一種具有數據加密功能的混合硬碟控制器的製造方法
2023-07-17 21:57:16 1
一種具有數據加密功能的混合硬碟控制器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種混合硬碟控制器，包括硬碟接口、數據安全模塊、數據管理模塊、固態存儲控制器和微處理器，所述數據安全模塊與硬碟接口和數據管理模塊相連，當數據安全模塊接收從所述硬碟接口發送的數據時，先將接收的數據進行加密，再發送給所述數據管理模塊；當所述數據安全模塊接收從所述數據管理模塊發送的數據時，先將接收的數據進行解密，再發送給所述硬碟接口；所述數據管理模塊用於統計數據的讀寫頻率，並根據該數據的讀寫頻率調度數據在所述存儲單元中存儲的位置。採用本發明的技術方案，大大提升了存儲信息的安全性，同時由於數據加密工作由硬體完成，無需耗費CPU資源，同時傳輸帶寬也不受影響，提升了應用系統的整體性能。
【專利說明】一種具有數據加密功能的混合硬碟控制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硬碟控制器，具體涉及一種具有數據加密功能的混合硬碟控制器。
【背景技術】
[0002]固態硬碟技術為硬碟領域帶來了前所未有的性能飛躍，以往需要龐大的盤陣才能達成的數據訪問效能，只需要單個固態硬碟就可以實現，因此成為高性能存儲設備的理想選擇。然而目前固態存儲晶片的成本仍然居高不下，其每GB成本是傳統HDD硬碟的十倍以上，昂貴的造價嚴重限制了其在筆記本、個人電腦等消費電子領域的應用。為解決這一矛盾，人們將傳統的HDD與小容量的固態硬碟結合起來，形成一個混合式的硬碟，對於訪問頻繁的數據保存在固態硬碟中，充分發揮其性能優勢，而不常訪問的數據則保存在HDD中，發揮HDD的容量優勢，這樣可以在較為理想的成本下獲得接近於純固態硬碟的應用體驗。
[0003]現有技術中的混合硬碟的基本架構如圖1所示,其內具有獨立的固態硬碟和HDD硬碟結構，硬碟控制器通過硬碟接口(比如SATA)管理固態硬碟和HDD硬碟的存儲。但現有技術的混合硬碟控制器均未考慮存儲數據的安全性問題。故，針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現有技術中存在的缺陷。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種具有加密功能的混合硬碟控制器，能對數據進行加減密處理，使得混合硬碟具有更好的安全性。
[0005]為解決現有技術存在的問題，本發明的技術方案為:
[0006]一種混合硬碟控制器，包括硬碟接口、數據安全模塊、數據管理模塊和微處理器，其中，
[0007]所述微處理器與硬碟接口、數據安全模塊和數據管理模塊相連接，並控制硬碟接口、數據安全模塊和數據管理模塊進行數據處理；
[0008]所述硬碟接口與外部主機相連接，用於從主機接收或向主機發送數據；
[0009]所述數據安全模塊與硬碟接口和數據管理模塊相連，當數據安全模塊接收從所述硬碟接口發送的數據時，先將接收的數據進行加密，再發送給所述數據管理模塊；
[0010]當所述數據安全模塊接收從所述數據管理模塊發送的數據時，先將接收的數據進行解密，再發送給所述硬碟接口；
[0011]所述數據管理模塊與存儲單元相連，用於統計數據的讀寫頻率，並根據該數據的讀寫頻率調度數據在所述存儲單元中存儲的位置；
[0012]所述存儲單元至少包括兩種類型的存儲介質。
[0013]優選地，還包括與所述數據管理模塊和微處理器相連的固態存儲控制器，所述固態存儲控制器直接與存儲單元中的固態存儲介質相連接；在所述微處理器的控制下，所述固態存儲控制器接收所述數據管理模塊發送的數據並將該數據存儲在所述固態存儲介質中，或者讀取所述固態存儲介質的數據並將該數據發送給所述數據管理模塊。
[0014]優選地，所述存儲單元至少包括與所述固態存儲控制器相連接的固態存儲介質和通過標準硬碟接口與所述數據管理模塊相連接的HDD硬碟。
[0015]優選地，所述存儲單元包括固態硬碟和HDD硬碟，所述數據管理模塊通過標準硬碟接口分別與所述固態硬碟和HDD硬碟相連接。
[0016]優選地，所述數據安全模塊包括身份認證模塊、加減密模塊和用戶資料庫；
[0017]所述用戶資料庫可包含一個或多個用戶的身份信息；
[0018]所述身份認證模塊用於接收用戶認證信息，與所述用戶資料庫中存儲的身份信息進行用戶身份認證，並根據認證結果信息開啟所述加減密模塊；
[0019]所述加減密模塊用於對數據進行加密或者解密。
[0020]優選地，所述數據管理模塊包括數據監聽模塊、數據緩衝器和數據收發模塊；
[0021]所述數據監聽模塊在微處理器的控制下，監聽數據總線上的數據流，統計數據的讀寫頻率，並將結果信息發送給所述微處理器；
