目 录

1、前言 ............................................ 1

1.1、综述的范围 .................................. 1

1.2、FPGA的概念 ................................. 1

2、正文： .......................................... 1

2.1、可编程逻辑器件的历史和概述 ................... 1

2.2 FPGA工作原理................................. 2

2.4、FPGA的发展方向 .............................. 4

2.5、FPGA的发展前景 .............................. 4

3、总结： .......................................... 5

4、参考文献： ....................................... 5

1、前言

1.1、综述的范围

本次报告主要介绍了FPGA的概念，发展历史及发展方向，并对FPGA和CPLD进行了一系列的比较。其中介绍了FPGA的芯片整体结构和模块功能以及基于查找表的FPGA的工作原理，并对软核、硬核和固核的概念作了解释。关于FPGA的设计流程，本文分别介绍了典型的开发流程和Xilinx公司的FPGA开发流程。

1.2、FPGA的概念

FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：

1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

2、正文：

2.1、可编程逻辑器件的历史和概述

随着数字电路应用越来越广泛， 传统通用的数字集成芯片已经难以满足系统的功能要求，而且随着系统复杂程度的提高，所需通用集成电路的数量呈爆炸性增值，使得电路的体积膨大，可靠性难以保证。此外，现代产品的生命周期都很短，一个电路可能需要在很短的周期内作改动以满足新的功能需求，对于采用通用的数字集成电路设计的电路系统来说即意味着重新设计和重新布线。因此，系统设计师们希望自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC 的设计周 1

期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、 紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。 其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的 PLD 由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。

这一阶段的产品主要有 PAL(可编程阵列逻辑)和 GAL(通用阵列逻辑)。PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。 PAL 器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM 技术和 EEPROM 技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA)，它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。 PLA 器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。

2.2 FPGA工作原理

2.2.1、总述

由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。

根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果。所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。

查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有 4位地址线的 的RAM。 当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入 RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度 的高端数字逻辑电路设计领域。其组成部分主要有可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、内嵌SRAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用单 元等，主要设计和生产厂家有Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel 2

和QuickLogic等公司，其中最大的是 Xilinx、Altera、Lattice三家。

如前所述，FPGA是由存放在片内的RAM来设置其工作状态的，因此工作时需要对片内RAM进行编程。用户可根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA有如下几种配置模式：

并行模式：并行PROM、Flash配置FPGA；

主从模式：一片PROM配置多片FPGA；

串行模式：串行PROM配置FPGA；

外设模式：将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。

目前，FPGA市场占有率最高的两大公司Xilinx和Altera生产的FPGA都是基于SRAM工艺的，需要在使用 时外接一个片外存储器以保存程序。上电时，FPGA将外部存储器中的数据读入片内RAM，完成配置后，进入工作状态；掉电后FPGA恢复为白片，内部逻辑 消失。这样FPGA不仅能反复使用，还无需专门的FPGA编程器，只需通用的EPROM、PROM编程器即可。Actel、QuickLogic等公司还 提供反熔丝技术的FPGA，只能下载一次，具有抗辐射、耐高低温、低功耗和速度快等优点，在军品和航空航天领域中应用较多，但这种FPGA不能重复擦写， 开发初期比较麻烦，费用也比较昂贵。Lattice是ISP技术的发明者，在小规模PLD应用上有一定的特色。早期的Xilinx产品一般不涉及军品和宇 航级市场，但目前已经有Q Pro-R等多款产品进入该类领域。

2.2.2、查找表（Look-Up-Table)的原理与结构

采用这种结构的PLD芯片我们称之为FPGA：如Altera的ACEX、APEX系列，Xilinx的Spartan，Virtex系列等。

查找表（Look-Up-Table)简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结果事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

由于LUT主要适合SRAM工艺生产，所以目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺的，而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失，一定需要外加一片专用配置芯片，在上电的时候，由这个专用配置芯片把数据加载到FPGA中，然后FPGA就可以正常工作，由于配置时间很短，不会影响系统正常工作。 也有少数FPGA采用反熔丝或Flash工艺，对这种FPGA，就不需要外加专用的配置芯片。

