用于固态硬盘的DDR2控制器设计

论文摘要

随着CPU运算速度的不断加快,传统的机械硬盘的读写速度的瓶颈效应越来越明显,进而导致了固态硬盘的发展。可以预见在不久的将来,固态硬盘将会得到大规模的应用。目前主流的固态硬盘的存储介质为Flash,当超过一定的擦写次数之后,Flash的存储可靠性会迅速降低,并且Flash的数据传输速度远小于固态硬盘外部数据传输速度。在固态硬盘中引入DDR2 SDRAM（Double Date Rate Two Synchronous Dynamic Random Access Memory,第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器）作为缓存,不仅能够解决传输速率不一致的问题,而且通过合并写操作,减少Flash的擦写次数,进而延长Flash的寿命。本文根据DDR2的JEDEC标准,对DDR2控制器进行了功能上的划分,并使用硬件描述语言实现各个模块的功能。着重分析了DDR2控制器设计的重点以及难点所在——数据的校准,并利用四个步骤的校准,实现读数据从数据选取脉冲时钟域到系统时钟域的转换。通过分析DDR2的时序与性能间的关系并结合固态硬盘的应用,对DDR2控制器进行了性能上的优化,降低DDR2的功耗的同时提高了DDR2的带宽利用率。利用流水线的技术,隐藏了读写地址比较、更新的处理时间,加快了DDR2控制器的处理速度。内建自测试模块提供两种测试模式可以用来测试DDR2芯片的好坏。构建结构化的测试平台,对DDR2控制器进行了仿真验证,大大缩短了DDR2控制器的验证时间。利用FPGA验证控制器逻辑部分功能的正确性。利用Nanosim-VCS混合仿真验证全数字DLL以及延迟链的功能正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文完成的工作以及解决的问题
• 1.4 论文结构
• 2 DDR2 介绍
• 2.1 DRAM 原理
• 2.2 JEDEC 的DDR2 工业标准
• 2.3 固态硬盘中DDR2 的作用
• 2.4 DDR2 时序与性能
• 2.5 本章小结
• 3 SSD 中的DDR2 控制器设计
• 3.1 SSD 中的DDR2 控制器构架
• 3.2 用户接口模块设计
• 3.3 BIST 模块设计
• 3.4 控制模块设计
• 3.5 物理层模块设计
• 3.6 本章小结
• 4 SSD 中DDR2 控制器的关键技术
• 4.1 数据校准
• 4.2 全数字DLL
• 4.3 功耗管理
• 4.4 针对 SSD 应用的 DDR2 带宽优化
• 4.5 本章小结
• 5 DDR2 控制器的仿真与验证
• 5.1 DDR2 控制器的测试平台及仿真分析
• 5.2 FPGA 验证
• 5.3 Nanosim-VCS 混合仿真
• 5.4 本章小结
• 6 总结
• 7 致谢
• 参考文献