一種基于龍芯3A處理器的存儲控制器設(shè)計

　　摘要：本文基于國產(chǎn)自主龍芯3A處理器，實現(xiàn)了存儲控制器設(shè)計，開發(fā)移植了網(wǎng)絡(luò)存儲軟件，并基于該存儲控制器完成了加固磁盤陣列產(chǎn)品，測試結(jié)果表明，該產(chǎn)品較以前的基于嵌入式控制器的存儲控制器產(chǎn)品，其性能提高了數(shù)倍。

　　關(guān)鍵詞：龍芯3A、存儲控制器、磁盤陣列

　　1、概述

　　目前，國內(nèi)的科研機構(gòu)或單位對存儲產(chǎn)品的積累相對有限，而國內(nèi)的存儲廠家主要采用的是以下幾種方式：(1)直接代理國外品牌的存儲產(chǎn)品，主要通過集成、服務的方式推銷國外品牌產(chǎn)品;(2)與國外廠商合作方式(在中低端主要和臺灣廠家合作，在中高端和一些美國廠家合作)，通過對產(chǎn)品外觀、管理軟件進行稍微修改(有的甚至不進行修改，直接貼牌)的方式，以自己的品牌銷售給客戶;(3)硬件、軟件集成的方式，這種方式主要集中在iSCSI的產(chǎn)品中，通過選擇外國先進的處理器平臺，選購一種iSCSI軟件，進行集成、調(diào)試，最終形成產(chǎn)品，這種產(chǎn)品往往功能表現(xiàn)很豐富，但是在性能、穩(wěn)定性方面較差。綜上，國內(nèi)的相關(guān)存儲產(chǎn)品大多采用的是國外的先進處理器，這對于我國存儲信息系統(tǒng)來說，自主可控性太差，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，信息將暴露無遺，后果不堪設(shè)想。

　　為保證國家安全，響應國家“自主可控”的需求，浪潮超越致力于研制和推廣基于國產(chǎn)處理器的存儲產(chǎn)品，研制了一款基于國產(chǎn)龍芯3A處理器的存儲控制器并移植了相應的網(wǎng)絡(luò)存儲軟件，率先推出了基于龍芯3A處理器的自主可控磁盤陣列產(chǎn)品，填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的產(chǎn)品空白。

　　2、整體架構(gòu)

　　該存儲控制器采用龍芯3A處理器作為主控處理器，選用成熟的RAID芯片，搭建了存儲控制器硬件平臺，并通過研究網(wǎng)絡(luò)存儲軟件架構(gòu)、web遠程管理界面設(shè)計、存儲控制器BIOS和操作系統(tǒng)內(nèi)核移植及優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)存儲軟件移植和優(yōu)化等內(nèi)容，掌握網(wǎng)絡(luò)存儲軟件的架構(gòu)、基于國產(chǎn)處理器的存儲控制器設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，研制了基于國產(chǎn)龍芯3A處理器的存儲控制器。

　　2.1硬件架構(gòu)

　　該ISCSI網(wǎng)絡(luò)存儲控制器主控CPU采用中科院計算所的龍芯3A四核處理器。龍芯3A具有4個物理核心，大大提高了IO吞吐的處理能力;通過兩片SAS/SATA控制器最大可以支持16個SAS/SATA硬盤，通過擴展兩片網(wǎng)絡(luò)芯片實現(xiàn)四端口千兆以太網(wǎng)和多單元服務器系統(tǒng)相連。控制器主板實現(xiàn)ISCSI基本功能，可通過4個千兆網(wǎng)口經(jīng)交換機與多單元服務器系統(tǒng)相連。可實現(xiàn)RAID0，1，5，6，10等，并提供WEB管理及在線升級功能。該存儲控制器的系統(tǒng)框圖如下圖1所示。

　　圖1 基于龍芯3A處理器的存儲控制器系統(tǒng)框圖

　　2.2軟件架構(gòu)

　　該設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)存儲軟件的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。主要分為存儲管理層、存儲支撐層、平臺支持層和硬件平臺層四個層次，除硬件平臺層之外的剩余三個層組成軟件平臺層，在軟件平臺層的每一層，都需要根據(jù)平臺硬件、體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)之間的差異進行相應的移植工作。

　　圖2 網(wǎng)絡(luò)存儲軟件架構(gòu)圖

　　在本設(shè)計中，基于龍芯3A硬件平臺，完成了驅(qū)動程序的編寫和內(nèi)核的移植，支撐了龍芯3A硬件平臺及所用RAID芯片、網(wǎng)絡(luò)芯片等。在軟件層，針對所用龍芯3A硬件平臺，移植了相應的平臺支撐層、存儲支撐層和存儲管理層。

　　本設(shè)計中的網(wǎng)絡(luò)存儲軟件需實現(xiàn)的主要功能如圖3所示。包括：raid構(gòu)建功能，邏輯卷管理功能，對外提供ISCSI存儲服務功能，網(wǎng)絡(luò)鏈路聚合功能，遠程管理功能等。

　　圖3 網(wǎng)絡(luò)存儲軟件功能框圖 圖4 網(wǎng)絡(luò)存儲性能優(yōu)化示意圖

　　2.3性能優(yōu)化

　　網(wǎng)絡(luò)存儲控制軟件在龍芯3A硬件平臺完成移植后，需要針對龍芯3A硬件平臺的特點進行優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的性能。網(wǎng)絡(luò)存儲軟件的優(yōu)化主要是針對系統(tǒng)實現(xiàn)的過程以及系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，進行逐一優(yōu)化，針對龍芯3A硬件平臺，主要進行如圖4所示的性能優(yōu)化。

　　3、功能、性能測試

　　基于以上軟硬件設(shè)計、軟件移植和優(yōu)化工作，完成了基于龍芯3A處理器的存儲控制器設(shè)計(如圖5)，并基于該存儲控制器，完成了浪潮加固磁盤陣列的設(shè)計(如圖6)。對新設(shè)計的基于龍芯3A處理器的存儲控制器進行了功能測試，測試結(jié)果表明：阻止非法用戶登錄功能、raid功能、網(wǎng)絡(luò)鏈路聚合功能、管理邏輯卷功能和web遠程管理功能均操作正常。

　　我們對基于龍芯3A處理器的存儲控制器和基于某嵌入式處理器設(shè)計的存儲控制器進行了性能測試，并進行了比較。結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，基于龍芯3A處理器的存儲控制器性能是提升了數(shù)倍。

　　4、結(jié)束語

　　浪潮超越依托浪潮在服務器、存儲領(lǐng)域雄厚的技術(shù)實力和產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗，率先完成了基于龍芯3A處理器的存儲控制器設(shè)計，并對其性能進行了優(yōu)化，推出了基于國產(chǎn)自主處理器的自主加固磁盤陣列產(chǎn)品，填補了國內(nèi)的空白，為國家、軍隊的信息化建設(shè)，提供了一款自主可控、性能先進、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。

　　圖5 浪潮自主加固自主磁盤陣列