2.3、FPGA与CPLD的比较

尽管FPGA和CPLD都是可编程ASIC器件,有很多共同特点,但由于CPLD和FPGA结构上的差异,具有各自的特点：

1）CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑,FPGA更适合于完成时序逻辑。换句话说,FPGA更适合于触发器丰富的结构,而CPLD更适合于触发器有限而乘积项 3

丰富的结构。

2）CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。

3）在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程。

4）FPGA的集成度比CPLD高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。

5）CPLD比FPGA使用起来更方便。CPLD的编程采用Ｅ2PROM技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。

6）CPLD的速度比FPGA快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于FPGA是门级编程,并且CLB之间采用分布式互联,而CPLD是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。

7）在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。FPGA大部分是基于SRAM编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入SRAM中。其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的动态配置。

8）CPLD保密性好,FPGA保密性差。

9）一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明显

2.4、FPGA的发展方向

>向高密度、高速度、宽频带方向发展。

>向低成本、低价格的方向发展。

>向低电压、低功耗和绿色化方向发展。

>结构化ASIC。

>可编程片上系统SOPC。

>动态可重配置DRFPGA。

>单片群集器COD。

2.5、FPGA的发展前景

自19xx年来，FPGA的成本降低了500倍、功耗降低了50倍、逻辑容量提高了200倍、速度快了40倍，到20xx年，FPGA在价格上降低5倍，容量增大5倍，单位功耗会有多5倍的功能，另外速度还会提升5倍，除了可编程逻辑功能外，FPGA还集成了很多IP硬核，例如最新的PCIe&以太网模块、高速串行收发器、DSP模块以及嵌入式处理器等向SoC发展。这与传统DSP和CPU等处理器的发展方向类似，它们也在片上集成了各种硬件加速器，为特定应用提供更高的性能。FPGA通过把更多硬核集成进去，能够适合更多特定的市场，这是一个趋势，不过和同类方案相比，FPGA是可编程的，继承了很多可编程特性。

除了片上集成外，FPGA在未来有另一种革命性的趋势，即利用系统级封装 4

技术(SiP)实现“虚拟SoC”。虚拟SoC可能会在同一个封装中集成传感器阵列、处理器、存储器、通用接口、混合信号和高压I/0等器件，以替代带有固化IP的大芯片。由于是多个裸片，每种器件都可以使用最适合自己的工艺，在降低成本、功耗和体积的同时，保持了高性能。

FPGA主要向两个方向发展以更好地满足系统要求：高密度/高性能应用和中等密度/成本的敏感型应用。Altera表示，低成本和高性能这两类产品在架构和成本结构上都有独特的要求，低成本产品将挑战目前许多中低密度ASIC应用，而高性能产品将被做得越来越大，超过200万ASIC门，主频速度高于300 MHz。它将挑战高端ASIC和其他系统元器件市场，例如网络处理器及高端DSP处理器。未来Altera将继续开发两种类型的产品，加快向应用市场渗透。 “随着系统复杂度提升与上市时间加快，高性能FPGA的发展趋势是将成为系统核心芯片，系统厂商对FPGA的要求也越来越严格，体现在功耗、性能、易用性和成本等四大方面。这样的FPGA已经演变成一种可编程系统平台，

由于在性能和灵活性方面的完美组合，FPGA在DSP领域的应用越来越普遍，诸如通信、多媒体和国防行业等高增长的市场都非常需要高性能的DSP技术。这些市场的特点在于始终处于连续的变化之中，不断变化的标准、市场需求、客户需求以及竞争态势。要跟上市场变化，企业就需要一种强大且灵活的处理器——FPGA就是这种特别适合的技术。FPGA将继续集成更多的DSP硬核，以应对3G、高清安防、高清视频的需求。目前，在Xilinx Virtex5中已经集成了640个DSP slice硬核，可以在550MHz频率下达到352GMAC的性能！

