來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：趙忠文 曾 巒

摘要：介紹一種專用高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備，可以脫離微機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)將高速數(shù)據(jù)送入scsi硬盤。給出了該設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：scsi scsi協(xié)議控制器 高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通常的做法是把數(shù)據(jù)存入大容量存儲(chǔ)器中，采集結(jié)束后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和保存。這種方法。持續(xù)采集時(shí)間受存儲(chǔ)器容量的限制，在許多場(chǎng)合可能無法滿足要求；而存儲(chǔ)器容量的增加，其價(jià)格也會(huì)成倍增長。因此，從存儲(chǔ)容量、讀寫速度和單位成本等方面綜合考慮，采用高速硬盤直接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是很有優(yōu)勢(shì)的。

對(duì)于硬盤而言，在持續(xù)高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，關(guān)鍵是它的持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率（sustained transfer rate）能否滿足要求。目前，15000r/min的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口scsi（small computer system interface）硬盤，總線數(shù)據(jù)傳輸速率為80～320mb/s，持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率大于40mb/s。而pc機(jī)普遍配置的ide硬盤，雖然它的總線數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到33～100mb/s，但持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率只有15mb/s左右，性能低于scsi硬盤。

本文設(shè)計(jì)了一種專用高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備，它脫離微機(jī)平臺(tái)實(shí)時(shí)將高速數(shù)據(jù)送入scsi硬盤，持續(xù)存儲(chǔ)速率可達(dá)35mb/s（使用seagate公司生產(chǎn)的st336752lw型硬盤）。

1 scsi總線及硬盤

scsi是美國ansi9.2委員會(huì)定義的計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，最初是以磁盤存儲(chǔ)設(shè)備為主，但由于它的靈活性、設(shè)備獨(dú)立等特點(diǎn)，使之不僅在磁帶設(shè)備、打印設(shè)備、光盤驅(qū)動(dòng)設(shè)備等外設(shè)中得到普遍應(yīng)用，也在許多i/o設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)工業(yè)控制等領(lǐng)域不斷發(fā)展。隨著外設(shè)速率的不斷提高，scsi的性能幾乎每5年提高一倍，目前ultra320 scsi總線數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)320mb/s。

scsi是設(shè)備無關(guān)的輸入輸出總線，可以掛接多達(dá)8個(gè)以上的設(shè)備。對(duì)于scsi總線上的設(shè)備，如果是任務(wù)的觸發(fā)者，則稱為啟動(dòng)設(shè)備；如果是任務(wù)的執(zhí)行者，則稱為目標(biāo)設(shè)備。通常啟動(dòng)設(shè)備先選擇一個(gè)目標(biāo)設(shè)備，繼而由目標(biāo)設(shè)備決定繼續(xù)控制總線或釋放總線，直到完成任務(wù)。本文的專用高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備采用單啟動(dòng)、單目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

scsi硬盤在標(biāo)識(shí)硬盤扇區(qū)時(shí)使用了線性的概念，即硬盤只有順序的第1扇區(qū)、第2扇區(qū)…第n扇區(qū)，不像ide硬盤的“柱面/磁頭/扇區(qū)”三維格式。這種線性編排方式訪問延時(shí)最小，可加快硬盤存取速率，尤其在持續(xù)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，所顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)較明顯。目前，操作系統(tǒng)內(nèi)部也使用線性編號(hào)的扇區(qū)，其目的是加快介質(zhì)存取速度，加大介質(zhì)訪問容量。

綜上所述，該專用高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備使用scsi總線不僅數(shù)據(jù)傳輸速率高，而且在需要時(shí)可以增加設(shè)備中的硬盤數(shù)量來擴(kuò)展存儲(chǔ)空量，甚至可以把硬盤替換為其它scsi存儲(chǔ)設(shè)備。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)scsi協(xié)議和硬盤存儲(chǔ)，一般需要有微處理器、dma控制器、scsi協(xié)議控制器、數(shù)據(jù)緩存器等硬件支持和相應(yīng)的軟件控制模塊。

·微處理器用來控制設(shè)備中各部件的工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備本身的特定功能。該專用高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持續(xù)高速存儲(chǔ)，要求處理數(shù)據(jù)的速度高。通常這些需要傳輸和處理大量數(shù)據(jù)的設(shè)備均選用數(shù)字信號(hào)處理器dsp作為微處理器。同時(shí)，scsi協(xié)議中許多復(fù)雜的控制功能也需要這個(gè)微處理器來實(shí)現(xiàn)。

·傳送大量數(shù)據(jù)大多會(huì)采用直接存儲(chǔ)器訪問dma（direct memory access）方式，因此需要獨(dú)立的dma控制器或選用內(nèi)置dma控制器的微處理器。出于簡(jiǎn)化電路和提高速率的考慮，該設(shè)備采用復(fù)雜可編程邏輯器件cpld構(gòu)造了一個(gè)獨(dú)立的dma控制器。

·要實(shí)現(xiàn)scsi協(xié)議需要有scsi協(xié)議控制器。dsp中通常不會(huì)集成scsi協(xié)議控制器，因此一般情況下，需要選擇通用的scsi協(xié)議控制器，輔助dsp實(shí)現(xiàn)scsi協(xié)議和通信。

·在設(shè)備的輸入接口部分，需要有數(shù)據(jù)緩存單元。普通的存儲(chǔ)器在寫入的同時(shí)不能讀取；采用雙口隨機(jī)存儲(chǔ)器ram雖然可以解決并發(fā)訪問的問題，但它必需的雙邊地址譯碼又是不可忽視的問題。對(duì)于單純的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，不需要對(duì)數(shù)據(jù)做壓縮、信號(hào)分析等預(yù)處理工作，緩存單元在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于先進(jìn)先出（first in first out，fifo）隊(duì)列，先到的數(shù)據(jù)先被存儲(chǔ)。所以采用專用fifo芯片，可以去掉復(fù)雜的緩存器譯碼電路，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而且，采用專用fifo芯片，整個(gè)設(shè)備從外部數(shù)據(jù)接口看來，就是一個(gè)寫不滿的fifo，也大大簡(jiǎn)化了對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)接口的操作。

專用高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備的框圖如圖1所示。圖1中各方框表示一個(gè)基本模塊，括號(hào)中文字表示具體實(shí)現(xiàn)的器件，虛線左側(cè)部分不屬于設(shè)備模塊。

該高速硬盤存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)中向處理器選用了ti公司生產(chǎn)的tms320f206，scsi協(xié)議控制器選用了qlogic公司生產(chǎn)的fas368m，dma控制器和其