存储服务器SAS固件设计开发及实现

论文摘要

SAS（Serial Attached SCSI）即串行SCSI,是取代并行SCSI的企业级存储技术。与并行SCSI相比,利用Serial架构做资料传输的SAS,无论在扩充性、效能、可靠性和灵活性等方面,都比并行SCSI具有更优异的表现。SAS拥有并行SCSI经过验证的优点——稳定的可靠性、丰富和成熟的指令集,并使用串行架构,取得了惊人的传输量（6.0Gbits/sec）和显著的扩展性（利用扩展设备,最多可扩展到16348项设备）。同时SAS亦提供了SATA硬盘的兼容性,以满足每一个层次的存储需求,为需要的企业用户,提供了理想的解决方案。本课题的研究目的,是设计开发企业存储服务器产品的SAS固件,该产品是一款支持24块2.5”SAS/SATA硬盘的存储服务器。SAS固件运行在主板上的两块SAS扩展器芯片PM8005 36x6GSec中。本项目中的SAS固件,必须实现以下功能:硬盘管理、系统冗余管理、固件在线升级、串口用户命令以及支持SES Page等。本课题的研究方法主要是针对目标市场客户对企业存储服务器的需求,制定系统规范书,再根据系统规范书中对SAS存储管理功能的要求,制定SAS固件规范书,从而确定了本课题的研究内容和要求。再根据SAS固件规范书,设计出各项功能的实现方案和具体方法,然后按照这些设计方案完成固件代码的编程。然后,便可以在硬件平台上验证编写的固件代码,做实际调试,实现所有的功能,给出可测试的SAS固件版本给测试人员测试,同时接受测试人员的反馈,修复发现的问题,最终完成SAS固件的开发。本课题采用PMC-Sierra公司推出的SAS扩展器芯片PM8005 36x6GSec的方案,PM8005带有36个SAS端口,支持3G/6G的带宽,支持SAS 2.0协议,支持Zoning区块化管理技术。这是一款相对成熟的SAS解决方案,包含比较完善的SAS协议栈和驱动程序,并附带一部分实现方法和参考代码。它与嵌入式操作系统ThreadX绑定,功能比较强大,而且容量较小,很适合作为存储服务器SAS扩展器固件的设计开发方案。本课题的研究成果是设计开发出企业存储服务器产品的SAS固件。SAS存储服务器是当前企业级存储服务器的主流方案之一,世界上的几大企业服务器制造商都是我们的客户或潜在客户。通过本项目的研究开发,可以使研发团队积累技术和经验,在客户群中建立口碑,为将来拓展新的业务和机会打下良好的基础。本项目是由多个功能部门共同合作参与的,包括硬件部门、软件部门、固件部门、机构部门、测试部门、等。本人在本项目中负责固件的开发工作,包括制定SAS固件规范书,定义各项功能需求,设计各项功能的实现方案和方法,完成固件的详细设计和代码的编程实现,最终完成SAS固件的开发。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 课题研究目标和内容
• 1.3 课题研究中本人的主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 SAS 相关技术知识
• 2.1 SAS 相关技术的发展过程
• 2.2 SAS 设备的接口
• 2.3 SAS 技术的特点
• 2.3.1 SAS 提供了改善的性能
• 2.3.2 SAS 使传输的线路减少
• 2.3.3 SAS 增加可用性
• 2.3.4 SAS 的扩展性
• 2.3.5 SAS 对SATA 的兼容性
• 2.4 市场展望
• 2.5 本章小结
• 第三章 SAS 固件设计开发的需求
• 3.1 需求综述
• 3.1.1 产品介绍
• 3.1.2 产品功能
• 3.2 硬盘管理
• 3.2.1 硬盘管理综述
• 3.2.2 硬盘电源控制
• 3.2.3 硬盘LED 控制
• 3.2.4 硬盘插入状态检测
• 3.2.5 硬盘错误状态管理
• 3.3 系统冗余管理
• 3.3.1 扩展器——扩展器接口
• 3.3.2 SAS 扩展器冗余备份功能
• 3.4 固件在线升级
• 3.4.1 使用SES Page 的In-band 方式在线升级固件
• 3.4.2 串口方式在线升级固件
• 3.5 串口用户命令
• 3.5.1 串口参数设定
• 3.5.2 串口命令列表
• 3.6 SES PAGES
• 3.6.1 SES Pages 介绍
• 3.6.2 SES Pages 描述
• 3.7 本章小结
• 第四章 SAS 固件的设计及实现
• 4.1 SAS 固件接口设计
• 4.1.1 12C 切换器
• 4.1.2 硬盘接口
• 4.1.3 VPD
• 4.1.4 SATA Mux Chip
• 4.1.5 SXP-SXP 接口
• 4.1.6 电源关闭信号
• 4.1.7 SAS CPLD Reset
• 4.1.8 温度感应器
• 4.2 SAS 固件功能设计
• 4.2.1 开机启动自检
• 4.2.2 系统初始化
• 4.2.3 SES 目标对象
• 4.2.4 内部温度管理
• 4.2.5 电源开关管理
• 4.2.6 SAS 扩展器冗余备份功能
• 4.3 本章小结
• 第五章 SAS 固件的测试及调试
• 5.1 SAS 固件的测试项目
• 5.1.1 SES Page 测试项目
• 5.1.2 其他功能测试项目
• 5.2 SES PAGE 测试步骤
• 5.3 其他功能测试步骤
• 5.3.1 背板VPD 测试
• 5.3.2 SAS 固件升级测试
• 5.3.3 SAS 扩展器和CPLD 的Reset 测试
• 5.3.4 CPLD 固件升级测试
• 5.3.5 温度过高保护测试
• 5.3.6 串口命令测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文