FPGA带来的另一个应用就是可重构系统（Reconfigurable System），目前这项技术还主要应用在军事和航天领域。目前所使用的嵌入式计算项目描述为“静态”的，它依赖基于固定架构的、已将现有软件性能发挥到极至的硬件驱动型“点方案("point solutions)”。 “静态方式缺乏满足动态任务要求的多样性，其所导致的性能下降或差强人意的匹配处理性能结果将损害我们的战斗力。” 可重构处理器或可重构计算架构是解决这个挑战的关键。

3、总结：

如前所述，FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。并向着高密度、高速度、宽频带、低成本、低价格、低电压、低功耗和绿色化方向发展。通过本次综述报告我了解了许多关于FPGA的相关知识，以及FPGA自身所包含的巨大前景。

4、参考文献：

1 朱明程 FPGA原理及应用设计，中国电子工业出版社，1994

2 FPGA For Cache Logic.Printed on recycled paper of Atmel.Corp.1995.5 3 High-Density Programmable Logic.Lattice Semiconguctor Date Book-1996

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第二篇：文献综述报告(1)

论文文献综述

论文题目：基于存储网的海量存储共享方案

班级：08计算机（1）班 姓名：黄飞近 学号：0820061108

（格式用此格式，页面10页，字数计空格约16000。）

1 数据存储共享方案的分析

1.1 SCSI 的数据存储共享方案

SCSI 存储结构也就是我们最早使用的存储方案,

也可以说是DAS 存储。存储介质通过SCSI 协议与服

务器相连, 服务器为数据存储共享的中转接点。SCSI

结构采用的连接端口与连接线长度都十分有限, 因此

能提供的存储容量非常有限。当需要增加存储容量时

就要增加SCSI 的HUB 用以进行连接, 它们的数据量

增加到一定的数量时会出现性能瓶颈, 因此对于大数

据量的存储我们使用多个DAS 系统, 但存在着信息孤

岛和数据不统一现象, 这对于合理管理数据是十分不

利的, 特别不适应海量的数据存储。因此基于SCSI 存

储方案构建的网络数据存储不适应对网络环境下的海

量数据存储共享的要求。

1.2 NAS 的数据存储共享方案

NAS 存储是目前数据存储的热点存储方案, 它的

思想是以内嵌的NAS 服务器为中心的数据存储, 其结

构如图1 所示:

此方案希望利用网络进行以数据为中心的存储管 理, 在构成上它从服务器的后面去掉存储器, 将存储器 连接在LAN 中。NAS 通常被理解为专用数据存储服务 器, 包括存储设备和内嵌系统软件。NAS 通常被布置 在LAN 上某个特定的节点上, 允许用户在网络上存取 数据, NAS 设备支持NFS 与CIFS 两种文件系统, 提供

跨平台文件共享功能。

NAS 管理简单, 扩容方便, 实现了通过网络取得存 储设备上的数据而不消耗服务器资源, 但是NAS 在网 络带宽无法满足用户要求的情况下存在明显的不足。 在NAS 中, 磁盘阵列的数据流是通过网络流动的, 对 磁盘访问事务进行打包传送。即使是1000MbPs 的以 太网, 当组建了大型网络数据共享系统时, 也很难提供 给每一个用户足够的带宽, 特别是对进行多媒体应用 与高数据流量的实时数据共享应用来说, 几乎是一个 不可容忍的缺陷; 另外当外界与NAS 建立连接消耗大 量带宽时也会造成网络性能急剧下降, 因此基于NAS 的存储方案对于组建海量存储共享系统来说并不是一

种理想的方案。

1.3 SAN 的数据存储

SAN 是目前正在流行的前沿数据存储方案, 它的

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核心思想是用存储区域网进行数据的存储, 其结构如

图2 所示:

它利用成熟的网络技术把服务器与存储设备分

离, 使用一个专用的网络( SAN) 进行存储, FC HUB 后 面的部分用以建立存储网络( SAN) , 服务器能与SAN 中的网络节点进行任意的连接, 通过特定的方式存储 网络内的设备可以不依靠服务器直接进行相互之间的 协作, 使用光纤通道与并行数据存取, 并且能提供并行 的数据存取,有效地克服了NAS 存储的网络带宽不足。

