大容量固态存储阵列的关键技术

论文摘要

军用电子存储设备由于工作环境的特殊性，决定了其对可靠性具有极高的要求。传统的磁记录设备以磁片和机械马达作为存储介质和存取机构，大大制约了其存储速度和可靠性。采用无机械转动部件的以半导体存储器件为存储介质的固态存储器已成为当今军事数据存储领域的主流方案，而基于闪存介质的固态存储器以其非易失性已成为当今最盛行的固态存储器。本论文研究了一种基于闪存的大容量固态视频存储系统。整个系统由10块存储板组成，每块存储板采用100片闪存芯片，存储深度达400GB，系统总容量达4TB。存储板利用DSP的高速并行接口PPI接收和发送数据以实现同中心控制板的通信；利用FPGA实现对闪存芯片的控制；通过硬件设计使FPGA成为DSP的异步外设从而实现二者的相互协作。本论文详细介绍了系统硬件实现方案；分别对FPGA和DSP所实现的功能做了详尽描述，给出了各个功能模块的程序流程图或仿真波形；对数据传输控制技术作了重点介绍，并针对闪存的坏块问题做了分析，提出了坏块管理方案，同时阐述了如何实现简单的文件系统使视频数据以文件的形式存储。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 固态存储两大技术流派
• 1.3 大容量固态存储器的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 大容量固态存储技术的发展趋势
• 1.5 本论文主要研究内容和结构安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 系统方案和硬件设计
• 2.1 系统概述
• 2.2 视频服务终端介绍
• 2.3 中心控制板介绍
• 2.4 大容量固态存储阵列介绍
• 2.4.1 存储芯片的选择
• 2.4.2 存储阵列的结构划分
• 2.4.3 存储板的硬件结构
• 2.4.4 存储板的外部接口
• 2.4.5 存储板的内部接口
• 2.5 本章小结
• 第三章 Flash 控制器的逻辑设计和 DSP 程序设计
• 3.1 Flash 控制器的逻辑设计
• 3.1.1 FPGA 程序设计流程
• 3.1.2 写操作逻辑设计
• 3.1.3 读操作逻辑设计
• 3.1.4 擦除操作逻辑设计
• 3.2 DSP 的程序设计
• 3.2.1 数据通信协议
• 3.2.2 文件写入流程
• 3.2.3 文件下载流程
• 3.2.4 文件删除流程
• 3.2.5 文件拷贝流程
• 3.2.6 碎片整理流程
• 3.3 本章小结
• 第四章 数据传输控制与文件管理
• 4.1 数据传输与控制技术
• 4.1.1 DMA 技术
• 4.1.2 数据缓冲机制
• 4.2 系统可靠性设计
• 4.2.1 坏块管理
• 4.2.2 异常断电处理
• 4.2.3 数据断流处理
• 4.3 文件系统
• 4.3.1 文件系统简介
• 4.3.2 简易文件系统的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 调试与测试
• 5.1 系统调试
• 5.2 系统测试
• 5.3 系统性能改进
• 5.3.1 提高存储速度
• 5.3.2 错误校验机制
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果