基于SoPC的iSCSI存储控制器设计与优化

论文摘要

对象存储兼具块接口存储和文件存储的优点,具有高性能、安全的特点。iSCSI（Internet Small Computer System Interface）存储控制器是对象存储控制器与客户端交互的接口,完成文件到对象的映射及iSCSI协议的解析。为了验证该存储控制器的功能并为今后Xilinx平台的开发移植工作作好铺垫,采用赛灵思ML300开发板搭建了一个原型系统并对系统进行了优化。采用可编程片上系统和嵌入式Linux架构来实现iSCSI存储控制器。SoPC系统具有设计修改灵活,可定制软硬件功能分界面优化系统性能的优点。使用开发板的FPGA芯片以IP核的形式生成系统的硬件平台。选用Linux操作系统不仅便于内核的修改与裁剪,而且方便上层iSCSI程序的移植。移植开源的UNHiSCSI程序作为上层应用程序,实现iSCSI的发起端与目标端间的通讯,作为系统的软件模型。由于TCP层的处理会占用大量的CPU资源,同时增加事务处理的延时。对TCP协议进行了部分卸载,将TCP校验和操作交由硬件核来完成;与此同时,采用了SG-DMA传输模式来加快网卡与内存之间的数据传输。SG-DMA模式能有效减少处理器的中断次数,避免频繁的上下文切换。借助DMA数据对齐引擎能进一步加快DMA控制器的数据访问效率。此外为了提高数据包在内核协议栈中的处理效率,分析了网络协议栈的轻量化技术,并取得了初步成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 对象存储系统OBSS
• 1.3 国内外研究现状及发展
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 SoPC 嵌入式系统开发
• 2.1 嵌入式系统开发
• 2.2 SoPC 技术及模型
• 2.3 本章小结
• 3 iSCSI 存储控制器的设计
• 3.1 iSCSI 存储控制器工作原理
• 3.2 ML300 FPGA 平台
• 3.3 建立控制器硬件平台
• 3.4 操作系统移植
• 3.5 iSCSI 软件应用层
• 3.6 本章小结
• 4 系统性能优化
• 4.1 传输层校验和卸载
• 4.2 DMA 的优化
• 4.3 网络协议栈轻量化
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献