一種基于龍芯3A處理器的存儲控制器設計

　　摘要：本文基于國產自主龍芯3A處理器，實現了存儲控制器設計，開發移植了網絡存儲軟件，并基于該存儲控制器完成了加固磁盤陣列產品，測試結果表明，該產品較以前的基于嵌入式控制器的存儲控制器產品，其性能提高了數倍。

　　關鍵詞：龍芯3A、存儲控制器、磁盤陣列

　　1、概述

　　目前，國內的科研機構或單位對存儲產品的積累相對有限，而國內的存儲廠家主要采用的是以下幾種方式：(1)直接代理國外品牌的存儲產品，主要通過集成、服務的方式推銷國外品牌產品;(2)與國外廠商合作方式(在中低端主要和臺灣廠家合作，在中高端和一些美國廠家合作)，通過對產品外觀、管理軟件進行稍微修改(有的甚至不進行修改，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的產品中，通過選擇外國先進的處理器平臺，選購一種iSCSI軟件，進行集成、調試，最終形成產品，這種產品往往功能表現很豐富，但是在性能、穩定性方面較差。綜上，國內的相關存儲產品大多采用的是國外的先進處理器，這對于我國存儲信息系統來說，自主可控性太差，一旦發生戰爭，信息將暴露無遺，后果不堪設想。

　　為保證國家安全，響應國家“自主可控”的需求，浪潮超越致力于研制和推廣基于國產處理器的存儲產品，研制了一款基于國產龍芯3A處理器的存儲控制器并移植了相應的網絡存儲軟件，率先推出了基于龍芯3A處理器的自主可控磁盤陣列產品，填補了國內在該領域的產品空白。

　　2、整體架構

　　該存儲控制器采用龍芯3A處理器作為主控處理器，選用成熟的RAID芯片，搭建了存儲控制器硬件平臺，并通過研究網絡存儲軟件架構、web遠程管理界面設計、存儲控制器BIOS和操作系統內核移植及優化、網絡存儲軟件移植和優化等內容，掌握網絡存儲軟件的架構、基于國產處理器的存儲控制器設計等關鍵技術，研制了基于國產龍芯3A處理器的存儲控制器。

　　2.1硬件架構

　　該ISCSI網絡存儲控制器主控CPU采用中科院計算所的龍芯3A四核處理器。龍芯3A具有4個物理核心，大大提高了IO吞吐的處理能力;通過兩片SAS/SATA控制器最大可以支持16個SAS/SATA硬盤，通過擴展兩片網絡芯片實現四端口千兆以太網和多單元服務器系統相連。控制器主板實現ISCSI基本功能，可通過4個千兆網口經交換機與多單元服務器系統相連。可實現RAID0，1，5，6，10等，并提供WEB管理及在線升級功能。該存儲控制器的系統框圖如下圖1所示。

　　圖1 基于龍芯3A處理器的存儲控制器系統框圖

　　2.2軟件架構

　　該設計的網絡存儲軟件的系統架構如圖2所示。主要分為存儲管理層、存儲支撐層、平臺支持層和硬件平臺層四個層次，除硬件平臺層之外的剩余三個層組成軟件平臺層，在軟件平臺層的每一層，都需要根據平臺硬件、體系結構和操作系統之間的差異進行相應的移植工作。

　　圖2 網絡存儲軟件架構圖

　　在本設計中，基于龍芯3A硬件平臺，完成了驅動程序的編寫和內核的移植，支撐了龍芯3A硬件平臺及所用RAID芯片、網絡芯片等。在軟件層，針對所用龍芯3A硬件平臺，移植了相應的平臺支撐層、存儲支撐層和存儲管理層。

　　本設計中的網絡存儲軟件需實現的主要功能如圖3所示。包括：raid構建功能，邏輯卷管理功能，對外提供ISCSI存儲服務功能，網絡鏈路聚合功能，遠程管理功能等。

　　圖3 網絡存儲軟件功能框圖 圖4 網絡存儲性能優化示意圖

　　2.3性能優化

　　網絡存儲控制軟件在龍芯3A硬件平臺完成移植后，需要針對龍芯3A硬件平臺的特點進行優化，以提高系統的性能。網絡存儲軟件的優化主要是針對系統實現的過程以及系統實現的功能，進行逐一優化，針對龍芯3A硬件平臺，主要進行如圖4所示的性能優化。

　　3、功能、性能測試

　　基于以上軟硬件設計、軟件移植和優化工作，完成了基于龍芯3A處理器的存儲控制器設計(如圖5)，并基于該存儲控制器，完成了浪潮加固磁盤陣列的設計(如圖6)。對新設計的基于龍芯3A處理器的存儲控制器進行了功能測試，測試結果表明：阻止非法用戶登錄功能、raid功能、網絡鏈路聚合功能、管理邏輯卷功能和web遠程管理功能均操作正常。

　　我們對基于龍芯3A處理器的存儲控制器和基于某嵌入式處理器設計的存儲控制器進行了性能測試，并進行了比較。結果表明，經過優化設計，基于龍芯3A處理器的存儲控制器性能是提升了數倍。

　　4、結束語

　　浪潮超越依托浪潮在服務器、存儲領域雄厚的技術實力和產品開發經驗，率先完成了基于龍芯3A處理器的存儲控制器設計，并對其性能進行了優化，推出了基于國產自主處理器的自主加固磁盤陣列產品，填補了國內的空白，為國家、軍隊的信息化建設，提供了一款自主可控、性能先進、穩定可靠的產品。

　　圖5 浪潮自主加固自主磁盤陣列