一种分布式实时存储装置及其数据传输方法
专利汇可以提供一种分布式实时存储装置及其数据传输方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种分布式实时存储装置，其组成部分包括一颗桥接片上系统（SOC）芯片和一 块 或者多块固态 硬盘 ，可以作为一个实时存储设备单独使用，也可以采用多个分布式实时存储装置连接一个中心存储控制系统，构成一个分布式并行存储装置。其传输方法为：外部数据流在可编程逻辑经过三级缓存，并通过AXI 接口 以DMA的方式与ARM 多核处理器 进行通信；ARM多核处理器采用实时Linux 操作系统 ，DMA驱动位于实时Linux操作系统的 内核 态，固态硬盘接口驱动位于实时Linux操作系统用户态；ARM多核处理器上的实时Linux操作系统运行了三个线程实现数据传输。本 发明 通过上层协议完成实时大容量高带宽数据的分布式并行存储，无需开发底层的硬盘控制程序，降低了开发难度，提高了灵活性和可扩展性。，下面是一种分布式实时存储装置及其数据传输方法专利的具体信息内容。
1.一种分布式实时存储装置，其特征在于，包括以下两个组成部分：
1-a）一颗桥接片上系统（SOC）芯片，用作外部主机和固态硬盘之间的存储数据桥接；
所述外部主机，可以是上位机，所述上位机直接将实时存储装置作为独立的存储设备使用；也可以是一个分布式并行存储系统的一个中心控制设备，通过中心控制设备管理多个实时存储装置，构成一个大型的分布式实时存储系统；
所述桥接片上系统芯片，内部包括ARM多核处理器和可编程逻辑电路；所述可编程逻辑电路被配置成的部分包括：连接主控片上系统内的可编程逻辑的高速数据接口和芯片内ARM处理器的内部接口；
1-b）一块或者多块固态硬盘，分别连接到所述桥接片上系统，用作数据存储载体；
所述一块或者多块固态硬件，在桥接片上系统的存储器控制器的控制下存储数据；当存在多块固态硬盘时相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决模式。
2.根据权利要求1所述的分布式实时存储装置，其特征在于，所述分布式实时存储装置可以作为一个实时存储设备单独使用，也可以采用多个分布式实时存储装置连接一个中心存储控制系统，构成一个分布式并行存储装置。
3.一种分布式实时存储装置的数据传输方法，其特征在于，外部数据流在可编程逻辑经过三级缓存，并通过AXI接口以DMA的方式与ARM多核处理器进行通信；ARM多核处理器采用实时Linux操作系统，DMA驱动位于实时Linux操作系统的内核态，固态硬盘接口驱动位于实时Linux操作系统用户态；包括多级缓存、DMA传输、内核态DMA驱动设计均是为了保证实时传输大带宽的数据；
所述的三级缓存包括外部串行高速接口缓冲区、大容量大带宽DDR缓冲区和AXI接口的DMA传输缓冲区。
4.根据权利要求3所述的一种分布式实时存储装置的数据传输方法，其特征在于，ARM多核处理器上的实时Linux操作系统运行了三个线程，分别是运行于内核态的实时DMA传输线程和数据块缓冲线程，以及运行于用户态的固态硬盘读写线程。
5.根据权利要求3所述的一种分布式实时存储装置的数据传输方法，其特征在于，所述三个线程，在外部主机向固态硬盘存入数据的时候，其工作流程为：
5-a）实时DMA传输线程开启后，控制可编程逻辑将数据以DMA方式传输至ARM多核处理器上实时Linux操作系统内核态的DMA乒乓缓冲区；DMA启动之后，线程处于阻塞状态，直到DMA传输完成中断到达；然后进一步阻塞直到DDR写缓冲区准备好信号量到达；最后完成DMA乒乓缓冲区的乒乓切换，向数据块缓冲线程发送DMA读缓冲区数据准备好信号量，并启动下一次DMA传输；
