[實用新型]PCIe接口的電子硬盤

無效

• 申請號: 200720063377.7
• 申請日: 2007-05-30
• 公開（公告）號: CN201048049Y
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: 徐欣;吳佳;步凱
• 申請（專利權）人: 徐欣;吳佳;步凱
• 主分類號: G11C7/10
• 分類號: G11C7/10;G06F3/06
• 代理公司: 湖南省國防科學技術工業辦公室專利中心
• 代理人: 李傳中

技術領域

本實用新型專利涉及一種高速大容量存儲設備，具體是一種基于PCIe總線的、采用Flash陣列作為存儲介質的超高速大容量非易失性電子硬盤。

背景技術

目前，主要的存儲設備是機械硬盤，部分高端產品則采用具有IDE接口的電子硬盤。在消費類領域，如個人計算機、數據庫、低端服務器等領，可以基本滿足性能要求。但是對于工業領域和高端存儲領域，普通機械硬盤和電子硬盤的數據傳輸性能低，一般不高于60MB/s，不能滿足對性能有較高要求的應用。能夠滿足速度要求的基于機械硬盤的磁盤陣列則體積大、重量達和功耗高，性價比低。而且，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為存儲體，不適于對溫度和濕度等有較高要求應用環境。

發明內容

針對現有硬盤數據傳輸速度和存儲速度低的不足和環境適應能力弱的缺點，本實用新型提供了一種基于PCIe總線的、采用Flash陣列作為存儲介質的超高速大容量非易失性電子硬盤。結合了PCIe總線的高速特性以及Flash陣列的高速、結構緊湊、低功耗、高抗震等優點，滿足了對于傳輸性能有較高要求應用領域。

本實用新型的技術解決方案是：外殼1為符合機械硬盤規范的殼體，符合PCIe規范的接口器件2連接采用FPGA實現光纖通道(FibreChannel)協議和NAND型Flash陣列管理的控制器3，控制器3與NAND型Flash陣列4連接，Flash陣列作為數據的存儲介質，電源管理單元6與PCIe接口2、控制器3和Flash陣列4連接，實現低功耗控制，SDRAM和NOR型Flash存儲器5與控制器3連接，作為程序存儲器和數據緩存。

PCIe協議和Flash陣列管理控制器3實現了電子硬盤的數據管理和存儲以及總線時序，可以實現1GBytes/s的數據傳輸速率和1TBytes的容量管理。該控制通過FPGA可編程邏輯器件實現，采用SOC芯片設計方式，集成了嵌入式軟核處理器7、PCIe協議IP8、NAND型Flash陣列控制器9、SDRAM和NOR型Flash控制器10、PCIe物理層IP11。

Flash陣列4采用多片NAND型Flash實現速度和容量的擴展，實現100MBytes/s-1GBytes/s的存儲速度和16GBytes-1TBytes的容量。NAND型Flash為非易失性存儲器，具有100萬次的擦寫壽命，可實現數據的長時間保存；并且具有低功耗的優點。

電源管理單元6具有低功耗特征，可自動監測系統的狀態，當PCIe協議和Flash陣列管理控制器處于閑置狀態時，電源管理單元自動進入待機節電模式。

SDRAM和NOR型FLASH存儲器5作為控制器的程序存儲器和電子硬盤的數據緩存。

該電子硬盤可方便的插入具有PCIe插槽的計算機和工控機。同時該電子硬盤主體全部采用半導體介質，無機械動力部件，對環境適應能力高，可在工業級的溫度和濕度范圍內正常工作。

由以上可知，本實用新型相比現有技術有如下優點：

1、采用PCIe總線作為傳輸接口，具有高速特性，滿足高端領域對數據傳輸速率的要求。

2、設計了NAND型Flash陣列的管理，極大的擴展了存儲容量和速度。

3、采用NAND型Flash存儲器作為存儲介質，具有非易失性、數據保存時間長的優點。

3、采用了可編程邏輯器件，采用SOC芯片設計方式，采用了嵌入式軟核處理器，實現了PCIe總線協議和Flash陣列的管理。

4、智能電源管理單元，使得設備功耗進一步得到優化。

5、上述優勢使得該設備具有高可靠性、高性能、低功耗、體積小的特征。

附圖說明

圖1是PCIe接口的電子硬盤的組成框圖。

圖2是利用可編程邏輯器件實現的控制器設計原理圖。

具體實施方式

結合附圖對硬盤的結構進行詳細說明。

圖1中可編程邏輯器件是控制數據收發和存儲的核心。PCIe接口的數據通過FPGA高速端口收發數據，SDRAM用來對數據進行緩沖，提高讀寫速度，Flash陣列存儲數據，NOR型FLASH存儲器用來存儲FPGA的程序。電源管理部分對整個硬盤供電。

圖2中框圖為可編程邏輯器件FPGA工作流程的詳細說明。包括數據收發通過的PCIe物理層，PCIe協議層，嵌入式軟核處理器為數據和控制邏輯處理的中心，負責接過PCIe協議層轉換后數據的處理以及與外圍SDRAM、NOR型FLASH存儲器和FLASH陣列接口電路的控制邏輯。

實施例采用如下型號配置：