分析閃存控制器的架構(gòu)，首先得了解SSD。一般來說SSD的存儲介質(zhì)分為兩種，一種是采用閃存（Flash芯片）作為存儲介質(zhì)，另外一種是采用DRAM作為存儲介質(zhì)。我們通常所說的SSD就是基于閃存的固態(tài)硬盤，其采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì)。SSD的基本組成結(jié)構(gòu)包括Flash顆粒和Flash控制器，F(xiàn)lash控制器中有芯片，負(fù)責(zé)Flash的讀寫、磨損均衡、壽命監(jiān)控等等。
Flash控制器的主要的工作任務(wù)包括三大方面：一是后端訪問Flash，管理后端Flash顆粒，包括各種參數(shù)控制和數(shù)據(jù)IO; 二是前端提供訪問接口和協(xié)議：實現(xiàn)對應(yīng)的SAS/SATA target協(xié)議端或者NVMe協(xié)議端, 獲取Host發(fā)出的IO指令并解碼和生成內(nèi)部私有數(shù)據(jù)結(jié)果等待執(zhí)行；三是FTL層核心處理。下面我們具體來介紹一下Flash 控制器是怎樣做這幾件事的。
第一，后端訪問Flash的操作內(nèi)容
后端訪問Flash首先必須提到的是閃存通道控制器。這個控制器里面有多個通道，每個通道掛多片F(xiàn)lash。它與后端Flash顆粒之間存在托管協(xié)議。數(shù)據(jù)寫入Flash的時候，除了主機發(fā)送的數(shù)據(jù)或者原始數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)都必須進(jìn)行ECC校驗。ECC是通用的稱謂，里面有多種算法，其中包括糾錯率較低的BCH算法，LAPC低密度校驗碼等。數(shù)據(jù)讀出的時候，通過擾碼，加擾，解擾，看ECC是否出現(xiàn)錯誤，若有錯則在糾錯后將芯片發(fā)到內(nèi)部，供后續(xù)的程序處理。因此，后端訪問Flash的主要任務(wù)即是管理后端Flash顆粒，包括各種參數(shù)控制和數(shù)據(jù)IO。
第二，前端提供訪問接口和協(xié)議
前端提供訪問接口和協(xié)議，跟主機驅(qū)動通信，利用標(biāo)準(zhǔn)格式輸配到系統(tǒng)里面，接收主機端發(fā)過來的指令，即完成、實現(xiàn)對應(yīng)的SAS/SATA target協(xié)議端或者NVMe協(xié)議端，獲取Host發(fā)出的IO指令并解碼和生成內(nèi)部私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等待執(zhí)行。如果遵從NVMe標(biāo)準(zhǔn)，包括提交命令的方法、完成命令的處理方法等都定好了，包括各種隊列、隊列深度，Queue Pair的總體數(shù)量最大可以達(dá)到64K個，隊列深度也可達(dá)64K個，所以，系統(tǒng)里同時可能存在64K×64K IO排著，但是目前的系統(tǒng)是用不到這么多Queue的，因為底下的介質(zhì)速度還不足以支撐。
第三，F(xiàn)TL層——核心層處理
核心層FTL層，是一款Flash控制器的關(guān)鍵競爭力所在。它既可以是純軟件算法，包括元數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)布局影射、磨損均衡、垃圾回收、緩存策略、片間RAID和掉電元數(shù)據(jù)一致性保障等內(nèi)容。同時，它也可以在進(jìn)行重復(fù)性工作時輔以硬加速引擎。這是非純軟件的，輔有硬加速的成分在里面。硬加速涉及到所使用的芯片。有的芯片支持硬加速，比如說鏈表的維護(hù)。這是因為做垃圾回收時需要要用到鏈表，拿傳統(tǒng)的軟件算法，插入一個或者追加一些項目，所耗費的CPU周期較大，此時用硬加速并行，再加上一些硬邏輯的加速，則可節(jié)省開銷。
Flash控制器的兩種策略和方式：
現(xiàn)有的Flash控制器可采用兩種方式：一種是少量的強核心加少量硬件加速。所謂強核心就是一個核心的性能高、頻率高，分支預(yù)判、并行度、單元數(shù)量、執(zhí)行管道，各種參數(shù)都高于一般水平。核心強了以后，硬加速就不需要這么多了，可以用少量的硬加速。
另一種方式則是大量弱核心+大量硬加速。比如說16個核心，每個核心比較弱，但是能夠增加執(zhí)行的并行度，有16個并發(fā)核心執(zhí)行，跑16套處理程序，這是兩種架構(gòu)。這是一種多核心協(xié)作架構(gòu)模式，其協(xié)作方式可以是同構(gòu)協(xié)作也可以是異構(gòu)協(xié)作
1.同構(gòu)協(xié)作就是每個核心做的事都是完全一樣的，處理的步驟完全一樣。如果你的控制器陣列里面有16個IO，有16個核心，每個核心都能處理一個IO，這是同構(gòu)協(xié)作。
2.異構(gòu)協(xié)作則是多個核心做不同的事情。處理同一個IO，第一個IO第一步，第一個核心處理，這個核心處理完以后，把這個IO扔到下一個核心，再處理下一步，等這個核心空出來以后，處理下一個IO的第一步，這就是所謂的流水線了，所謂的異構(gòu)就是如此。
