基于FPGA存儲陣列的優化設計與實現
2023年電子技術應用第4期
林建華1，吳緒玲2
（1.中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000；2.西南交通大學希望學院，四川 成都 610000）
摘要： 在雷達、通信、電子對抗等數據存儲應用領域，為滿足大容量SATA固態盤存儲陣列的持續穩定高速寫盤要求，設計了一種基于FPGA的RAID0存儲陣列系統。該系統以FPGA作為數據處理核心芯片，實現了數據接收、數據緩存、數據傳輸、數據存儲等功能。根據SATA固態盤垃圾回收的特性，設計并優化邏輯功能模塊。經反復測試驗證，16路SATA固態盤存儲容量達32 TB，寫入帶寬高達5.5 GB/s，在工業溫度環境下能長時間穩定工作。
中圖分類號：TP302
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223083
中文引用格式： 林建華，吳緒玲. 基于FPGA存儲陣列的優化設計與實現[J]. 電子技術應用，2023，49(4)：111-116.
英文引用格式： Lin Jianhua，Wu Xuling. Optimized design and realization of storage array based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(4)：111-116.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223083
中文引用格式： 林建華，吳緒玲. 基于FPGA存儲陣列的優化設計與實現[J]. 電子技術應用，2023，49(4)：111-116.
英文引用格式： Lin Jianhua，Wu Xuling. Optimized design and realization of storage array based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(4)：111-116.
Optimized design and realization of storage array based on FPGA
Lin Jianhua1，Wu Xuling2
(1.The 58th Research Institute of CETC， Wuxi 214000， China； 2.Southwest Jiaotong University Hope College， Chengdu 610000， China)
Abstract： In the domain of data storage applications such as radar, communication, and electronic countermeasure, in order to meet the requirements of writing large capacity SATA Solid State Disk Array (SSD) continuously, steadily and high-speedily, a RAID0 storage array system based on FPGA is designed. This system takes FPGA as the data processing core, which realizes functions such as data receiving, data buffering, data transmission, and data storage. According to the garbage collection characteristic of SATA SSD, logic function modules are designed and optimized. The repeatable tests show that sixteen SATA SSD has the storage capacity up to 32 TB, writing bandwidth up to 5.5 GB/s, and the ability to work steadily for a long time in the industrial environment.
Key words : memory switch；FPGA；solid state disk；sequential storage；RAID0 array
0 引言
隨著雷達、航天、通信、工業等各種電子系統性能日趨復雜，數據傳輸、處理和分析的容量和速度要求越來越高，為了研制調試、外場打靶、實戰演習等方面提供數據分析的依據，需要將海量及高速數據實時、長時間穩定存儲。
目前，SATA固態盤存儲陣列傳統采用CPU作為數據存儲核心，讀寫控制SATA固態盤陣列，雖避免FPGA邏輯控制的復雜性，但受CPU的內存讀寫帶寬、實時數據處理等方面性能限制，難以滿足高速數據存儲要求。此外，采用FPGA作為邏輯控制核心，直接讀寫SATA固態盤存儲陣列，雖在存儲帶寬要求不高、持續存儲時間短等場合取得一定應用，但在寫盤過程中，SATA固態盤會不定期啟動垃圾回收等操作，極大影響存儲陣列中各個固態盤性能，難以保證存儲陣列長期穩定地高速寫盤。
本文設計一種基于FPGA的SATA固態盤組成的RAID0存儲陣列系統，對FPGA的主要功能模塊進行邏輯優化設計，克服多路SATA固態盤的性能難以預測等不利因素，解決數據吞吐量不夠、存儲帶寬不穩定等問題，在大容量、高帶寬、持續穩定的存儲陣列系統應用領域具有很好的參考和使用價值。
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作者信息：
林建華1，吳緒玲2
（1.中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000；2.西南交通大學希望學院，四川 成都 610000）
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