[0022]所述數據收發模塊在微處理器的控制下，調度數據在所述存儲單元中存儲的位置。
[0023]優選地，所述固態存儲控制器包括快閃記憶體控制器、快閃記憶體接口、eMMC主機和eMMC接口 ；
[0024]所述快閃記憶體控制器通過快閃記憶體接口向Flash晶片發送命令進行存儲控制；所述eMMC主機通過eMMC接口向eMMC晶片發送命令進行存儲控制。
[0025]優選地，所述硬碟接口為IDE、SATA或者SCSI中的一種。
[0026]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:通過採用具有數據安全模塊的混合硬碟控制器，大大提升了存儲信息的安全性，同時由於數據加密工作由硬體完成，無需耗費CPU資源，同時傳輸帶寬也不受影響，因此提升了應用系統的整體性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是現有技術的混合硬碟的結構框圖；
[0028]圖2是本發明一實施例提供的混合硬碟控制器的原理框圖；
[0029]圖3是本發明另一實施例提供的混合硬碟控制器的原理框圖；
[0030]圖4是本發明混合硬碟控制器實施例中，數據安全模塊的原理框圖；
[0031]圖5是本發明混合硬碟控制器實施例中，數據管理模塊的原理框圖；
[0032]圖6是本發明混合硬碟控制器實施例中，固態存儲控制器的原理框圖；
[0033]圖7是本發明混合硬碟控制器的一應用實例；
[0034]圖8是本發明混合硬碟控制器的另一應用實例。
【具體實施方式】
[0035]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0036]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0037]在現有技術的混合硬碟一般存在兩種存儲硬碟，一種是傳統的HDD硬碟，其存儲介質是傳統磁碟介質，特點是容量大、成本低，但讀寫速度較慢；另一種是固態硬碟，其存儲介質是FLASH、SD和eMMC等，特點是價格昂貴，但訪問速度較快。參見圖1，所示為現有技術的混合硬碟結構框圖，控制器通過標準硬碟接口與主機系統相連，同時通過標準硬碟接口分別與固態硬碟和HDD硬碟相連。但現有技術的混合硬碟控制器僅僅簡單的將固態硬碟和HDD硬碟結合在一起，並未考慮存儲數據的安全性問題。
[0038]參見圖2，所示為本發明混合硬碟控制器實施例一的原理框圖，包括硬碟接口
10、數據安全模塊11、數據管理模塊12、微處理器14、只讀存儲器R0M16以及隨機存儲器RAMl7 ο
[0039]微處理器14與R0M16、RAM17、硬碟接口 10、數據安全模塊11、數據管理模塊12相連接，微處理器14控制與其相連接的各個模塊。
[0040]R0M16和RAM17都與微處理器14相連接，R0M16 —般用於保存微處理器14需要執行的程序(軟體/固件)，RAM17 一般用於保存微處理器14即將執行的數據和/或程序。微處理器14執行存儲在R0M16和/或RAM17中的代碼(這裡也稱之為程序)。
[0041]數據管理模塊12與存儲單元13相連接，存儲單元13至少包括兩種類型的存儲介質，一般為具有固態存儲介質的固態硬碟和傳統HDD硬碟；固態硬碟和HDD硬碟都具有獨立的硬碟控制器，數據管理模塊12通過標準硬碟接口分別與固態硬碟和HDD硬碟相連接，只需向其發送控制命令就能實現固態硬碟和HDD硬碟的數據存儲。
[0042]硬碟接口 10—般用於與外部主機系統進行信息(數據)通信，在微處理器14的控制下，硬碟接口 10實現混合硬碟與主機之間的數據傳輸。主機系統可以為計算機、平板電腦或者手機等。對用戶或者主機而言，通過硬碟接口 10所呈現的是一個單一的普通物理硬碟，但其內部會統計數據的讀寫頻率，根據讀寫頻率調度數據在存儲單元13中存儲的位置；數據由數據管理模塊12負責分配到固態硬碟或HDD硬碟，將讀寫頻率高的數據存儲到固態硬碟；而將讀寫頻率低的數據存儲在HDD硬碟，採用該技術手段，大大提高了硬碟的讀寫速度，而成本卻接近傳統HDD硬碟,遠低於固態硬碟。
[0043]硬碟接口 10及上述的標準硬碟接口可以為IDE、SATA、SCSI中的一種。
[0044]數據安全模塊11用於對寫入或讀出混合硬碟的數據進行機密或解密操作，具體工作過程如下:
[0045]當數據安全模塊11接收從硬碟接口 10發送的數據時，先將接收的數據進行加密，然後通過數據管理引擎存儲到固態硬碟或HDD中。
[0046]當數據安全模塊11接收從數據管理模塊12發送的數據時，先將接收的數據進行解密，然後通過硬碟接口 10傳送給主機。
