智能网络磁盘（IND）存储系统硬件平台研究与设计

论文摘要

存储系统的可靠性、稳定性是对存储系统最基本的要求。随着用户量的迅速发展和数据量的爆炸性增长，传统存储方案均存在单点故障与性能瓶颈现象。本文旨在从硬件平台角度提出一种全新的存储解决方案——IND存储系统，解决传统存储方案中共有的不足。IND存储系统是存储方案的一种新的思路，受到国家自家科学基金与湖南省科学基金项目的资助，对其关键技术进行研究具有较好的理论与应用价值。文章首先研究了当今存在的各种存储方案，分析出它们存在单点故障与性能瓶颈的根源在于其体系结构本身，其次提出一种全新的存储解决方案----IND存储系统。IND存储系统采用开放的体系结构，整个系统采用基于嵌入式系统的同构IND单元组成，采用虚拟存储技术，IND存储系统如一个逻辑磁盘。概要性的设计了IND存储系统的功能组成模块，阐述了各功能模块与系统的工作原理，指出它是一种很有发展潜力的存储方案。进一步设计了IND存储系统硬件平台，分析了IND存储系统嵌入式硬件平台构建的原理，磁盘接口的理论基础，IND存储系统接入网络的实现原理。在此基础上以S3C44BOX为核心进行了最小核心电路实现，扩展了系统的内存与固态程序存储器，并实现了以RTL8019AS网卡为基础的IND存储系统网络接入电路，实现了基于IDE的IND存储系统磁盘接口电路。论文分析了IND存储系统下IDE接口与网卡的工作原理，最后设计了在嵌入式uCLinux操作系统下的磁盘接口驱动软件、网络接口驱动软件，使数据能在平台上透明流动。本文的研究与设计克服了传统存储方案存在的性能瓶颈与单点故障问题，提出了一个全新的IND存储系统体系结构，构建了IND存储系统硬件平台，设计了其驱动软件，为更进一步的研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目来源、研究背景
• 1.2 国内外存储现状与技术分析
• 1.2.1 DAS存储
• 1.2.2 NAS存储
• 1.2.3 SAN存储
• 1.2.4 其它存储方案
• 1.3 本文要研究的目标、内容与意义
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 IND存储方案
• 2.1 IND存储方案的提出
• 2.2 IND存储方案分析
• 2.2.1 基于嵌入式的IND单元
• 2.2.2 IND存储单元硬件组成
• 2.2.3 IND存储软件功能模块
• 2.3 IND存储方案工作原理
• 2.4 IND存储方案的特点
• 2.5 IND存储方案的应用前景
• 2.6 小结
• 第三章 IND存储系统硬件平台设计
• 3.1 IND存储系统嵌入式平台设计
• 3.1.1 嵌入式平台的核心
• 3.1.2 基于嵌入式的IND平台组建原理
• 3.2 IND存储系统磁盘接口设计
• 3.2.1 常见的磁盘接口
• 3.2.2 IND单元磁盘接口设计
• 3.3 IND存储系统网络接入设计
• 3.3.1 基于嵌入式的 IND单元网络接入方案
• 3.3.2 IND存储系统的网络接入体系结构与 TCP/IP实现方案
• 3.3.3 IND存储系统接入网络的模块设计
• 3.3.4 IND存储系统的网络接入设计
• 3.4 小结
• 第四章 IND存储系统硬件平台的实现
• 4.1 IND存储系统嵌入式平台实现
• 4.1.1 IND存储系统嵌入式处理器选择
• 4.1.2 IND存储系统核心电路实现
• 4.1.3 IND存储系统电路实现
• 4.2 IND存储系统磁盘接口实现
• 4.2.1 IDE接口
• 4.2.2 IND存储系统磁盘接口实现
• 4.3 IND存储系统网络接入实现
• 4.3.1 IND存储系统网络接入硬件选择
• 4.3.2 RTL8019AS芯片引脚定义，连接方式
• 4.3.3 基于 RTL8019AS的IND网络接入实现
• 4.4 小结
• 第五章 IND存储系统平台驱动软件设计
• 5.1 驱动程序概述
• 5.2 IND存储系统的IDE驱动
• 5.2.1 IDE接口工作原理
• 5.2.2 IND存储系统的IDE接口驱动实现
• 5.3 IND存储系统的网络接口驱动
• 5.3.1 IND系统的网卡结构与功能
• 5.3.2 IND系统的网卡内部寄存器
• 5.3.3 IND系统的网卡内部寄存器分配与I/O地址分配
• 5.3.4 IND系统网卡控制基本原理
• 5.3.5 IND存储系统网络接口驱动的实现
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的总结
• 6.2 研究工作的进一步展望
• 参考文献
• 附录: 部分程序代码和 IND系统硬件单元图
• 附录一: IND存储系统网卡初使化、读数据、发送数据程序
• 附录二: IND系统硬件单元成品图
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果