5-b）数据块缓冲线程开启后，首先向实时DMA传输线程给出DDR写缓冲区准备好的信号量；然后处于阻塞状态，等待DMA读缓冲区准备好的信号量到达；DMA读缓冲区准备好的信号量到达后，开始读取位于内核态的DMA缓冲区的数据到位于用户态的DDR乒乓缓冲区，并且循环多次读取DMA缓冲区直到把DDR写缓冲区写满；写满后，线程进入阻塞，直到固态硬盘准备好信号量到达，进而完成DDR乒乓缓冲区的乒乓切换后向固态硬盘读写线程发出DDR读缓冲区数据准备好信号量；
5-c）固态硬盘读写线程开启后，向数据块缓冲线程发送固态硬盘准备好信号量，并阻塞以等待DDR读缓冲区数据准备好信号量；信号量到达后，开始读取DDR缓冲区数据并写入固态硬盘；完成后，循环执行以完成数据存储；
5-d）线程间使用信号量通信，线程间的缓冲区切换通过阻塞方式完成；用户态的DDR缓冲区远大于内核态的DMA缓冲区，以达到降低对于用户态的实时性需求的目的。
6.根据权利要求3或5所述的一种分布式实时存储装置的数据传输方法，其特征在于，所述三个线程，在外部主机从固态硬盘读取数据的时候，其工作流程为：
6-a）固态硬盘读写线程启动后，ARM多核处理器将数据从固态硬盘读取至实时Linux操作系统用户态的DDR乒乓缓冲区；直到其中一个缓冲区写满后，线程阻塞以等待DDR读缓冲区读空的信号量；该信号量到达后，完成DDR乒乓缓冲区的乒乓切换，向数据块缓冲线程发送DDR读缓冲区数据准备好信号量，并启动另一个DDR缓冲区数据的读取；
6-b）数据块缓冲线程启动后，首先向固态硬盘读写线程发送DDR读缓冲区读空的信号量；然后阻塞以等待DDR读缓冲区准备好的信号量；该信号量到达后，将位于实时Linux操作系统用户态的DMA乒乓缓冲区数据搬移到位于内核态的DMA乒乓缓冲区；写满DMA乒乓缓冲区中的一个的时候，线程阻塞，直到DMA传输可用信号量到达，然后完成DMA乒乓缓冲区的乒乓切换，进而向实时DMA传输线程发送DMA读缓冲区数据准备好信号量；多次完成DMA缓冲区写入直到一个DDR缓冲区的数据读取完成，然后循环读取另一个DDR缓冲区数据；
6-c）实时DMA传输线程开启后，线程阻塞以等待DMA读缓冲区数据准备好信号量；信号量到达后，启动DMA传输将DMA缓冲区数据写入可编程逻辑；DMA传输启动后，线程阻塞直到DMA传输完成中断到达，然后又再一次阻塞直到DMA读缓冲区准备好信号量到达后开启新的一次DMA传输；
6-d）线程间使用信号量通信，线程间的缓冲区切换通过阻塞方式完成；用户态的DDR缓冲区远大于内核态的DMA缓冲区，以达到降低对于用户态的实时性需求的目的。
一种分布式实时存储装置及其数据传输方法
技术领域
背景技术
2）采用FPGA开发底层的SATA接口用于挂载多块固态硬盘的方法开发周期长、灵活性、可扩展性差。
发明内容
1-a）一颗桥接片上系统（SOC）芯片，用作外部主机和固态硬盘之间的存储数据桥接；
所述外部主机，可以是上位机，所述上位机直接将实时存储装置作为独立的存储设备使用；也可以是一个分布式并行存储系统的一个中心控制设备，通过中心控制设备管理多个实时存储装置，构成一个大型的分布式实时存储系统；
所述桥接片上系统芯片，内部包括ARM多核处理器和可编程逻辑电路；所述可编程逻辑电路被配置成的部分包括：连接主控片上系统内的可编程逻辑的高速数据接口和芯片内ARM处理器的内部接口；
1-b）一块或者多块固态硬盘，分别连接到所述桥接片上系统，用作数据存储载体；
所述一块或者多块固态硬件，在桥接片上系统的存储器控制器的控制下存储数据；当存在多块固态硬盘时相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决模式。