[0047]目前固態硬碟技術還處於不斷發展階段，存儲密度不斷提高且具有多種不同固態存儲介質(NAND Flash、SD、eMMC等)，為了進一步提高混合硬碟控制器的使用範圍，使其能適用不同固態存儲介質，同時減少混合硬碟的體積和降低成本，本發明實施例提出了一種集成固態存儲控制器的混合硬碟，介於HDD硬碟在技術上已經非常成熟，集成HDD硬碟控制器並沒有太大實際意義。[0048]參見圖3，所示為本發明另一實施例提供的混合硬碟控制器的原理框圖，還包括固態存儲控制器15，固態存儲控制器15與數據管理模塊12和微處理器14相連且直接與存儲單元13中的固態存儲介質相連接；存儲單元13至少包括與固態存儲控制器15相連接的固態存儲介質和通過標準硬碟接口與數據管理模塊12相連接的HDD硬碟。
[0049]在所述微處理器14的控制下，所述固態存儲控制器15接收所述數據管理模塊12發送的數據並將該數據存儲在所述固態存儲介質中，或者讀取所述固態存儲介質的數據並將該數據發送給所述數據管理模塊12。
[0050]參加圖4，所示為本發明實施例中數據安全模塊11的原理框圖，包括身份認證模塊、加減密模塊和用戶資料庫。其特點在於，在通過身份認證通過之後，才能開啟加減密功能，所有數據全部以密文方式存放；在通過身份認證通過之前，不能訪問混合硬碟，至少不能開啟加減密功能，只能訪問混合硬碟公開區，無法讀取以密文方式存放的數據。
[0051]身份認證模塊111用於接收用戶認證信息，與所述用戶資料庫中存儲的身份信息進行用戶身份認證，並根據認證結果信息開啟所述加減密模塊；同時負責用戶身份的管理，包括註冊，匹配，解鎖，系統鎖定，註銷。身份認證模塊對用戶身份信息進行匹配分析，匹配成功，則通過身份認證。身份認證有兩種方式，一種是在啟動主機時，由用戶輸入帳號密碼進行身份認證，如果身份認證不成功，將無法開啟混合硬碟；另一方式是在啟動主機時，先啟動混合硬碟進入公開區，此時未開啟加減密功能，用戶在公開區進行身份認證後開啟加減密功能。
[0052]用戶資料庫可包含一個或多個用戶的身份信息，該信息是用戶開啟加減密功能的唯一身份信息。該資料庫存放在非易失性存儲介質，如EEPROM，FLASH等存儲介質。
[0053]加解密模塊112用於對數據流進行加密，採用對稱加密方法，包括但不限於G0ST、DES、AES、SM4等加解密方式。加解密模塊加密密鑰存放在身份認證模塊中，只有在身份認證通過後由身份認證模塊111發放獲取，用戶沒有獲取該密鑰的途徑。
[0054]採用以上混合硬碟控制器技術方案之後，開啟混合硬碟加減密功能的唯一途徑是提供正確的用戶身份信息，否則無法正確獲取混合硬碟中的數據。因為存放在混合硬碟中的數據全部以密文方式存放，僅僅取出存儲單元或者混合硬碟，放在其他環境或者系統中，能夠獲取的也只是密文，只有拿到密鑰，才能解密數據。從而杜絕了通過身份偽造，或者竊取硬碟獲得數據的可能，使得混合硬碟具有更高的安全性。
[0055]參加圖5，所示為本發明實施例中數據管理模塊12的原理框圖，包括數據監聽模塊121，數據緩衝器122和數據收發模塊123。其工作過程如下:數據監聽模塊121在微處理器14的控制下，監聽數據總線上的數據流，微處理器14對監聽的結果進行進行計算分析，判別數據訪問的頻繁程度，並根據判別結果控制數據收發模塊123，將訪問頻繁的數據通過數據總線存入固態硬碟，而將其餘數據通過數據總線存儲HDD。
[0056]參見圖6，所示為本發明實施例中固態存儲控制器15的原理框圖，包括快閃記憶體控制器、快閃記憶體接口、eMMC主機和e麗C接口；其中快閃記憶體控制器151用於對快閃記憶體介質進行訪問控制，通過快閃記憶體接口向Flash晶片發送命令進行存儲控制；eMMC主機153用於訪問SD和eMMC存儲介質，通過eMMC接口向SD或eMMC發送命令以及傳輸數據。採用以上技術方案，使本發明實施例的混合硬碟控制器能兼容不同類型的固態存儲介質，從而提升了其應用範圍。
[0057]參加圖7，所示為本發明實施例混合硬碟控制器的一個具體應用實例，圖中外部主機為筆記本電腦2，其通過SATA接口連接到由混合硬碟控制器I和快閃記憶體晶片3以及HDD4硬碟構成的混合硬碟。筆記本電腦2可向混合硬碟控制器I發送數據加密命令，使得數據經過混合硬碟控制器I後以加密形式保存到快閃記憶體晶片3或HDD4中，提高數據安全性，同是由於加密操作有混合硬碟控制器I完成，並不佔用筆記本電腦2自身的系統資源，因此整體性能不受數據加密操作的影響。
[0058]參加圖8，所示為本發明實施例混合硬碟控制器的另一個具體應用實例，與圖7不同的是固態存儲介質為eMMC晶片，拓寬了固態存儲介質的使用範圍。
[0059]另外，上述作為分離部件說明的單元/模塊可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元/模塊顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本發明實施例方案的目的。
