一種基于龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器設(shè)計(jì)

　　摘要：本文基于國(guó)產(chǎn)自主龍芯3A處理器，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)控制器設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)移植了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)軟件，并基于該存儲(chǔ)控制器完成了加固磁盤陣列產(chǎn)品，測(cè)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(chǔ)控制器產(chǎn)品，其性能提高了數(shù)倍。

　　關(guān)鍵詞：龍芯3A、存儲(chǔ)控制器、磁盤陣列

　　1、概述

　　目前，國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)或單位對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品的積累相對(duì)有限，而國(guó)內(nèi)的存儲(chǔ)廠家主要采用的是以下幾種方式：(1)直接代理國(guó)外品牌的存儲(chǔ)產(chǎn)品，主要通過(guò)集成、服務(wù)的方式推銷國(guó)外品牌產(chǎn)品;(2)與國(guó)外廠商合作方式(在中低端主要和臺(tái)灣廠家合作，在中高端和一些美國(guó)廠家合作)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品外觀、管理軟件進(jìn)行稍微修改(有的甚至不進(jìn)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(guò)選擇外國(guó)先進(jìn)的處理器平臺(tái)，選購(gòu)一種iSCSI軟件，進(jìn)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(guó)內(nèi)的相關(guān)存儲(chǔ)產(chǎn)品大多采用的是國(guó)外的先進(jìn)處理器，這對(duì)于我國(guó)存儲(chǔ)信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，自主可控性太差，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，信息將暴露無(wú)遺，后果不堪設(shè)想。

　　為保證國(guó)家安全，響應(yīng)國(guó)家“自主可控”的需求，浪潮超越致力于研制和推廣基于國(guó)產(chǎn)處理器的存儲(chǔ)產(chǎn)品，研制了一款基于國(guó)產(chǎn)龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器并移植了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)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(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的產(chǎn)品空白。

　　2、整體架構(gòu)

　　該存儲(chǔ)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(chǔ)控制器硬件平臺(tái)，并通過(guò)研究網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)軟件架構(gòu)、web遠(yuǎn)程管理界面設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)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(chǔ)軟件移植和優(yōu)化等內(nèi)容，掌握網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)軟件的架構(gòu)、基于國(guó)產(chǎn)處理器的存儲(chǔ)控制器設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，研制了基于國(guó)產(chǎn)龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器。

　　2.1硬件架構(gòu)

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

　　2.2軟件架構(gòu)

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

　　圖2 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)軟件架構(gòu)圖

　　在本設(shè)計(jì)中，基于龍芯3A硬件平臺(tái)，完成了驅(qū)動(dòng)程序的編寫和內(nèi)核的移植，支撐了龍芯3A硬件平臺(tái)及所用RAID芯片、網(wǎng)絡(luò)芯片等。在軟件層，針對(duì)所用龍芯3A硬件平臺(tái)，移植了相應(yīng)的平臺(tái)支撐層、存儲(chǔ)支撐層和存儲(chǔ)管理層。

　　本設(shè)計(jì)中的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)軟件需實(shí)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(duì)外提供ISCSI存儲(chǔ)服務(wù)功能，網(wǎng)絡(luò)鏈路聚合功能，遠(yuǎn)程管理功能等。

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

　　2.3性能優(yōu)化

　　網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)控制軟件在龍芯3A硬件平臺(tái)完成移植后，需要針對(duì)龍芯3A硬件平臺(tái)的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的性能。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)軟件的優(yōu)化主要是針對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)行逐一優(yōu)化，針對(duì)龍芯3A硬件平臺(tái)，主要進(jìn)行如圖4所示的性能優(yōu)化。

　　3、功能、性能測(cè)試

　　基于以上軟硬件設(shè)計(jì)、軟件移植和優(yōu)化工作，完成了基于龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器設(shè)計(jì)(如圖5)，并基于該存儲(chǔ)控制器，完成了浪潮加固磁盤陣列的設(shè)計(jì)(如圖6)。對(duì)新設(shè)計(jì)的基于龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器進(jìn)行了功能測(cè)試，測(cè)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(yuǎn)程管理功能均操作正常。

　　我們對(duì)基于龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器和基于某嵌入式處理器設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)控制器進(jìn)行了性能測(cè)試，并進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器性能是提升了數(shù)倍。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　浪潮超越依托浪潮在服務(wù)器、存儲(chǔ)領(lǐng)域雄厚的技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，率先完成了基于龍芯3A處理器的存儲(chǔ)控制器設(shè)計(jì)，并對(duì)其性能進(jìn)行了優(yōu)化，推出了基于國(guó)產(chǎn)自主處理器的自主加固磁盤陣列產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，為國(guó)家、軍隊(duì)的信息化建設(shè)，提供了一款自主可控、性能先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。

　　圖5 浪潮自主加固自主磁盤陣列