5-b）数据块缓冲线程开启后，首先向实时DMA传输线程给出DDR写缓冲区准备好的信号量；然后处于阻塞状态，等待DMA读缓冲区准备好的信号量到达；DMA读缓冲区准备好的信号量到达后，开始读取位于内核态的DMA缓冲区的数据到位于用户态的DDR乒乓缓冲区，并且循环多次读取DMA缓冲区直到把DDR写缓冲区写满；写满后，线程进入阻塞，直到固态硬盘准备好信号量到达，进而完成DDR乒乓缓冲区的乒乓切换后向固态硬盘读写线程发出DDR读缓冲区数据准备好信号量；
5-c）固态硬盘读写线程开启后，向数据块缓冲线程发送固态硬盘准备好信号量，并阻塞以等待DDR读缓冲区数据准备好信号量；信号量到达后，开始读取DDR缓冲区数据并写入固态硬盘；完成后，循环执行以完成数据存储。
6-b）数据块缓冲线程启动后，首先向固态硬盘读写线程发送DDR读缓冲区读空的信号量；然后阻塞以等待DDR读缓冲区准备好的信号量；该信号量到达后，将位于实时Linux操作系统用户态的DMA乒乓缓冲区数据搬移到位于内核态的DMA乒乓缓冲区；写满DMA乒乓缓冲区中的一个的时候，线程阻塞，直到DMA传输可用信号量到达，然后完成DMA乒乓缓冲区的乒乓切换，进而向实时DMA传输线程发送DMA读缓冲区数据准备好信号量；多次完成DMA缓冲区写入直到一个DDR缓冲区的数据读取完成，然后循环读取另一个DDR缓冲区数据；
6-c）实时DMA传输线程开启后，线程阻塞以等待DMA读缓冲区数据准备好信号量；信号量到达后，启动DMA传输将DMA缓冲区数据写入可编程逻辑；DMA传输启动后，线程阻塞直到DMA传输完成中断到达，然后又再一次阻塞直到DMA读缓冲区准备好信号量到达后开启新的一次DMA传输。
具体实施方式
些固态硬盘在桥接片上系统的固态硬盘控制器的控制下存储数据；当存在多块固态硬盘时相互之间可以工作在负荷分担、主备用、多模表决等模式。
~
1-b）数据块缓冲线程开启后，首先向实时DMA传输线程给出DDR写缓冲区准备好的信号量；然后处于阻塞状态，等待DMA读缓冲区准备好的信号量到达；DMA读缓冲区准备好的信号量到达后，开始读取位于内核态的DMA缓冲区的数据到位于用户态的DDR乒乓缓冲区（位于
13），并且循环多次读取DMA缓冲区直到把DDR写缓冲区写满；写满后，线程进入阻塞，直到固态硬盘准备好信号量到达，进而完成DDR乒乓缓冲区的乒乓切换后向固态硬盘读写线程发出DDR读缓冲区数据准备好信号量；
1-c）固态硬盘读写线程开启后，向数据块缓冲线程发送固态硬盘准备好信号量，并阻塞以等待DDR读缓冲区数据准备好信号量；信号量到达后，开始读取DDR缓冲区数据并写入固态硬盘14 15；完成后，循环执行以完成数据存储。
~
Linux操作系统用户态的DDR乒乓缓冲区（位于13）；直到其中一个缓冲区写满后，线程阻塞以等待DDR读缓冲区读空的信号量；该信号量到达后，完成DDR乒乓缓冲区的乒乓切换，向数据块缓冲线程发送DDR读缓冲区数据准备好信号量，并启动另一个DDR缓冲区数据的读取；
2-b）数据块缓冲线程启动后，首先向固态硬盘读写线程发送DDR读缓冲区读空的信号量；然后阻塞以等待DDR读缓冲区准备好的信号量；该信号量到达后，将位于实时Linux操作系统用户态的DMA乒乓缓冲区（位于13）数据搬移到位于内核态的DMA乒乓缓冲区（位于13）；
写满DMA乒乓缓冲区中的一个的时候，线程阻塞，直到DMA传输可用信号量到达，然后完成DMA乒乓缓冲区的乒乓切换，进而向实时DMA传输线程发送DMA读缓冲区数据准备好信号量；
多次完成DMA缓冲区写入直到一个DDR缓冲区的数据读取完成，然后循环读取另一个DDR缓冲区数据；
2-c）实时DMA传输线程开启后，线程阻塞以等待DMA读缓冲区数据准备好信号量；信号量到达后，启动DMA传输将DMA缓冲区数据写入可编程逻辑1111；DMA传输启动后，线程阻塞直到DMA传输完成中断到达，然后又再一次阻塞直到DMA读缓冲区准备好信号量到达后开启新的一次DMA传输。
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