[0060]在本發明各個實施例中各功能單元可以集成在一個控制器中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
[0061]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種混合硬碟控制器，其特徵在於，包括硬碟接口(10)、數據安全模塊(11)、數據管理模塊(12)和微處理器(14),其中， 所述微處理器(14)與硬碟接口(10)、數據安全模塊(11)和數據管理模塊(12)相連接，控制硬碟接口(10)、數據安全模塊(11)和數據管理模塊(12)進行數據處理； 所述硬碟接口(10)與外部主機相連接，用於從主機接收或向主機發送數據； 所述數據安全模塊(11)與硬碟接口(10)和數據管理模塊(12)相連，當數據安全模塊(11)接收從所述硬碟接口(10)發送的數據時，先將接收的數據進行加密，再發送給所述數據管理模塊(12)； 當所述數據安全模塊(11)接收從所述數據管理模塊(12)發送的數據時，先將接收的數據進行解密，再發送給所述硬碟接口(10)； 所述數據管理模塊(12)與存儲單元(13)相連，用於統計數據的讀寫頻率，並根據該數據的讀寫頻率調度數據在所述存儲單元(13)中存儲的位置； 所述存儲單元(13)至少包括兩種類型的存儲介質。
2.根據權利要求1所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，還包括與所述數據管理模塊(12)和微處理器(14 )相連的固態存儲控制器(15)，所述固態存儲控制器(15)直接與存儲單元(13)中的固態存儲介質相連接；在所述微處理器(14)的控制下，所述固態存儲控制器(15)接收所述數據管理模塊(12)發送的數據並將該數據存儲在所述固態存儲介質中，或者讀取所述固態存儲介質的數據並將該數據發送給所述數據管理模塊(12)。
3.根據權利要求2所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，所述存儲單元(13)至少包括與所述固態存儲控制器(15)相連接的固態存儲介質和通過標準硬碟接口與所述數據管理模塊(12)相連接的HDD硬碟。
4.根據權利要求1所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，所述存儲單元(13)包括固態硬碟和HDD硬碟，所述數據管理模塊(12)通過標準硬碟接口分別與所述固態硬碟和HDD硬碟相連接。
5.根據權利要求1或2所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，所述數據安全模塊(11)包括身份認證模塊(111)、加減密模塊(112)和用戶資料庫(113)； 所述用戶資料庫(113)可包含一個或多個用戶的身份信息； 所述身份認證模塊(111)用於接收用戶認證信息，與所述用戶資料庫(113)中存儲的身份信息進行用戶身份認證，並根據認證結果信息開啟所述加減密模塊(112)； 所述加減密模塊(112)用於對數據進行加密或者解密。
6.根據權利要求1或2所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，所述數據管理模塊(12)包括數據監聽模塊(121)、數據緩衝器(122)和數據收發模塊(123)； 所述數據監聽模塊(121)在微處理器(14)的控制下，監聽數據總線上的數據流，統計數據的讀寫頻率，並將結果信息發送給所述微處理器(14)； 所述數據收發模塊(123)在微處理器(14)的控制下，調度數據在所述存儲單元(13)中存儲的位置。
7.根據權利要求2所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，所述固態存儲控制器(15)包括快閃記憶體控制器(151)、快閃記憶體接口(152)、eMMC主機(153)和eMMC接口 (154)； 所述快閃記憶體控制器(151)通過快閃記憶體接口(152)向Flash晶片發送命令進行存儲控制；所述eMMC主機(153)通過eMMC接口(154)向eMMC晶片發送命令進行存儲控制。
8.根據權利要 求1或2所述的混合硬碟控制器，其特徵在於，所述硬碟接口(10)為IDE、SATA或者SCSI中的一種。
【文檔編號】G06F21/78GK103971069SQ201410166363
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】駱建軍, 王時 申請人:杭州華瀾微科技有限公司