一种基于FPGA的Raid卡驱动方法与流程

一种基于fpga的raid卡驱动方法
技术领域
1.本发明涉及一种数据存储技术、磁盘阵列技术领域，尤其涉及一种基于fpga的raid卡驱动方法。


背景技术：

2.raid：redundant array of independent disks，即独立磁盘冗余阵列，或简称磁盘阵列，是把相同的数据存储在多个硬盘的不同的地方的方法。通过把数据放在多个硬盘上，输入输出操作能以平衡的方式交叠，改良性能。
3.pcie：pci-express，peripheral component interconnect express，是一种高速串行计算机扩展总线标准，是继isa和pci总线之后的第三代i/o总线，即3gio。
4.nvme：non-volatile memory express，非易失性高速传输总线，是一个逻辑设备接口规范；是host和pcie bus sdd间的数据通信协议，是专门针对pcie ssd设计的接口标准；协议定义了驱动软件与非易失存储子系统，如外设部件互连标准和接口pcie的固态硬盘等，驱动软件与非易失存储子系统之间交互的命令集、队列和寄存器的接口，它同样定义了nvm子系统的基本命令集；是一个可扩展的主机控制接口，适用于解决使用pcie ssd的企业和客户端系统的需求。
5.ssd：solid state disk或solid state drive，即固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。
6.对fpga所带的pcie rc端口做pcie枚举，分配总线号、bar空间等，初始化nvme ssd，配置nvme管理队列，创建nvme io队列，配置raid信息，出现坏盘时驱动创建多个线程进行重建。
7.fpga由于其相对于专门的raid芯片的灵活性、开发周期更短等，用于实现raid卡，为了使用该raid卡，需要专门的驱动，以及为应用层提供接口，同时由于软件比fpga更加灵活方便，部分工作交给了驱动。