在SAN 区域网络中, 存储网中物理上分散的存储 设备在逻辑上完全一体, 具有逻辑上的统一性; 适合对 数据进行统一管理, 降低了管理费用; 容单点故障, 提 高了系统的可靠性; 具有在线扩充的能力, 能满足网络 存储中数据的快速增长存储需要, 存储网络还具有很 大的灵活性, 能满足在INTERNET 计算大环境下各种

计算变化对存储的要求。

因此理论上SAN 具有海量的扩充能力, 不受带宽 的限制, 适应网络化环境下数据快速增长与多样性的 要求。对于设计一种高效的网络数据存储系统来说, 基

于SAN 存储平台是一种理想的选择。

2 基于存储网的海量存储共享方案构造

2.1 基于存储网的海量存储共享思想

2

适应网络化海量数据存储已经成为存储领域的必 然要求, 但网络的带宽是有限的, NAS 与DAS 在大数

据量时很难满足数据存储的要求。

存储网( SAN Storage Aiea Network) 为此提供了一 种解决思路。SAN 的主要思想是将LAN 上的存储转换 到主要由存储设备组成的SAN 上, 使得数据的访问、 备份和恢复不影响LAN 的性能, 在有大量数据访问 时, 不会大幅度降低网络性能, 同时具有海量扩充的能

力, 很适应我们数据量爆炸性增加的存储需要。 我们希望基于SAN 的存储系统具有较高的灵活

性, 应用软件丰富和广泛的应用优势。同时也希望我们 的系统具有高可靠性、高可用性、很高的服务能力以及 强大的I /O 处理能力。使用UNIX 系统或者WINDOWS

系统与大型机的结合构造此系统可以达到我们

的要求。大型机系统通常承担关键性的大数据量信息 处理工作, 而UNIX 服务器、Windows 服务器等开放系 统通常作为服务器来提供与客户相关的前端服务。在 数据存储领域, 研究如何将它们结合起来, 充分利用两 类机器的优势, 降低数据存储成本, 并在存储整合的基 础上实现异构系统的计算资源整合是目前的一大难点

与热点。

我们实现的新系统就是要设计并实现这样一个基

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于SAN 的存储共享软件系统, 用来实现大型机、Unix 工作站、Windows NT 工作站对磁盘阵列的海量数据共 享存储, 并提供一组统一的API 供上层应用程序使用。

2.2 基于存储网的海量共享存储系统总体设计

本系统利用大型机的高性能与丰富的软件支持进 行应用数据处理, 通过共享的磁盘阵列组成存储网与 通用系统进行数据存取。基于UNIX 或者WINDOWS

磁带库

的平台, 两者的原理相同。考虑到UNIX 的丰富资源,

我们在UNIX 上进行本系统的设计。

整个系统分为大型机端与UNIX 端两部分, 总体

结构如图3 所示:

大型机端部分: 大型机端Server 部分负责和UNIX 端进行通信, 控制UNIX 端对SAN( 共享磁盘阵列) 的 访问, 并对各个UNIX 端的Server 进行管理。大型机端 可以运行多个Server, 也可以有多台大型机各自运行 多个Server, 在Unix 端看来, 这些Server 的功能相同, 地位并列, UNIX 端Server 可以任意选择其中之一与之 通信并实现应有的功能, 以响应时间最短为选择标准。

UNIX 端部分: 包括Server 部分、动态链接库部分 及Command 群部分。Server 部分是运行在通用系统即 UNIX 或Windows 上的daemon 程序, 它负责管理host、 4

Path、media、AP 等资源, 转发动态库的各种文件操作 请求。其中host 指大型机端不同的Server, 每个Server 认为是一个host, media 被定义为共享LD, Path 被定义 为media 所映射而成的本地设备文件, AP 则是本地进

