[发明专利]一种PCI-E接口固态硬盘控制器的设计方法

摘要

本发明提供一种PCI-E接口固态硬盘控制器的设计方法，固态硬盘控制器整体设计采用SOC架构，所有功能由FPGA完成。采用嵌入式处理器软核作为主控制器，利用FPGAIP核，并设计实现NANDFLASHONFi控制器。PCI-E控制器核作为高速串行传输接口，实现高速传输。嵌入式处理器模块负责NANDFlash的读写控制与SCSI协议命令之间的转换，提高访问效率。控制器完成NANDFLASH存储管理和纠错算法。对于主机端的文件系统而言，固态硬盘控制器作为基于块的NAND文件系统结构，具有结构简单和通用性高的特点，具备可编程、设计灵活性、设计周期短、可在线升级和二次开发等优点，拥有快的构建方式，较低的实现成本。SCSI的通用性和兼容性，可以作为普通盘符，即插即用。

主权项

一种PCI‑E接口固态硬盘控制器的设计方法, 包括主机端和固态硬盘控制器端，其特征在于，固态硬盘控制器端整体设计采用SOC架构，所有功能由FPGA完成，主机端与固态硬盘控制器端使用SCSI协议报文互通，SCSI协议通过PCI‑E总线报文进行传输，固态硬盘控制器PCI‑E接口作为高速串行传输模块，实现与主机端的信息高速传输，设计步骤如下：1）固态硬盘控制器整体设计采用SOC架构，所有功能在FPGA内的处理模块中完成，FPGA中各模块使用AHB总线互联，重要的模块有处理器模块，ONFi控制器模块，传输模块，其中：处理模块采用嵌入式处理器软核作为主控制器，负责自PCI‑E端口的SCSI协议报文完成信息的分发与聚合；ONFi控制器模块实现NAND FLASH ONFi控制器对NAND固态存储芯片的读写操作，通过负责控制多个NAND FLASH存储单元的完成读写操作，提高访问效率，ONFi控制器模块通过RAID数据冗余保护机制来保护存储数据进行相应的热点控制和纠错处理；传输模块将SCSI报文进行解析，通过适当的分发调度，通过ONFi控制器，写入到NAND芯片中存储，传输模块还通过 “热点均衡”技术来均衡写入负载，避免在固态硬盘内部造成频繁写入的“热点”；2）对于主机端的文件系统而言，固态硬盘控制器作为基于块的文件系统结构的接口设备，将固态硬盘控制器当作一个SCSI接口设备，通过SCSI协议进行访问，依照SCSI协议，将全系统划分为主机端和控制器端，每端8层结构，访问实现分层协议处理，其中：主机端有4层结构，设备接口层、应用层、文件系统层、块设备层，其中：设备接口层：负责SCSI报文通过PCI‑E传输后的转化，并实现传输控制；应用层：提供文件读写访问，为用户在主机器上读、写文件提供通用接口服务，应用层访问的是逻辑文件结构；文件系统层：对文件存储器空间进行组织和分配，负责文件的存储并对存入的文件进行保护和检索的系统；块设备层：块设备层将SCSI报文转换为PCI‑E报文进行传输；3）固态硬盘控制器端，有4层结构，设备接口层：负责SCSI报文通过PCI‑E传输后的转化，并实现传输控制；应用层：将主机端的SCSI协议设备块号与SOC端NAND的块号进行映射，负责进行均衡算法、坏块管理、RAID算法的等算法调度，进行ECC校验算法纠错；文件系统层：支持SOC上的嵌入式操作系统，支持应用层调度；块设备层：负责执行NAND Flash Controller的读写擦除时序。