基于安全U盘Flash FTL算法的研究

发布时间：2019-07-22 11:32

【摘要】：U盘是一种无需物理驱动器微型高容量移动存储设备,因其便携带、操作速度快、存储容量大以及抗震性能极强等特点,已经成为人们生活中不可缺少的存储设备之一。U盘基本上是以闪存作为存储介质,使得文件系统无法直接操作U盘,因此需要在文件系统与闪存芯片之间增加一个闪存转换层(FTL,Flash Translation Layer),使得主机可直接操作闪存设备。闪存转换层算法作为U盘存储系统中关键技术,在产品的性能和可靠性方面具有重要意义。此外,由于人们对存储在U盘中的数据安全问题也越来越重视,因此本文是在由杭州华澜微电子股份有限公司自主研制并且具有数据保护功能的安全U盘的基础上设计了一种基于三级地址映射的FTL算法。本文首先介绍了安全U盘的结构以及主控S261芯片,根据S261芯片的特性,对U盘的数据保护功能进行了分析。对目前使用率比较高的几种FTL算法进行了详细的分析,在其基础上并结合实际的U盘参数提出了本文的FTL算法。本文设计的FTL算法是一种混合级FTL算法,其包括三级地址映射架构、块管理系统、垃圾回收系统以及掉电恢复系统四个模块,并在固件中完成了对算法代码的编写。三级地址映射策略主要通过CIT、PIT和SIT三种映射表来实现主机寻址,并在其基础上提出了优化寻址策略,提高了寻址效率;块管理系统中提出了EMBT、ERBT两种空块表以及BBT的概念,保证了闪存的损耗均衡,有效的管理了闪存中的坏块,延长了闪存的使用寿命;垃圾回收系统提出了全合并和部分合并的概念,优先回收VP数少的物理块,提高了块回收效率;掉电恢复系统实现了在系统掉电的情况下准确的恢复保存内存中的PIT和SIT,保证了整个U盘系统的可靠性。最后将算法固件应用到安全U盘中进行测试,结果表明,本文设计的算法不仅保证了U盘的可靠性,而且其读写速率相当可观,具有很高的应用价值。
【图文】：

D Flash 是一种新型半导体器件，它的基本存储单元为一个晶体管，不需外接于 NOR Flash，NAND Flash 的单位尺寸缩小了大约 15%。NAND Flash 中的的方式存放在存储单元中，一个单元只能存放一个 bit，一般 8 个或 16 个存的方式连成一个位线（bit line），形成一个 byte（8bits）或 word（16bits），ash 的位宽[24]。上各型号 NAND Flash 的结构都差不多，，不同的是物理页的数量，物理页的的数量[25]。根据 ONFI（Open NAND Flash Interface）协议将该 NAND Flash 小到大分为页（Page）、块（Block）、逻辑单元（LUN）、目标（Target）、。页是 NAND Flash 读写操作的基本单位。块由大量的页组成，是 NAND F基本单位[26]。逻辑单元是能够独立执行指令和报告状态的最小单元，由大量的有自己的片选信号 CE（Chip Enable），由一个或多个逻辑单元组成[27]。设备ash 本身，由一个或多个目标组成。整体来说，一个 NAND Flash 存储阵列由，物理块由大量物理页组成，物理页由大量字节组成。本文选用的是8G08CFAAA 型号的 NAND Flash 芯片，其存储阵列如图 2.3 所示。

杭州电子科技大学硕士学位论文（Error Correcting）等。此外，该芯片还包含缓存寄存器（Cache RData Register）两个高速缓冲区，这两个寄存器的大小和页的大小一样数据寄存器中以字节的方式传输到存储阵列，在执行一般的读写操作于一个寄存器，但当执行缓存操作时，缓存和数据寄存器是相互独立吐率。lash 存储器内部主要由 I/O 控制单元、逻辑控制单元、状态寄存器、命 NAND Flash 存储阵列构成。地址、数据、命令在不同时段使用同一元控制。主控发送的命令经过 I/O 控制单元后，将命令放到命令寄存辑控制单元来产生控制 Flash 存储阵列的信号。地址寄存器锁存从 I/O行列译码器转化为行列地址。状态寄存器主要是将逻辑控制单元的操主控。NAND Flash 内部结构如图 2.4 所示。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP333

【参考文献】

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本文编号：2517598