一种基于SATA硬盘阵列的数据存储与控制系统设计研究

韩慧芳

摘要：SATA硬盘已经基本取代了传统的PATA硬盘，SATA硬盘数据传输可靠性高、串口结构简单，而且支持热插拔等工作需求，是未来PC机硬盘发展的必然趋势。随着现代社会对硬盘读写速度要求日益提高，加之现代数据体积日益增大，如何通过硬盘阵列系统实现对多块硬盘内容的高速读写，并保证数据结构的稳定性和数据安全，更是成为科研单位实践研究的重点。随着人们对硬盘存储量和读写速度要求不断提高，对SATA硬盘阵列数据存储与控制系统成果显著。本文首先探讨了SATA硬盘阵列数据存储与控制系统的工作原理，并对一种SATA硬盘阵列存储与控制系统的硬件设计和软件设计展开研究，为SATA硬盘阵列数据存储与控制系统的设计提供资料参考。

关键词：SATA硬盘 阵列数据 存储与控制 系统设计

中图分类号：TN0 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0077-01

1 磁盘系统原理

磁盘阵列是由多块小容量磁盘组成的大容量磁盘组，相比于使用大容量磁盘，不仅制造成本更低，而且节约磁盘购置成本，提高磁盘的经济性。因此，磁盘阵列在当前数据存储技术中，具有极大的应用价值和发展空间，并已经成为大容量磁盘应用的关键技术。磁盘阵列在通常的状态下，其写入过程是通过数据写入高速缓存后，再将数据转移到磁盘中，这一过程的工作效率和速度，则影响了磁盘应用，如何解决不同磁盘主轴转速和书写速度不同影响的存储质量和效率问题，就成为重点需要解决的问题。为了更高效的调用磁盘，必须实现对磁盘阵列中单个磁盘的有效控制，以保证磁盘控制器在高速缓存读写过程中，能够减少主机写入高速缓存的时间。通过对数据存储与控制系统的设计，还能够实现同一时间多个磁盘的同时写入，这无疑极大的提高了磁盘的写入速度和效率。

2 系统硬件方案设计

2.1 系统整体设计方案

为了提高系统的工作性能，可以将SATA磁盘阵列控制系统设计为如（图1）程序。

在该系统架构模式中，通过相关参数设定，就能够进入响应的工作模式。该架构方式的特点在于，能够借助ARM的处理功能，实现控制命令的书写和发送。该系统是通过现场可编程控制门阵列的逻辑处理功能实现对ARM的状态监测，并利用可编程控制阵列从F1F0中读写，将其输送到控制系统中实现硬盘的存储。而当遇到比较大的程序时，通过ARM连接SDRAM，还能够为ARM解放更多的空间，从而提高其数据书写效率。

2.2 系统硬件的选择

该系统利用磁盘阵列控制提高了存储器的储存效率，并能够与主机连接实现对数据的回收和利用。通过利用USB接口与主机的连接，实现了数据回收和逻辑控制的转换，因此在系统设计中可以选择性价比高、功耗低的AT91RM9200处理器，USB接口则可以选用高速的CY7V68013A芯片，传输协议则可以选择PCI-X传输协议，以提高其系统的传输效率。

3 系统软件设计

3.1 FPGA逻辑设计

在该系统当中对的逻辑进行设计则采用语言来进行实现，其具体的逻辑框架图则如图三所示：通过图三可以看出，该部分包括3个主要的逻辑设计，与逻辑控制设计、接口设计、与硬盘控制器等部分。同时由于该系统进行设计的时候，与的传输中，其总线采用的是64位，在工作方式的时候为低32位，而在当中的总线是为32位，当总线处在工作模式的时候则为16位，以此需要将其从32位转换为16位，对此本文在对该问题进行处理的时候则采用32位的模式实现上述接口的通讯，其具体的转换的方式则如图2所示。

3.2 硬盘读写程序设计

系统在进行初始化并设定好最初的工作模式的时候，对SⅠ13124的状态进行读取，从而确认硬盘准备好可向硬盘的端口写入地址/命令，通过SATA硬盘接口控制器执行相关的操作，并最后返回并进行下一次操作。

4 结语

按照本设计完成的SATA硬盘阵列数据存储与控制系统，经过试验验证不仅保证了其存储容量的要求，而且其传输速度达到了300Mb/s。虽然这一速度与人们的期望值仍然有稍许差距，但相比于其他设计方案却要高效很多。而且上述设计稳定性好，信息传输和存储更加安全，因此是一种值得进一步研究和推广应用的优秀系统。

参考文献

[1]孟琪.基于SATA接口高速电子存储阵列的设计与实现[D].西安电子科技大学，2014.

[2]张志炜，吕幼新.基于SATA硬盘和FPGA的高速数据采集存储系统[J].电子设计工程，2011，19（21）：166-169.