英創(chuàng)公司針對(duì)目前銷售的工控主板，都推出了一些擴(kuò)展存儲(chǔ)的方案，比如所有型號(hào)的板卡都可以通過(guò)usb外接存儲(chǔ)器件（U盤、移動(dòng)硬盤等），還有大部分的主板都可以支持TF卡，所以也可以根據(jù)實(shí)際需求使用相應(yīng)大小的TF卡。同時(shí)i.MX6系列的主板ESM6800H、ESM6800V、ESM6802以及即將推出i.MX7系列主板都已經(jīng)板載了4GB大小的EMMC，根據(jù)實(shí)際測(cè)試，板載的EMMC存儲(chǔ)讀盤速度最高可達(dá)78MB/s，寫盤速度最高為29MB/s，而常用的TF卡（SDHC格式，最大32GB）讀盤速度最高約10M/s，寫盤速度最高為4.3MB/s，盡管這些存儲(chǔ)方式已可以滿足大部分常規(guī)的應(yīng)用需求，但對(duì)一些對(duì)存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)速度有特殊要求的應(yīng)用，就顯得不夠了。

本文將介紹一種基于英創(chuàng)主板的PCIe接口的高速大容量存儲(chǔ)方案。經(jīng)過(guò)實(shí)際的評(píng)估和測(cè)試，本方案可完全滿足客戶對(duì)于存儲(chǔ)大小和速度有特殊要求的應(yīng)用。目前能夠支持PCIe接口的主板包括Cortex-A9雙核的ESM6802G（V2.2以上版本）和基于Cortex-A7雙核的ESM7100（基于i.MX7D）。主板如下圖所示：

ESM7100 ESM6802G

本方案使用的是符合NVMe規(guī)范的M.2接口固態(tài)硬盤。M.2接口前身為Next Generation Form Factor (NGFF)，是一種計(jì)算機(jī)內(nèi)部擴(kuò)展卡及相關(guān)連接器規(guī)范，M.2有兩種接口定義：Socket 2和Socket 3。Socket 2支持SATA、PCI-EX2通道的SSD，Socket 3專為高性能存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，支持PCI-EX4，而主板支持的是Socket3類型。NVMe（NVM express）為易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口規(guī)范，該規(guī)范依托于PCIe總線，比起SATA3的AHCI規(guī)范性能有著較大的提升，所以使用主板的PCIe總線配合Socket3類型的M.2接口就能夠和符合NVMe規(guī)范的固態(tài)硬盤鏈接。

為了方便客戶評(píng)估，ESMARC通用評(píng)估底板（V9.0及以上版本）上將增加支持NVME協(xié)議的M.2接口，用戶可以將固態(tài)硬盤直接連上方便的進(jìn)行測(cè)試。固態(tài)硬盤的尺寸比較常見(jiàn)的有兩種，寬度都為統(tǒng)一的22mm，長(zhǎng)度一種是42mm規(guī)格稱為2242，另一種為80mm規(guī)格稱為2280，在這次的測(cè)試中就選擇了一款三星2280的固態(tài)硬盤進(jìn)行測(cè)試。另外，在選擇固態(tài)硬盤的時(shí)候需要注意，主板支持的M.2的Socket3接口類型都是M-key，有一些固態(tài)硬盤是B-key類型的接口，這種類型是不能在英創(chuàng)的板卡上使用的，可以參考下圖：

M key和B key的區(qū)別

ESM6802G主板上的PCIe總線為1.0版本，理論最高傳輸速度為250 MB/s，ESM7100主板的PCIe總線為2.0標(biāo)準(zhǔn)，理論最高速度為500MB/s。本次測(cè)試選擇ESM6802G作為平臺(tái)，而固態(tài)硬盤選用了一款128GB大小的SSD，硬件連接非常簡(jiǎn)單，如下圖：

固定好后即可進(jìn)行上電，一旦PCIe總線識(shí)別到M.2存儲(chǔ)設(shè)備，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加載驅(qū)動(dòng)模塊，如果沒(méi)有自動(dòng)加載輸入命令modprobe nvme即可。進(jìn)入系統(tǒng)后可以使用lspci命令查看PCIe總線下的設(shè)備，這時(shí)在終端應(yīng)該能看到有固態(tài)硬盤的設(shè)備信息，同時(shí)驅(qū)動(dòng)加載后在/dev目錄下應(yīng)該會(huì)生成相應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，因?yàn)槭鞘褂玫膎vme驅(qū)動(dòng)，所以設(shè)備節(jié)點(diǎn)會(huì)以nvme開(kāi)頭：

