多通道闪存控制器模块化设计与实现

论文摘要

由于机械操作的局限性,传统的机电一体化式温彻斯特硬盘在性能提升上已经遭遇瓶颈。而基于新型非易失存储介质的固态硬盘却拥有着极为宽广的发展前景,其潜力不仅表现为它被市场的逐渐接受和它在应用领域的普及,更为重要的是其有较大的性能提升空间。在对闪存存储芯片内部存储组织结构以及芯片相关操作等工作原理进行仔细研究的基础上,确定闪存控制器要实现的指令集和指令执行的时序要求。结合芯片交错操作技术、条带化技术和流水线技术等多通道技术,提出多通道闪存控制器的总线结构。闪存控制器模块由命令解析模块、状态机控制模块、采样机模块和数据通路四大功能模块来实现。设计中采用可编程FIFO硬核作为多时钟域数据传输的缓存区,利用现场可编程阵列(FPGA)中的输入输出块来实现双向三态数据传输。通过功能仿真,纠正设计中存在的时序问题。逻辑验证正确后,采用FPGA来实现闪存控制器逻辑。在搭建好的系统级硬件平台上,将闪存控制器封装成知识产权核(IP Core)加载到处理器本地总线(Processor Local Bus)上。利用闪存控制器核中的寄存器来模拟主机接口发出命令及数据信号,控制闪存控制器完成对闪存存储芯片的相关操作。测试结果表明设计的闪存控制器能够完成对闪存存储芯片的擦除、编程以及读取等操作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题主要研究工作
• 1.4 本文组织结构
• 2 多通道固态硬盘的关键技术
• 2.1 闪存存储芯片物理结构特性
• 2.2 闪存存储芯片内部工作原理
• 2.3 闪存转化层
• 2.4 固态硬盘多通道设计
• 2.5 多通道中的并行机制
• 2.6 本章小结
• 3 闪存控制器的设计
• 3.1 闪存控制器硬件实现平台
• 3.2 多时钟域数据传输
• 3.3 闪存控制器模块结构
• 3.4 核心模块的设计
• 3.5 本章小结
• 4 功能仿真与测试
• 4.1 功能仿真
• 4.2 硬件平台上的板级测试
• 4.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献