英創(chuàng)公司針對目前銷售的工控主板，都推出了一些擴展存儲的方案，比如所有型號的板卡都可以通過usb外接存儲器件（U盤、移動硬盤等），還有大部分的主板都可以支持TF卡，所以也可以根據實際需求使用相應大小的TF卡。同時i.MX6系列的主板ESM6800H、ESM6800V、ESM6802以及即將推出i.MX7系列主板都已經板載了4GB大小的EMMC，根據實際測試，板載的EMMC存儲讀盤速度最高可達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，盡管這些存儲方式已可以滿足大部分常規(guī)的應用需求，但對一些對存儲容量、存儲速度有特殊要求的應用，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方案。經過實際的評估和測試，本方案可完全滿足客戶對于存儲大小和速度有特殊要求的應用。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)，是一種計算機內部擴展卡及相關連接器規(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專為高性能存儲設計，支持PCI-EX4，而主板支持的是Socket3類型。NVMe（NVM express）為易失性內存主機控制器接口規(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。

為了方便客戶評估，ESMARC通用評估底板（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行測試。固態(tài)硬盤的尺寸比較常見的有兩種，寬度都為統(tǒng)一的22mm，長度一種是42mm規(guī)格稱為2242，另一種為80mm規(guī)格稱為2280，在這次的測試中就選擇了一款三星2280的固態(tài)硬盤進行測試。另外，在選擇固態(tài)硬盤的時候需要注意，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標準，理論最高速度為500MB/s。本次測試選擇ESM6802G作為平臺，而固態(tài)硬盤選用了一款128GB大小的SSD，硬件連接非常簡單，如下圖：

固定好后即可進行上電，一旦PCIe總線識別到M.2存儲設備，系統(tǒng)會自動加載驅動模塊，如果沒有自動加載輸入命令modprobe nvme即可。進入系統(tǒng)后可以使用lspci命令查看PCIe總線下的設備，這時在終端應該能看到有固態(tài)硬盤的設備信息，同時驅動加載后在/dev目錄下應該會生成相應的設備節(jié)點，因為是使用的nvme驅動，所以設備節(jié)點會以nvme開頭：

SSD設備信息

如果是新的硬盤沒有分區(qū)，只會看到nvme0和nvme0n1兩個設備節(jié)點，可以使用fdisk或者sfdisk命令操作nvme0n1設備節(jié)點進行分區(qū)操作，具體的分區(qū)操作可以查詢這兩個命令的詳細使用方法。如果只有一個分區(qū)，就會和上圖一樣，多出現一個nvme0n1p1節(jié)點，多個分區(qū)的話就會有多個設備節(jié)點，即nvme0n1pn1～nvme0n1pn。對于存儲容量較大的設備，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)操作的時候都會生成相應的日志，一旦出現實際內容和日志不匹配，就會通過日志內容進行恢復，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，參數為對應的分區(qū)設備節(jié)點，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mount命令掛載到需要的目錄下，這樣就能通過訪問這個目錄來訪問主板連接的固態(tài)硬盤了，mount會自動識別ext4格式，所以不需要修改文件系統(tǒng)格式，只需要對應的設備節(jié)點和掛載目錄即可，以這次的測試為例，把固態(tài)硬盤掛載到/mnt/nvme這個目錄下，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，這個時候在/mnt/nvme這個目錄中讀取或者寫入文件，就相當于在固態(tài)硬盤中讀取和寫入文件了。接下來測試ESM6802G上連接固態(tài)硬盤的讀寫速度，使用的測試工具為fio，這是一款專業(yè)測試固態(tài)硬盤的工具，因為fio的使用較為靈活需要設置的參數較多，這里就不一一介紹了，有興趣的客戶可以查詢fio命令的詳細資料來了解。首先測試讀取速度，設置讀取塊大小為64K，隊列深度為32，測試大小為5GB，采用順序讀取的方式，并且繞過系統(tǒng)緩存，測試結果如下：

測試順序讀

可以看到順序讀的速度為160MB/s，這應該是可達到的最高讀取速度，接下來測試隨機讀取的速度，其他的參數都不改變：

測試隨機讀取

根據上圖的結果，隨機讀取的速度大約為140MB/s，對于隨機讀寫還有個指標iops是比較重要的，這個參數代表了每秒的讀取次數，但是這個參數僅僅是用來衡量硬盤本身的性能，所以在這里就不做參考了。然后是測試寫盤速度，采用順序寫的方式，其他參數不變：

順序寫盤測試

根據上圖結果，順序寫盤的速度大約為165MB/s，這也應該是可達到的最高寫盤速度，最后測試隨機寫的性能，同樣其他參數不變：

隨機寫盤測試

根據上圖結果，隨機寫盤的速度大約為158MB/s。

最后總結一下測試結果，ESM6802G外接NVMe規(guī)范的M.2接口固態(tài)硬盤讀寫速度如下表：

這個結果應該能夠滿足對讀寫速度要求很高的客戶了，并且對于存儲空間也沒有太大的限制，從128GB到1TB的存儲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，可以通過固定孔方便的固定在底板上，非常適合作為嵌入式設備，目前我們也已經測試過了一些硬盤，下圖是測試通過的硬盤，供客戶在購買硬盤的時候參考：

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