技术实现要素：

8.本发明的目的解决了采用fpga直接驱动nvme ssd时，当出现坏盘时驱动会创建多个线程进行重建的问题，降低了fpga开发驱动的复杂度。
9.本发明的目的在于提供一种基于fpga的raid卡驱动方法，以解决上述技术背景中提出的问题。
10.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
11.本发明第一个方面提供了一种基于fpga的raid卡驱动方法，包括：
12.首先完成pcie枚举，将fpga下属的2个pcie rc端口的配置axi_lite接口都直接映射到cpu地址空间，完成pcie rc端口下面的每个ssd的枚举和配置；通过读写fpga相关bar空间来访问rc下的各设备的pcie配置空间；其次，对各nvme ssd盘进行初始化。
13.优选地，所述pcie枚举步骤如下：
14.a1：分配并配置总线，除fpga下属2个pcie rc本身，在访问其下边的子设备的pcie配置空间前都需要配置；
15.a2：遍历和配置，遍历所有子设备，配置子设备关掉中断，找到子设备id为pcie的capability并配置mps以及mrrs值，读取子设备读取子设备的pcie header type，如果为1，则其为桥类设备，说明其下还有其他的设备，对于该子设备，执行骤a1；如果为0，则非桥类设备，说明其为nvme ssd的插槽，执行步骤a3；
16.a3：记录该插槽的槽位是第几个槽位，给该槽位分配bar空间并回溯更新其父设备至rc的bar空间。
17.优选地，所述对各nvme ssd盘进行初始化的步骤如下：
18.b1：逐个初始化nvme ssd，每个nvme ssd先进行复位，再配置管理队列，再创建驱动用的io队列；
19.b2：根据nvme ssd盘记录的raid信息，配置好相关fpga寄存器，告知fpga raid模式和盘数量；
20.b3：创建fpga io队列，用于处理应用层下发给raid盘的命令；
21.b4：创建nvme ssd的io队列，供fpga使用；
22.b5：创建块设备，使用户得以使用raid盘；
23.b6：对于不在raid组里的盘，开放给用户直接使用。
24.优选地，所述遍历过程是采用深度优先算法进行的。
25.本发明第二个方面提供了一种基于fpga的raid卡驱动装置，包含：
26.pcie枚举模块，用于将fpga下属的2个pcie rc端口的配置axi_lite接口都直接映射到cpu地址空间，完成pcie rc端口下面的每个ssd的枚举和配置；以及通过读写fpga相关bar空间来访问rc下的各设备的pcie配置空间；
27.nvme ssd盘初始化模块，用于对各nvme ssd盘进行初始化。
28.在一种优选实施例中，所述pcie枚举模块包括：
29.总线分配及配置子模块，用于除fpga下属2个pcie rc本身外，配置fpga下边的子设备的pcie配置空间；
30.子设备遍历和配置子模块，用于遍历所有子设备，配置子设备关掉中断，找到子设备id为pcie的capability并配置mps以及mrrs值；
31.判断模块，用于读取子设备的pcie header type，并判断pcie header type是否为1，如果为1，则判断该子设备为桥类设备，说明其下还有其他的设备；如果为0，则判断该子设备为非桥类设备，说明其为nvme ssd的插槽；
32.槽位记录模块，用于当判断模块判断该子设备为非桥类设备时，记录插槽的槽位是第几个槽位，给该槽位分配bar空间并回溯更新其父设备至rc的bar空间。
33.本发明第三个方面还提供了一种基于fpga的raid卡驱动系统，包括：主机、驱动、fpga和多个nvme ssd盘；其中，
34.所述主机与所述驱动通信连接；
35.所述驱动与所述fpga通信连接；
36.所述fpga和所述驱动分别与多个所述nvme ssd盘连接；
37.所述驱动包括上述的一种基于fpga的raid卡驱动装置。
38.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
39.raid卡使用方便，将部分功能交给驱动，降低了fpga的开发难度，提高了开发的灵活性。
附图说明
40.构成本技术的一部分附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
41.图1是本发明优选实施例的raid卡驱动方法；
42.图2是本发明优选实施例的系统组成框图；
43.图3是优选实施例pcie枚举步骤；
44.图4是优选实施例对各nvme ssd盘进行初始化的步骤。
具体实施方式
45.本发明提供一种基于fpga的raid卡驱动方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
46.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
47.实施例：
48.本发明提供一种基于fpga的raid卡驱动方法应用实例，其raid卡驱动方法如图1所示。
49.图2为一种基于fpga的raid卡驱动系统组成框图，系统包括主机、驱动、fpga、4 2磁盘阵列和2个独立使用磁盘阵列。
50.驱动首先完成pcie枚举，将fpga下属的2个pcie rc端口的配置axi_lite接口都直接映射到主机cpu地址空间，完成pcie rc端口下面的每个ssd的枚举和配置；通过读写fpga相关bar空间来访问rc下的各设备的pcie配置空间；其次，对各nvme ssd盘进行初始化。
51.参阅图3所示，pcie枚举的具体步骤如下：
52.a1：分配并配置总线，除fpga下属2个pcie rc本身，在访问其下边的子设备的pcie配置空间前都需要配置；
53.a2：遍历和配置，采用深度优先算法遍历所有子设备，配置子设备关掉中断，找到子设备id为pcie的capability并配置mps以及mrrs值，读取子设备读取子设备的pcie header type，如果为1，则其为桥类设备，说明其下还有其他的设备，对于该子设备，执行骤a1；如果为0，则非桥类设备，说明其为nvme ssd的插槽，执行步骤a3；
54.a3：记录该插槽的槽位是第几个槽位，给该槽位分配bar空间并回溯更新其父设备至rc的bar空间。
55.参阅图4所示，各nvme ssd盘进行初始化的步骤如下：
56.b1：逐个初始化4 2磁盘阵列和2个独立使用磁盘阵列中nvme ssd，每个nvme ssd先进行复位，再配置管理队列，再创建驱动用的io队列；
57.b2：根据nvme ssd盘记录的raid信息，配置好相关fpga寄存器，告知fpga raid模式和盘数量；
58.b3：创建fpga io队列，用于处理应用层下发给raid盘的命令；
59.b4：创建nvme ssd的io队列，供fpga使用；
60.b5：创建块设备，使用户得以使用raid盘；
61.b6：对于不在raid组里的盘，开放给用户直接使用。
62.另一方面，本发明还提供了一种基于fpga的raid卡驱动装置，包括：pcie枚举模块和nvme ssd盘初始化模块。其中，所述pcie枚举模块，用于将fpga下属的2个pcie rc端口的配置axi_lite接口都直接映射到cpu地址空间，完成pcie rc端口下面的每个ssd的枚举和配置；以及通过读写fpga相关bar空间来访问rc下的各设备的pcie配置空间。所述nvme ssd盘初始化模块，用于对各nvme ssd盘进行初始化。
63.具体地，所述pcie枚举模块包括：
64.总线分配及配置子模块，用于除fpga下属2个pcie rc本身外，配置fpga下边的子设备的pcie配置空间；
65.子设备遍历和配置子模块，用于遍历所有子设备，配置子设备关掉中断，找到子设备id为pcie的capability并配置mps以及mrrs值；
66.判断模块，用于读取子设备的pcie header type，并判断pcie header type是否为1，如果为1，则判断该子设备为桥类设备，说明其下还有其他的设备；如果为0，则判断该子设备为非桥类设备，说明其为nvme ssd的插槽；
67.槽位记录模块，用于当判断模块判断该子设备为非桥类设备时，记录插槽的槽位是第几个槽位，给该槽位分配bar空间并回溯更新其父设备至rc的bar空间。
68.综上所述，本技术采用基于fpga的raid卡驱动方法，解决了采用fpga直接驱动nvme ssd时，当出现坏盘时驱动会创建多个线程进行重建的问题，降低了fpga开发驱动的复杂度。
69.以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。