[发明专利]基于原生PCIe接口的SSD控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SSD控制器及其控制方法，尤其涉及一种基于原生PCIe接口的SSD控制器及其控制方法。

背景技术

在工业控制领域的存储设备中通常采用工业级机械硬盘，传统机械硬盘有运动机构，盘片在内部高速转动，磁头悬浮在盘片上移动实现数据读写，这种结构从根本上导致机械硬盘的读写速度慢，特别是小文件随机读写速度更慢。另外机械部件的寿命会受到高强度、高温、震动等恶劣环境的严重影响，危及数据安全性，同时机械运动结构导致传统机械硬盘的能耗比较高。

随着电子技术的发展，Flash Memory（闪存）的生产工艺和成本逐渐降低，应用越来越广泛，SSD（固态硬盘）开始得到发展和使用，SSD采用Flash Memory芯片取代传统机械硬盘的盘片、磁头的机械结构，具有速度快、读写延迟小、随机性能高的特点，抵抗高温、震动的能力较机械硬盘有明显提升。

然而目前这类SSD的控制器都使用了与机械硬盘相同的SATA、SAS等传统接口，与中央处理器的总线接口（一般为PCIe）进行数据读写时，需经过PCIe与SATA（SAS）然后到SSD的来回协议转换过程，存在协议开销，SATA（SAS）的性能已经成为影响整个存储系统性能的关键因素，传统结构的SSD控制器无法发挥出PCIe和高速Flash Memory 芯片的潜力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于原生PCIe接口的SSD控制器及其控制方法，与中央处理器之间通信时无中间协议转换，开销小，带宽浪费少，可并行处理，SSD读写速度快。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

基于原生PCIe接口的SSD控制器，其特征在于，包括与PCIe接口相连的PCIe终端，控制SSD读写操作的Nand Flash控制器，所述PCIe终端与DMA控制器相连，所述DMA控制器分别与DDR控制器和Nand Flash控制器相连，所述DDR控制器与用于存储需要被读入SSD或从SSD写出的数据流的外界缓存DDR相连，所述DDR控制器与Nand Flash控制器相连，所述Nand Flash控制器包括电气相连的地址控制模块和LLD驱动模块，所述地址控制模块用于对待写入或读取的数据的映射地址与NandFlash实际地址的相互转换，DMA控制器与地址控制模块相连并将要读取或写入的数据流的描述信息发送给地址控制模块，所述LLD驱动模块用于将DDR中缓存的数据流转换成ONFI接口时序的数据流写入SSD。

使用外挂的高速DDR作为数据的缓冲，地址控制模块实现外部映射地址与NandFlash地址的相互转换以及读写控制，中间没有经过其他协议开销，开销小，带宽浪费少。而且无机械结构、寿命长，抗恶劣环境能力强，满足工业级存储需求，SSD读写速度快，容量大小配置灵活，不受限于SSD的更新换代。

一种基于原生PCIe接口的SSD控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

当CPU向SSD写数据时，DMA控制器将PCIe终端里的PCIe数据流导入到DDR控制器中，然后缓存在DDR中，同时CPU将数据流的描述信息通过DMA控制器传递给NandFlash控制器，地址控制模块收到描述信息之后判断数据的有效性，如果数据有效，则从DDR中将数据流经过ECC模块校验以及通过LLD驱动模块将数据流转换成ONFI接口时序的数据流写入SSD。

当CPU向SSD读数据时，CPU将要读取数据的描述信息发送给DMA控制器，DMA控制器将描述信息发送给NandFlash控制器，NandFlash控制器收到描述信息之后，地址控制模块将描述信息转换成SSD中数据相对应的地址并开始读SSD中的数据，经过ECC模块校验之后通过DDR控制器存入DDR缓存中，缓存结束后，NandFlash控制器向DMA控制器发送通知信息，DMA控制器开始以DMA方式将数据从DDR中经PCIe终端发送给CPU。

本发明的有益效果是：原生PCIe接口的固态硬盘控制器无中间协议转换，开销小，带宽浪费少；可以并行处理，SSD读写速度快；无机械结构、寿命长，抗恶劣环境能力强，满足工业级存储需求；结构简单，容量大小配置灵活，不受限于NandFlash芯片的更新换代。

附图说明

图1是本发明一种基于原生PCIe接口的SSD控制器的结构框图；

图2是本发明一种基于原生PCIe接口的SSD控制器的内部结构框图；

图3是本发明Nand Flash控制器的内部结构框图；