基于FPGA存储阵列的优化设计与实现
2023年电子技术应用第4期
林建华1，吴绪玲2
（1.中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214000；2.西南交通大学希望学院，四川 成都 610000）
摘要： 在雷达、通信、电子对抗等数据存储应用领域，为满足大容量SATA固态盘存储阵列的持续稳定高速写盘要求，设计了一种基于FPGA的RAID0存储阵列系统。该系统以FPGA作为数据处理核心芯片，实现了数据接收、数据缓存、数据传输、数据存储等功能。根据SATA固态盘垃圾回收的特性，设计并优化逻辑功能模块。经反复测试验证，16路SATA固态盘存储容量达32 TB，写入带宽高达5.5 GB/s，在工业温度环境下能长时间稳定工作。
中图分类号：TP302
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223083
中文引用格式： 林建华，吴绪玲. 基于FPGA存储阵列的优化设计与实现[J]. 电子技术应用，2023，49(4)：111-116.
英文引用格式： Lin Jianhua，Wu Xuling. Optimized design and realization of storage array based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(4)：111-116.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223083
中文引用格式： 林建华，吴绪玲. 基于FPGA存储阵列的优化设计与实现[J]. 电子技术应用，2023，49(4)：111-116.
英文引用格式： Lin Jianhua，Wu Xuling. Optimized design and realization of storage array based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(4)：111-116.
Optimized design and realization of storage array based on FPGA
Lin Jianhua1，Wu Xuling2
(1.The 58th Research Institute of CETC， Wuxi 214000， China； 2.Southwest Jiaotong University Hope College， Chengdu 610000， China)
Abstract： In the domain of data storage applications such as radar, communication, and electronic countermeasure, in order to meet the requirements of writing large capacity SATA Solid State Disk Array (SSD) continuously, steadily and high-speedily, a RAID0 storage array system based on FPGA is designed. This system takes FPGA as the data processing core, which realizes functions such as data receiving, data buffering, data transmission, and data storage. According to the garbage collection characteristic of SATA SSD, logic function modules are designed and optimized. The repeatable tests show that sixteen SATA SSD has the storage capacity up to 32 TB, writing bandwidth up to 5.5 GB/s, and the ability to work steadily for a long time in the industrial environment.
Key words : memory switch；FPGA；solid state disk；sequential storage；RAID0 array
0 引言
随着雷达、航天、通信、工业等各种电子系统性能日趋复杂，数据传输、处理和分析的容量和速度要求越来越高，为了研制调试、外场打靶、实战演习等方面提供数据分析的依据，需要将海量及高速数据实时、长时间稳定存储。
目前，SATA固态盘存储阵列传统采用CPU作为数据存储核心，读写控制SATA固态盘阵列，虽避免FPGA逻辑控制的复杂性，但受CPU的内存读写带宽、实时数据处理等方面性能限制，难以满足高速数据存储要求。此外，采用FPGA作为逻辑控制核心，直接读写SATA固态盘存储阵列，虽在存储带宽要求不高、持续存储时间短等场合取得一定应用，但在写盘过程中，SATA固态盘会不定期启动垃圾回收等操作，极大影响存储阵列中各个固态盘性能，难以保证存储阵列长期稳定地高速写盘。
本文设计一种基于FPGA的SATA固态盘组成的RAID0存储阵列系统，对FPGA的主要功能模块进行逻辑优化设计，克服多路SATA固态盘的性能难以预测等不利因素，解决数据吞吐量不够、存储带宽不稳定等问题，在大容量、高带宽、持续稳定的存储阵列系统应用领域具有很好的参考和使用价值。
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作者信息：
林建华1，吴绪玲2
（1.中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214000；2.西南交通大学希望学院，四川 成都 610000）
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