嵌入式設(shè)計人員必須掌握的存儲技術(shù)

這些大硬盤在舊操作系統(tǒng)中的應(yīng)用有可能實現(xiàn)。硬盤附帶的Seagate DiscWizard軟件通過分區(qū)和設(shè)備驅(qū)動程序軟件來實現(xiàn)這一點。這種轉(zhuǎn)變很有可能推動眾多設(shè)計人員使用更新的平臺。

Seagate發(fā)布的大硬盤產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的另一個問題，是從傳統(tǒng)的512B扇區(qū)轉(zhuǎn)向4kB扇區(qū)。除了提供更高的吞吐能力之外，4Kb扇區(qū)還能夠更好地滿足操作系統(tǒng)要求。

大多數(shù)母板都已經(jīng)支持4KB扇區(qū)，甚至Windows XP也支持。所有目前的臺式電腦和服務(wù)器操作系統(tǒng)亦然。操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存支持一般采用4kB頁面大小或者該大小的倍數(shù)進(jìn)行配置。

有些驅(qū)動器同時支持兩種扇區(qū)大小。這些驅(qū)動器一般實現(xiàn)4kB扇區(qū)，需要時可以將較小的扇區(qū)大小映射到這些驅(qū)動器上。驅(qū)動器將采用一種模式或另外一種模式工作。

由于成本的原因，很少有閃存驅(qū)動器的容量達(dá)到3TB,但是從總體來看，閃存驅(qū)動器的采用量在上升。芯片價格低是一大因素，但是SSD控制器芯片性能獲得提升也是一個因素。推動存儲器發(fā)展到新領(lǐng)域的另一個方面是閃存能力適合新的應(yīng)用領(lǐng)域。

Viking Module Solutions公司的SATADIMM和SATACube3,可以實現(xiàn)更加緊湊的嵌入式解決方案(圖5)。SATADIMM插入DDR3插座獲取電源。它包含SATA線纜連接。設(shè)計合理的系統(tǒng)可以在未使用的DIMM插座引腳上運(yùn)行SATA接口。SATACube3為定制系統(tǒng)設(shè)計提供耐用型存儲器。

圖5:Viking Module Solutions SATADIMM(a)和SATACube(b)將SATA閃存驅(qū)動器放至相關(guān)位置。SATADIMM插入DDR3插座。

像Seagate公司的Momentus XT等混合驅(qū)動器，在單個封裝中整合了閃存和硬盤，但這種技術(shù)不是實現(xiàn)混合驅(qū)動器技術(shù)的唯一方法。Marvell公司的SATA控制器HyperDuo技術(shù)就是另外一種途徑。HyperDuo可以應(yīng)用在新型母板和HighPoint的RocketHybrid這樣的PCI Express適配器上(圖6)。

Marvell的雙端口SATA控制器可以像傳統(tǒng)控制器一樣處理任何類型的SATA驅(qū)動器。其HyperDuo模式與一個閃存驅(qū)動器和一個硬盤驅(qū)動器配合使用。操作系統(tǒng)是微軟最新支持NTFS的操作系統(tǒng)中的一種。

HyperDuo可以在“安全”或“容量”模式下工作。安全模式的工作方式類似于緩存，在此模式下，常用文件同時存儲在硬盤驅(qū)動器和閃存驅(qū)動器上。其優(yōu)勢在于，硬盤驅(qū)動器始終包含有效的文件系統(tǒng)。容量模式類似于RAID 0,在此模式下，數(shù)據(jù)被分割到兩個驅(qū)動器中。系統(tǒng)需要兩個驅(qū)動器都工作。

HyperDuo與大多數(shù)其他混合解決方案之間最大的不同在于，HyperDuo在文件級別運(yùn)行，而不是在扇區(qū)級別運(yùn)行。另一個不同之處是，到閃存的所有數(shù)據(jù)傳輸都發(fā)生在訪問文件之后，而不在訪問過程中傳輸。

此過程可以透明方式進(jìn)行，高級用戶可以明確地對閃存中的文件進(jìn)行pin操作。這種技術(shù)比SAS控制器(一般提供基于閃存的緩存)的成本低，因為HyperDuo可以充分利用SATA控制器上的ARM處理器，并且不需要片外存儲器或者帶蓄電池后備電源的緩存。

像LSI公司的MegaRAID控制器等SAS控制器，一般采用更加傳統(tǒng)的緩存技術(shù)。具體來講，LSI CacheCade采用閃存驅(qū)動器作為一組硬盤驅(qū)動器的二級緩存層。它可以處理容量高達(dá)512GB的陣列。Adaptec公司的maxCache包含硬件和軟件。

CacheCade的工作方式類似于典型的緩存控制器，它將常用扇區(qū)的數(shù)據(jù)加載到閃存中。性能往往高出混合驅(qū)動器很多，閃存的數(shù)量由所有者控制。系統(tǒng)可以處理多達(dá)32個SSD.

其他差別，也就是大多數(shù)SAS控制器支持的能力在于，可以將存儲器作為虛擬驅(qū)動器。同樣，存儲器可以基于RAID配置。比如，單個控制器可以處理像RAID 5、RAID 0和RAID 60陣列的組合，其中每個陣列都包含多個虛擬驅(qū)動器。反過來，這些配置中的任意一種配置都可以與閃存匹配。這些控制器一般用于企業(yè)服務(wù)器，配置往往更加簡單，只有單個RAID陣列。互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)和企業(yè)環(huán)境可以充分發(fā)揮虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢，但是可能需要具有不同特性的多種虛擬驅(qū)動器。此外，這些比較昂貴的SAS控制器還可以處理這些常規(guī)操作。

圖6:HighPoint公司的RocketHybrid采用Marvell公司的HyperDuo SATA控制器技術(shù)在單個Windows混合存儲設(shè)備中整合了硬盤驅(qū)動器和固態(tài)磁盤驅(qū)動器。

盡管SATA和SAS閃存驅(qū)動器有許多優(yōu)勢，但是接口卻有帶寬限制。閃存的運(yùn)行速度可能比硬盤驅(qū)動器快，供應(yīng)商將提供使用PCI Express連接至主機(jī)的解決方案。PCI Express可以通過增加通道數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。

Fusion-io公司的ioDrive Octal板通過x16 PCI Express連接提供閃存(圖7)。它支持6Gbps帶寬，可提供高達(dá)每秒1百萬次I/O操作的速度。此板以模塊化形式構(gòu)建，可處理容量高達(dá)5.12 TB的閃存。ioDrive Octal的外觀與傳統(tǒng)的模塊設(shè)備相似。

圖7: Fusion-io公司的ioDrive Octal板通過PCI Express提供閃存，可提供6GBps的帶寬和高達(dá)5.12 TB的存儲容量。

基于PCI Express的閃存解決方案現(xiàn)在可謂遍地開花。耐用型應(yīng)用可以采用Extreme Engineering Solutions XPort6103 XMC模塊這樣的產(chǎn)品(圖8)。

XPort6103可以提供容量高達(dá)0.5TB的閃存。它采用PCI Express x1接口，提供可選的3Gbps SATA和加密支持配置。此外，由于在嵌入式應(yīng)用中很有可能會興起長使用壽命優(yōu)于高容量這樣一種趨勢，因此XPort6103采用SLC NAND閃存。其讀性能和寫性能分別為200MBps 和120MBps.