一种基于龙芯3A处理器的存储控制器设计

　　摘要：本文基于国产自主龙芯3A处理器，实现了存储控制器设计，开发移植了网络存储软件，并基于该存储控制器完成了加固磁盘阵列产品，测试结果表明，该产品较以前的基于嵌入式控制器的存储控制器产品，其性能提高了数倍。

　　关键词：龙芯3A、存储控制器、磁盘阵列

　　1、概述

　　目前，国内的科研机构或单位对存储产品的积累相对有限，而国内的存储厂家主要采用的是以下几种方式：(1)直接代理国外品牌的存储产品，主要通过集成、服务的方式推销国外品牌产品;(2)与国外厂商合作方式(在中低端主要和台湾厂家合作，在中高端和一些美国厂家合作)，通过对产品外观、管理软件进行稍微修改(有的甚至不进行修改，直接贴牌)的方式，以自己的品牌销售给客户;(3)硬件、软件集成的方式，这种方式主要集中在iSCSI的产品中，通过选择外国先进的处理器平台，选购一种iSCSI软件，进行集成、调试，最终形成产品，这种产品往往功能表现很丰富，但是在性能、稳定性方面较差。综上，国内的相关存储产品大多采用的是国外的先进处理器，这对于我国存储信息系统来说，自主可控性太差，一旦发生战争，信息将暴露无遗，后果不堪设想。

　　为保证国家安全，响应国家“自主可控”的需求，浪潮超越致力于研制和推广基于国产处理器的存储产品，研制了一款基于国产龙芯3A处理器的存储控制器并移植了相应的网络存储软件，率先推出了基于龙芯3A处理器的自主可控磁盘阵列产品，填补了国内在该领域的产品空白。

　　2、整体架构

　　该存储控制器采用龙芯3A处理器作为主控处理器，选用成熟的RAID芯片，搭建了存储控制器硬件平台，并通过研究网络存储软件架构、web远程管理界面设计、存储控制器BIOS和操作系统内核移植及优化、网络存储软件移植和优化等内容，掌握网络存储软件的架构、基于国产处理器的存储控制器设计等关键技术，研制了基于国产龙芯3A处理器的存储控制器。

　　2.1硬件架构

　　该ISCSI网络存储控制器主控CPU采用中科院计算所的龙芯3A四核处理器。龙芯3A具有4个物理核心，大大提高了IO吞吐的处理能力;通过两片SAS/SATA控制器最大可以支持16个SAS/SATA硬盘，通过扩展两片网络芯片实现四端口千兆以太网和多单元服务器系统相连。控制器主板实现ISCSI基本功能，可通过4个千兆网口经交换机与多单元服务器系统相连。可实现RAID0，1，5，6，10等，并提供WEB管理及在线升级功能。该存储控制器的系统框图如下图1所示。

　　图1 基于龙芯3A处理器的存储控制器系统框图

　　2.2软件架构

　　该设计的网络存储软件的系统架构如图2所示。主要分为存储管理层、存储支撑层、平台支持层和硬件平台层四个层次，除硬件平台层之外的剩余三个层组成软件平台层，在软件平台层的每一层，都需要根据平台硬件、体系结构和操作系统之间的差异进行相应的移植工作。

　　图2 网络存储软件架构图

　　在本设计中，基于龙芯3A硬件平台，完成了驱动程序的编写和内核的移植，支撑了龙芯3A硬件平台及所用RAID芯片、网络芯片等。在软件层，针对所用龙芯3A硬件平台，移植了相应的平台支撑层、存储支撑层和存储管理层。

　　本设计中的网络存储软件需实现的主要功能如图3所示。包括：raid构建功能，逻辑卷管理功能，对外提供ISCSI存储服务功能，网络链路聚合功能，远程管理功能等。

　　图3 网络存储软件功能框图 图4 网络存储性能优化示意图

　　2.3性能优化

　　网络存储控制软件在龙芯3A硬件平台完成移植后，需要针对龙芯3A硬件平台的特点进行优化，以提高系统的性能。网络存储软件的优化主要是针对系统实现的过程以及系统实现的功能，进行逐一优化，针对龙芯3A硬件平台，主要进行如图4所示的性能优化。

　　3、功能、性能测试

　　基于以上软硬件设计、软件移植和优化工作，完成了基于龙芯3A处理器的存储控制器设计(如图5)，并基于该存储控制器，完成了浪潮加固磁盘阵列的设计(如图6)。对新设计的基于龙芯3A处理器的存储控制器进行了功能测试，测试结果表明：阻止非法用户登录功能、raid功能、网络链路聚合功能、管理逻辑卷功能和web远程管理功能均操作正常。

　　我们对基于龙芯3A处理器的存储控制器和基于某嵌入式处理器设计的存储控制器进行了性能测试，并进行了比较。结果表明，经过优化设计，基于龙芯3A处理器的存储控制器性能是提升了数倍。

　　4、结束语

　　浪潮超越依托浪潮在服务器、存储领域雄厚的技术实力和产品开发经验，率先完成了基于龙芯3A处理器的存储控制器设计，并对其性能进行了优化，推出了基于国产自主处理器的自主加固磁盘阵列产品，填补了国内的空白，为国家、军队的信息化建设，提供了一款自主可控、性能先进、稳定可靠的产品。

　　图5 浪潮自主加固自主磁盘阵列