高速大容量固态存储系统设计

论文摘要

随着科技的飞速发展,逐渐成熟的雷达成像系统需要获取更多的目标信息,进而更加精确地确定目标的位置、形状、运动状态等各种参数。为了获得更为准确的目标信息和更高的图像分辨率,需要较快的数据采样率和较宽的数据带宽,这就要求采用高速的存储系统来实时记录海量的数据。高速、大容量、高密度、低功耗、低成本的现代信息存储系统是高速数据采集和其它应用中非常关键的部件之一,它主要包括数据的存取以及对存储器的控制和管理。本文介绍了所设计的高速大容量固态存储系统的组成机制和实现方案。系统采用固态存储芯片FLASH(闪存)为存储介质,FPGA(现场可编程门阵列)为存储阵列的核心控制器,针对外部高速大容量数据的输入,引入了并行操作、多级流水和FLASH的坏块管理,并通过校验和纠错技术,切实提高了对高速实时数据存储的可靠性。同时,讲述了主机通过USB和CPCI接口与存储卡之间通信的方法以及软件的设计方案,给出了电路设计的要点,最后对本设计进行了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 固态存储技术的背景和意义
• 1.1.1 现代存储设备面临的挑战
• 1.1.2 存储介质的发展
• 1.2 固态存储器研究的历史及现状
• 1.2.1 国外固态存储器的研制和发展状况
• 1.2.2 国内固态存储器的研制和发展状况
• 1.3 论文的内容安排
• 第二章 高速大容量存储系统设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.2 存储芯片的选择
• 2.2.1 闪速存储器FLASH 的优点
• 2.2.2 闪速存储器FLASH 的分类及比较
• 2.2.3 FLASH 芯片K9K8G08U1M 介绍
• 2.3 核心控制器件介绍
• 2.3.1 可编程逻辑器件FPGA
• 2.3.2 Stratix Ⅱ系列EP2560F1020 芯片功能及配置
• 2.4 存储卡硬件结构框架
• 2.5 其他部分的设计
• 2.5.1 电源设计
• 2.5.2 时钟电路与复位电路
• 2.6 电路设计要点
• 2.6.1 多层板布线
• 2.6.2 重要信号线设计
• 2.6.3 信号串扰对策
• 2.6.4 数模混合电路
• 第三章 固态存储系统的逻辑设计
• 3.1 系统总体的逻辑设计
• 3.2 高速存储设计思想
• 3.2.1 乒乓工作思想
• 3.2.2 流水工作思想
• 3.2.3 异步时钟域的数据同步
• 3.3 坏块列表管理
• 3.3.1 建立坏块信息列表
• 3.3.2 基于坏块列表的操作及更新
• 3.4 系统的可靠性设计
• 3.4.1 奇偶校验
• 3.4.2 纠错码校验
• 3.4.3 数据的差错检测与恢复机制
• 第四章 主机与存储板的通信桥梁
• 4.1 USB 设备开发
• 4.1.1 USB 总线概述
• 4.1.2 EZ-USB FX2 系列CY7C68013 芯片
• 4.1.3 USB 硬件设计方案
• 4.1.4 固件与驱动配置流程
• 4.2 PCI/CPCI 总线协议的FPGA 实现
• 4.2.1 PCI/CPCI 总线及其接口概述
• 4.2.2 PCI/CPCI 配置空间
• 4.2.3 PCI 的接口设计
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果