[发明专利]PCIe固态硬盘控制器、基于PCIe的存储系统及其数据读写方法

说明书

技术领域

本发明属于数据存储技术领域，特别涉及一种PCIe固态硬盘控制器、基于PCIe的存储系统及其数据读写方法。

背景技术

随着大数据时代到来，各行各业对数据存储的需求呈爆炸式的增长。基于PCIe接口的固态硬盘，由于其接口速度上的优势，已经逐渐成为各类计算机系统的标准存储设备。

如图1所示，现有的基于PCIe接口的固态硬盘包括一个PCIe固态硬盘控制器2和若干存储芯片3（通常为FLASH闪存芯片），其中PCIe固态硬盘控制器2包括PCIe控制接口4、CPU7、FLASH控制器8、DMA模块9和缓存10，所述PCIe控制接口4的上行端口与主机1相连，所述PCIe控制接口4均与CPU7相连，所述CPU7还通过FLASH控制器8与存储芯片3相连，所述CPU7还分别与DMA模块9和缓存10相连，所述缓存10通过DMA模块9和PCIe控制接口4相连。其中PCIe控制接口4完成标准PCIe协议控制功能，CPU7负责处理主机1的命令，完成读写数据搬移的控制，DMA模块9进行读写数据搬移，FLASH控制器8实现对存储芯片3的读写控制，缓存10用于暂存待读写的数据以及CPU7运行时的数据和变量。

现有的基于PCIe接口的固态硬盘的数据读写方法包括：主机1通过PCIe控制接口4将读/写命令发送给CPU7，由CPU7解析该命令，如果是读命令，则CPU7请求FLASH控制器8把存储芯片3中的数据搬到缓存10内，然后CPU7请求DMA模块9将缓存10内的数据通过PCIe控制接口4发送到主机1的内存，最后CPU7将完成本条命令的响应通过PCIe控制接口4发送到主机1的内存，本条命令完成；如果是写命令，则CPU7请求DMA模块9将主机1的内存中的数据通过PCIe控制接口4搬移到缓存10，然后通知FLASH控制器8将数据从缓存10读出并写入存储芯片3，最后CPU7将完成本条命令的响应通过PCIe控制接口4发送到主机1的内存，本条命令完成。

现有的基于PCIe接口的固态硬盘由于受限于PCIe固态硬盘控制器2的处理能力以及存储芯片3中的NAND Flash颗粒特性，一个PCIe固态硬盘容量一般只能达到2T字节,其读写性能也不能完全匹配PCIe最大接口速率，远远小于PCIe3.0的传输速度，在某些应用场合其容量和性能仍然不能满足需求，容量有待扩大、性能有待提升。

专利申请号为201310476647.7的中国专利申请公开了一种基于PCIe的存储扩展系统及存储扩展方法，将多个存储设备通过级联的方式连接。该方法虽然可以扩展存储容量，但是由于多个级联设备不能够同时工作，所以性能得不到提升。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中基于PCIe接口的固态硬盘容量和性能有限的问题，提供一种PCIe固态硬盘控制器、基于PCIe的存储系统及其数据读写方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种PCIe固态硬盘控制器，包括PCIe控制接口、CPU、FLASH控制器、DMA模块和缓存，所述PCIe控制接口的上行端口与主机相连，所述CPU通过FLASH控制器与存储芯片相连，所述CPU还分别与DMA模块和缓存相连，所述缓存通过DMA模块和PCIe控制接口相连，其中PCIe控制接口完成标准PCIe协议控制功能，CPU负责处理主机命令，完成读写数据搬移的控制，DMA模块进行读写数据搬移，FLASH控制器实现对存储芯片的读写控制，缓存用于暂存待读写的数据以及CPU运行时的数据和变量。还包括收发控制模块和命令/响应转发模块，所述PCIe控制接口的下行端口通过收发控制模块与CPU相连，所述收发控制模块通过命令/响应转发模块与PCIe控制接口相连；所述CPU将所述PCIe固态硬盘控制器配置为主控制器或从控制器；