程。

Library( 动态链接库) 是一组函数, 其中包括提供 给用户的一组API 和一些I /O 操作的中间处理函数。 利用该模块提供的API, UNIX 端就可以实现对共享磁

盘阵列的访问。

Command 群是提供给用户使用的一组命令, 可以 实现对系统的管理、控制功能以及对共享文件访问的

管理和控制。

2.3 基于存储网海量存储共享系统的关键设计

UNIX 端的Server 部分, 我们设计了如下的功能进

程:

·父进程也称为总体进程, 控制整个系统的其它

进程并创建其它的进程。

·监视进程用于监视对整个系统的进程, 以判别

它们是否工作正常。

·控制进程对磁盘进行管理, 管理磁盘上的共享

数据, 对大型机的请求进行响应。

·通信进程为UNIX 与大型机之间进行TCP /IP

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通信。

·命令管理进程该进程主要是提供一组命令, 通 过此命令进行启动或者停止UNIX 端的Server 命令, 激活与大型机的联系, 激活与磁盘阵列的联系。 Unix 端的Server 要完成的功能是: 海量磁盘文件 资源控制功能; 用户名的转换功能; 对访问文件的AP ( 本地进程) 的监视功能; 海量磁盘的构成管理功能; 与 大型机端Server 的通信功能; 海量文件的访问闭塞功

能。处理管理命令的功能。

Unix 端的Library( 动态链接库) 设计: Library 实际 上是一个函数库, 是Unix 部分主体功能的实现者, 其 中包括面向用户使用户能够用来访问大型机管理下的 区域网内的API, 以及对用户不公开的其它处理函数。

Library 功能模块如图4 所示:

应用程序接口(API) 部分: 该模块是面向用户的函 数接口, 它们就像一个个普通的C 函数一样, 用户可 以在自己编写的C/C++程序中调用这些函数来实现共

享磁盘文件访问和管理的功能。

F__prc 部分: 该模块主要完成与UNIX 端Server 通信获取文件信息, 文件打开、关闭等, 以及其他前期 准备和后续处理工作( 构造/销毁各种文件访问控制

表, 分配/释放内存空间等) 。

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F__seq 部分: 此模块是各种文件访问函数的核心

部分, 它是对大型机文件的数据进行访问的主要处理

部分。

虚拟访问接口VAI (Virtual Access Interface) 部

分: 此模块位于Library 的最底层, 所有的磁盘访问任

务最终都要通过VAI 来实现, 它可以对大型机的共享

文件进行存取访问。

2.4 基于存储网海量存储共享系统的工作原理

图3 基于存储网的海量存储共享系统功能结构图

图4 Libr ary 功能模块设计

本地磁盘大型机管理的共享盘

虚拟访问接口

F_prc F_scp

用户程序

UNIX 端的

SERVER

第15 卷第6 期刘霖等: 基于存储网的海量存储共享方案·3·

基于存储网的数据存储共享系统工作时, 大型机

端运行的文件共享Server 是运行在大型机上的服务程

序, 运行的操作系统是大型机上的专用操作系统, 它负 责与Unix Server 连接并接收文件访问请求, 再利用大

型机的API 进行文件操作( 非数据访问) , 之后把文件

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信息通过TCP /IP 返回给UNIX 端Server, 最终通过 UNIX 端的动态库函数进行处理。UNIX 端Server 相对 于本地的进程而言是一个服务程序, 相对于大型机端 Server 而言, 它又相当于一个客户端, 所以在本系统中

也可以被称为中间Server。

大型机端Server 与UNIX 端Server 进行通信时,

使用的是Socket 连接, 通过TCP /IP 网络进行信息的 交互。而在访问磁盘数据时, 无论是UNIX 端还是大型 机端, 都是通过存储网直接访问磁盘。另外, 大型机端

