高速SSD存儲(chǔ)+傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

如圖1所示，系統(tǒng)整體架構(gòu)由NVMe存儲(chǔ)，Microblaze控制及以太網(wǎng)高速傳輸構(gòu)成。該系統(tǒng)能夠持續(xù)接收高速數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，并經(jīng)緩存模塊處理后，存儲(chǔ)至NVMe SSD，同時(shí)可以將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通過萬兆光纖以UDP協(xié)議上傳至上位機(jī)以供后續(xù)處理。

該系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)緩存控制器、NVMe Host控制器、以太網(wǎng)控制器、Microblaze處理器、測(cè)試模塊、10 Gigabit Ethernet Subsystem（以下簡(jiǎn)稱10G Ethernet IP）、AXI Bridge for PCI Express Gen3（以下簡(jiǎn)稱AXI PCIe IP）等模塊。系統(tǒng)中NVMe Host控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)NVMe命令執(zhí)行流程的加速，以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)UDP、ARP和ICMP數(shù)據(jù)包的處理工作，數(shù)據(jù)緩存控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)大量突發(fā)數(shù)據(jù)的緩存工作以及對(duì)輸入的數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)管理。下面將對(duì)系統(tǒng)的整體工作流程和各模塊的功能設(shè)計(jì)分別進(jìn)行闡述。

圖1 高速存儲(chǔ)傳輸系統(tǒng)整體架構(gòu)

本設(shè)計(jì)通過將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)回傳劃分為兩個(gè)傳輸通道同步進(jìn)行工作，保證在系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作時(shí)，可以執(zhí)行其他命令。高速存儲(chǔ)傳輸系統(tǒng)的整體工作流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體工作流程圖

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高速存儲(chǔ)傳輸系統(tǒng)工作流程描述如下：

（1）系統(tǒng)上電后，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，包括對(duì)數(shù)據(jù)緩存控制器、NVMe Host控制器和以太網(wǎng)控制器參數(shù)的配置以及監(jiān)測(cè)NVMe SSD的連接狀態(tài)等工作；

（2）為了提高系統(tǒng)的靈活性，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)回傳劃分為兩個(gè)通道，每個(gè)通道可以獨(dú)立工作。因此，等待初始化完成后，有兩個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)進(jìn)行，一方面用戶可以通過串口向系統(tǒng)發(fā)送讀取、關(guān)機(jī)、識(shí)別等命令，分別進(jìn)入流程（3）、（4）、（5）執(zhí)行相應(yīng)流程。另一方面若同時(shí)有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，流程（6）會(huì)以并行的方式同時(shí)進(jìn)行；

（3）若用戶發(fā)送讀取命令，則根據(jù)用戶信息組裝相應(yīng)的NVMe讀命令并發(fā)送至NVMe SSD，等待命令執(zhí)行完成后，將讀取到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)控制器發(fā)送至上位機(jī)；

（4）若用戶發(fā)送關(guān)機(jī)命令，則進(jìn)入關(guān)機(jī)流程，向NVMe SSD按照關(guān)機(jī)步驟發(fā)送相應(yīng)的命令，命令執(zhí)行完成，流程結(jié)束；

（5）若為識(shí)別、SMART等命令，則向NVMe SSD發(fā)送相應(yīng)的命令，等待NVMe SSD反饋命令信息后，通過串口輸出；

（6）若有數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，先將數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)緩存至DDR，并根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)量大小組裝相應(yīng)的NVMe寫命令發(fā)送至NVMe SSD，重復(fù)此過程，直至無數(shù)據(jù)輸入。

審核編輯 黃宇