SSD設(shè)備信息

如果是新的硬盤沒(méi)有分區(qū)，只會(huì)看到nvme0和nvme0n1兩個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，可以使用fdisk或者sfdisk命令操作nvme0n1設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)操作，具體的分區(qū)操作可以查詢這兩個(gè)命令的詳細(xì)使用方法。如果只有一個(gè)分區(qū)，就會(huì)和上圖一樣，多出現(xiàn)一個(gè)nvme0n1p1節(jié)點(diǎn)，多個(gè)分區(qū)的話就會(huì)有多個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，即nvme0n1pn1～nvme0n1pn。對(duì)于存儲(chǔ)容量較大的設(shè)備，建議客戶使用ext4格式的文件系統(tǒng)，ext4為日志型的文件系統(tǒng)，在每次文件系統(tǒng)操作的時(shí)候都會(huì)生成相應(yīng)的日志，一旦出現(xiàn)實(shí)際內(nèi)容和日志不匹配，就會(huì)通過(guò)日志內(nèi)容進(jìn)行恢復(fù)，安全性很高，是目前Linux系統(tǒng)中使用最廣泛的文件系統(tǒng)。格式化ext4文件系統(tǒng)可以使用mkfs.ext4命令，參數(shù)為對(duì)應(yīng)的分區(qū)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，比如要把上圖中的分區(qū)格式化為ext4，輸入命令mkfs.ext4 /dev/ nvme0n1p1即可：

制作ext4分區(qū)

文件系統(tǒng)格式制作好之后，可以通過(guò)mount命令掛載到需要的目錄下，這樣就能通過(guò)訪問(wèn)這個(gè)目錄來(lái)訪問(wèn)主板連接的固態(tài)硬盤了，mount會(huì)自動(dòng)識(shí)別ext4格式，所以不需要修改文件系統(tǒng)格式，只需要對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)和掛載目錄即可，以這次的測(cè)試為例，把固態(tài)硬盤掛載到/mnt/nvme這個(gè)目錄下，使用命令mount /dev/nvme0n1p1 /mnt/nvme，掛載好之后，可以使用df –h命令查看空間大小：

掛載SSD

可以看到硬盤總的大小為118GB，這個(gè)時(shí)候在/mnt/nvme這個(gè)目錄中讀取或者寫入文件，就相當(dāng)于在固態(tài)硬盤中讀取和寫入文件了。接下來(lái)測(cè)試ESM6802G上連接固態(tài)硬盤的讀寫速度，使用的測(cè)試工具為fio，這是一款專業(yè)測(cè)試固態(tài)硬盤的工具，因?yàn)閒io的使用較為靈活需要設(shè)置的參數(shù)較多，這里就不一一介紹了，有興趣的客戶可以查詢fio命令的詳細(xì)資料來(lái)了解。首先測(cè)試讀取速度，設(shè)置讀取塊大小為64K，隊(duì)列深度為32，測(cè)試大小為5GB，采用順序讀取的方式，并且繞過(guò)系統(tǒng)緩存，測(cè)試結(jié)果如下：

測(cè)試順序讀

可以看到順序讀的速度為160MB/s，這應(yīng)該是可達(dá)到的最高讀取速度，接下來(lái)測(cè)試隨機(jī)讀取的速度，其他的參數(shù)都不改變：

測(cè)試隨機(jī)讀取

根據(jù)上圖的結(jié)果，隨機(jī)讀取的速度大約為140MB/s，對(duì)于隨機(jī)讀寫還有個(gè)指標(biāo)iops是比較重要的，這個(gè)參數(shù)代表了每秒的讀取次數(shù)，但是這個(gè)參數(shù)僅僅是用來(lái)衡量硬盤本身的性能，所以在這里就不做參考了。然后是測(cè)試寫盤速度，采用順序?qū)懙姆绞剑渌麉?shù)不變：

順序?qū)懕P測(cè)試

根據(jù)上圖結(jié)果，順序?qū)懕P的速度大約為165MB/s，這也應(yīng)該是可達(dá)到的最高寫盤速度，最后測(cè)試隨機(jī)寫的性能，同樣其他參數(shù)不變：

隨機(jī)寫盤測(cè)試

根據(jù)上圖結(jié)果，隨機(jī)寫盤的速度大約為158MB/s。

最后總結(jié)一下測(cè)試結(jié)果，ESM6802G外接NVMe規(guī)范的M.2接口固態(tài)硬盤讀寫速度如下表：

這個(gè)結(jié)果應(yīng)該能夠滿足對(duì)讀寫速度要求很高的客戶了，并且對(duì)于存儲(chǔ)空間也沒(méi)有太大的限制，從128GB到1TB的存儲(chǔ)空間都有很多硬盤模塊可以選擇。在體積上采用NVMe規(guī)范的硬盤比SATA接口的硬盤要小很多，可以通過(guò)固定孔方便的固定在底板上，非常適合作為嵌入式設(shè)備，目前我們也已經(jīng)測(cè)試過(guò)了一些硬盤，下圖是測(cè)試通過(guò)的硬盤，供客戶在購(gòu)買硬盤的時(shí)候參考：

有興趣的客戶可以和英創(chuàng)公司的工程師聯(lián)系，了解更詳細(xì)的情況。