高速海量固态硬盘的设计

论文摘要

在现在的水声应用领域中,经常需要用到高速大容量的数据存储系统。目前,绝大多数存储系统都采用传统机械硬盘作为存储器,而传统机械硬盘的机械结构正是导致其存在存取数据慢、工作不稳定、功耗大等诸多缺点的最大因素。所以有人提出了固态硬盘的概念。它是一种以半导体芯片作为存储介质的存储器。由于不包含机械部件,它的存取速度较传统机械硬盘有了很大的提高。同时,近几年来半导体器件的高速发展,使得固态硬盘具有了更广泛的应用前景。虽然目前市场上已出现了少数固态硬盘产品,其速度和容量也都比较可观,但对大量数据作长时间连续存储时仍无法做到高速存储。本设计采用扩展的IDE接口,以并行方式设计FLASH存储阵列,并利用ARM和FPGA进行流水线存储操作,实现了对FLASH芯片阵列的数据高速连续写入,从而提高了硬盘的平均写入速度。同时,本设计还具有良好的灵活性和可扩展性,可适应日益增长的对存储容量的需求。另外,利用IDE及USB接口可以实现硬盘与PC之间的数据传输。本论文主要研究内容包括:对系统的整体方案进行论证;进行系统的硬件电路设计、PCB板制作加工;系统相关软件的设计及调试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 硬盘及固态硬盘的发展
• 1.3 FLASH简介
• 1.4 IDE接口概述
• 1.5 USB接口概述
• 1.6 FAT32文件系统概述
• 1.7 论文的主要研究内容
• 第2章 高速大容量固态硬盘总体设计方案
• 2.1 高速大容量固态硬盘的需求分析
• 2.2 基本存储芯片的选择与设计
• 2.2.1 几种常用半导体存储器的比较
• 2.2.2 FLASH芯片的选择
• 2.2.3 存储芯片模块设计
• 2.3 存储阵列接口设计
• 2.3.1 存储阵列接口设计框图
• 2.3.2 EIDE接口设计
• 2.3.3 主控芯片的选择
• 2.3.4 接口逻辑设计
• 2.3.5 USB接口芯片的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 系统整体介绍
• 3.2 ARM处理器概述
• 3.2.1 ARM9处理器
• 3.2.2 S3C2440A简介
• 3.3 现场可编程门阵列（FPGA）概述
• 3.3.1 FPGA及FPGA逻辑设计简介
• 3.3.2 CycloneⅡ系列FPGA简介
• 3.4 NAND FLASH及芯片K9K8G08U0A的介绍
• 3.4.1 NAND FLASH概述
• 3.4.2 K9K8G08U0A简介
• 3.5 USB总线结构及接口芯片CY7C68013A的介绍
• 3.5.1 USB2.0概述
• 3.5.2 CY7C68013A简介
• 3.6 系统各模块硬件电路设计
• 3.6.1 ARM处理器及其外围电路设计
• 3.6.2 FPGA及其外围电路设计
• 3.6.3 USB及其外围电路设计
• 3.6.4 电源电路以及EIDE接口电路设计
• 3.6.5 FLASH芯片阵列及其外围电路设计
• 3.6.6 PCB电路板设计与制作
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 FPGA逻辑设计
• 4.1.1 EIDE接口控制模块设计
• 4.1.2 数据缓冲模块设计
• 4.1.3 FLASH阵列读写控制模块设计
• 4.2 ARM程序设计
• 4.2.1 系统工作模式管理程序设计
• 4.2.2 文件系统管理程序设计
• 4.3 USB程序设计
• 4.3.1 USB批量存储类
• 4.3.2 CY7C68013A编程
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A