固态存储阵列控制器的设计与实现

发布时间：2017-10-18 00:30

  本文关键词：固态存储阵列控制器的设计与实现

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【摘要】：随着现代电子信息技术和计算机技术的不断发展,设备对实时数据存储的要求也越来越高。为了使要求存储的数据实时、精确的记录下来,数据的存储速率和存储容量的大小就变得非常重要。为了更好的适应外场测试,存储设备还应该具有体积小、易于携带等特点。在数据采集、控制和存储系统中,数据存储模块起到了至关重要的作用。本文根据项目的具体参数要求,给出了数据存储系统的基本框架和实现流程。以Xilinx公司Virtex5系列FPGA为主开发芯片;以其中硬核CPU PowerPC440为主控单元;以XPS(Xilinx platform studio)为开发环境,DDR2 SDRAM为数据中转单元,实现了数据到多块SSD的存储与回读。本论文主要工作如下:1、在XPS集成开发环境下搭建存储阵列控制器硬件平台。在存储阵列形成方面,本文通过例化4个并行的SATA控制器来完成;在数据控制方面,使用其内置硬核PowerPC440来控制;在数据缓存方面,通过其MPMC控制器来实现;在接收上级数据时,使用其数据采集模块来完成;在发送数据时,通过数据回读模块来实现;在和用户进行交互时,使用RS232串口和SPI接口来完成。2、针对项目要求,在XPS集成开发环境下使用C语言编程,利用其内置硬核PowerPC处理器实现了多个SSD的并行存储与回读,进而实现存储阵列控制器的软件设计。实现过程中,设置相关寄存器来完成缓存模块的区域划分,通过相关用户接口函数和具体设计流程来完成数据到存储阵列的读写任务。经过测试,数据存储和回放的速度均可达850MB/s,并且其误码率为0。3、根据系统具体要求,在其内置CPU PowerPC基础上设计自定义文件管理系统。本文所实现的硬盘管理系统具有写文件、读文件以及删除文件等功能,使用其内置SPI接口来完成命令接收工作。在物理结构上,本文将此文件记录保存在每个硬盘的0~3个扇区,用户可以通过读取硬盘此区域内的内容来获得其文件信息。由于使用的物理机构为连续结构,所以在检索文件记录时,查找效率比较高同时也易于实现。本文充分利用了FPGA的高速、实时、可编程等特点,设计了一种实时、精确、高速存储数据的方法,并经过实际测试,系统各方面均达到设计指标要求,可以用于和其他模块进行联调。
【关键词】：SSD XPS PowerPC440 SATA控制器 文件系统
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 课题研究的背景和意义16
• 1.2 国内外相关技术研制状况16-19
• 1.2.1 存储相关技术16-18
• 1.2.2 其他相关技术18-19
• 1.3 本文内容安排19-22
• 第二章 存储阵列控制器硬件平台设计22-34
• 2.1 课题介绍22-25
• 2.2 固态硬盘存储阵列设计25-26
• 2.3 控制器硬件平台设计26-32
• 2.3.1 本文所使用IP核研究27-30
• 2.3.2 硬件平台环境搭建30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 存储阵列控制器软件设计34-56
• 3.1 SATA协议研究34-46
• 3.1.1 物理层34-37
• 3.1.2 链路层37-41
• 3.1.3 传输层41-43
• 3.1.4 应用层43-46
• 3.2 接口函数配置寄存器介绍46-47
• 3.3 软件设计流程47-54
• 3.3.1 软件设计方案47-50
• 3.3.2 软件具体实现50-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 文件系统设计56-70
• 4.1 主流文件系统研究56-58
• 4.1.1 NTFS文件系统56-57
• 4.1.2 EXT4文件系统57-58
• 4.2 存储阵列的文件系统设计58-68
• 4.2.1 存储区域的分配60-62
• 4.2.2 文件存储的数据结构62-65
• 4.2.3 文件系统功能实现65-68
• 4.3 本章小结68-70
• 第五章 存储阵列控制器测试70-80
• 5.1 存储阵列控制器缓存模块测试70-71
• 5.2 系统初始化测试71-72
• 5.3 硬盘阵列写数据测试72-76
• 5.4 硬盘阵列读数据测试76-78
• 5.5 本章小结78-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 本文总结80
• 6.2 展望80-82
• 参考文献82-84
• 致谢84-86
• 作者简介86-87

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2 王栋;固态存储阵列控制器的设计与实现[D];西安电子科技大学;2015年

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本文编号：1051920