检测
  • 6.2.2 尺寸测量
  • 6.3 信号完整性测试
  • 6.3.1 DDR2信号
  • 6.3.2 SAS信号
  • 6.3.3 PCI Express信号
  • 6.3.4 电源信号
  • 6.4 功能设置
  • 6.5 RAID基本功能测试
  • 6.6 硬盘兼容性
  • 6.7 可靠性测试
  • 6.8 性能测试
  • 第七章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者硕士期间发表的论文目录
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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