Server 还负责管理各UNIX 端Server。

对于Unix 等通用系统而言, 虽然disk array 与普

通本地硬盘不同, 但一旦连接到系统则对应用程序而 言都是disk 设备, 访问方式完全一样。在磁盘阵列上 存放的是可共享的数据, 它的格式是大型机操作系统 的文件系统。倘若Unix 直接访问这些数据, 由于文件 系统的不同, 所读出的数据必然是乱码, 所写入的也是 不正确的大型机文件系统的文件格式。因此, 当利用通 用系统进行文件读写时, 首先必须通过动态库提供的 对大型机格式的文件的访问函数, 从大型机端Server 取得文件信息并获得文件控制权, 这些请求全部经消 息队列发送到通用机端Server, 再由通用机端Server 将返回结果传递给动态库读写函数, 直接打开物理盘

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进行文件的读写。

从大型机端返回的文件信息, 包括文件的属性及 地址分布、需要访问长度等。通用机端得到这些信息 后, 将不再需要大型机的介入而直接根据这些文件信 息进行访问。这种访问是用被称为raw disk access 的 方式进行的。raw disk access 是将disk 看成连续Sector, 以byte offset 方式访问disk 的数据。这种访问方式 直接使用disk driver 进行I /O, 由于OS 没有参与读写 过程, 因此效率较高。另外, 由于磁盘阵列上的文件系 统不能被通用server 识别, 也只能用raw disk 的方式

进行数据访问。

磁盘阵列上的各个逻辑盘将会通过光纤网络映射 为UNIX 系统的硬盘设备。逻辑盘Lgical Disk( LD) 是 disk array 的概念, 它可以由多个物理disk( 各物理disk 的一部分或全部) 按照一定的RAID 方式构成, 可以进 行并行访问或存储冗余数据。LD 我们可以叫volume 或media, 在OS 看来这就是一个raw disk, 与普通物理 硬盘一样。因为Unix 上的设备都被看作特殊文件, 访 问设备类似于文件访问, 设备驱动程序都提供打开和 读写接口来操作真正的硬件, 另外还提供I /O Control 接口来进行特殊的设备控制或从设备获取信息。与 disk 相关的special file 都在/dev/dsk 或/dev/rdsk 目

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录下, dsk 目录与rdsk 目录的差别是, 打开rdsk disk 设

备后read /write /ioctl 等调用将直接发送给硬件, 而dsk

目录的设备则还经过OS 的中间处理。

通过此过程, 基于存储网的数据存储共享系统能

很好的进行高效的数据存储共享, 能够提供跨平台的

文件共享服务, 利用存储网的海量扩充潜力, 能提供不

断增长的数据存储服务。

3 结论

目前我们已经在实验室建成了2 台UNIX 端、1 台

HP 服务器模拟的大型机和1 个小型光纤网建立的基

于存储网的网络数据存储共享存储系统。通过模拟运

行数据海量增长情况与数据的跨平台共享表明, 本系

统实现了大型机与Windows 及Unix 平台对磁盘阵列

的共享访问, 跨平台性好, 接口简单, 扩容简单, 克服了

传统的SCSI 存储方案中的扩容有限、数据管理复杂、

不直接支持跨平台的数据共享的不足, 同时也克服了

NAS 存储方案中数据访问量增大时造成整个网络性能

急剧恶化的不足, 能很好适应当前网络成熟, 数据量急

剧增长时用户对数据存储共享的需要, 是一种很有应

用价值的先进数据存储共享解决方案。

参考文献:

1. Department of Computer, Hunan College of Humanities and Technology, Loudi, Hunan 417000, China;

10

2. Department of Computer, Yueyang Vocational Technical College, Yuyang, Hunan 414000, China;

3. School of Information Science & Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China)

Abstr act: With the development of network and the rapid growth of data size, it becomes more and more important to

share the data storage effectively.The paper analyses the shortages of traditional SCSI storage and NAS storage, and the

advantages of SAN storage method, then designs a new net storage shared system based on SAN architecture.The new

system is easy to management and convenient to share and overcomes the shortages of limited storage capacity of SCSI.It

also overcomes the influence of network bandwidth of NAS, we think it is a storage system. with good foreground.

4.

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