基于固态硬盘系统中闪存和内存信号总线的验证和时序优化

发布时间：2020-05-03 16:46

【摘要】：固态硬盘(Solid Static Disks,SSD)因为读写速度快、功耗低、抗震防摔、尺寸小等优势,已经逐渐取代机械硬盘,占据存储器的主导地位。随着半导体技术的飞速发展,固态硬盘的传输速度越来越快,因此对其数据传输可靠性的要求也越来越高。在固态硬盘系统中,主要的存储模块为闪存和内存,要保证固态硬盘传输数据的可靠性,对闪存和内存信号质量的分析必不可少。通常,使用采样闪存和内存信号的眼图来对信号质量进行分析。但该方法需要使用芯片焊接的仪器对闪存和内存芯片进行植球,同时还需要设计转接板用于将信号从芯片ball out上引出,之后才可通过示波器采样信号的眼图,这整个过程大约需要一周的时间。如果对大批量的固态硬盘进行信号分析,则需要消耗更多的时间。所以本文创新性地提出一种使用固件的方式,对固态硬盘中闪存和内存信号质量进行分析,用以优化传统的验证流程,减少信号验证的时间,提高固态硬盘开发的效率。同时使用固件对当前信号进行时序优化,保证固态硬盘使用过程中数据的可靠性。本文基于对闪存和内存接口数据传输原理以及固态硬盘工作原理的研究,得出一种表征信号完整性的方法。该方法的核心是通过控制DQS延时时间的改变去获取数据锁存的最大区间,并将最终的DQS延时放置在整个区间的中心,以此获得最佳数据锁存能力,而达到时序优化的目的。根据该方法,设计闪存和内存信号验证的算法。分析原有的固件架构并对其优化,减少硬件资源的使用,提高固件运行的效率。在优化的固件架构上,设计实现闪存和内存信号验证算法的固件。同时设计直接操作闪存的API(Application Programming Interface,应用程序编程接口),用于对闪存发送命令,以提高代码的可读性和可移植性。最后搭建固件仿真的环境,对固件进行仿真,验证其功能的实现。仿真通过后,运行固件得到信号验证结果,并将固件验证结果和采样眼图测量结果进行对比分析。结果表明,使用固件的方式可以代替传统眼图的方式对固态硬盘系统中闪存和内存信号进行验证,得到信号的完整区间,根据该区间反映出该信号的质量。研究的成果不仅可以应用于固态硬盘开发时,优化对闪存和内存信号验证的流程;同时也可以在量产过程中用于检测出信号质量不达标的固态硬盘,提高出厂产品的可靠性。
【图文】：

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机械硬盘的性能已经不能满足人们的需求。而固态硬盘的出现无突破性的进展。机械硬盘采用磁性存储介质和机械的控制结构，半导体存储介质和电子控制结构，因此二者有完全不同的读写方数据时，机械硬盘需要移动磁头，耗费大量时间；而固态硬盘则表直接找到地址所在。所以固态硬盘可以从任何地方直接读出数需要转动磁头去各个地方逐步读取数据。这就造成二者的巨大差机械硬盘有以下优点[1]：读写性能方面，无论是在现实体验上还是测试的数据上，固态硬硬盘。如图 1.1 所示，可以明显看出固态硬盘和机械硬盘读写基于 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express，外设部的固态硬盘顺序读的速度可以达到 3500MB/s，顺序写的速度/s。而基于 SATA（Serial ATA，串行 ATA 接口）接口的固态硬盘能达到 550MB/s，顺序写的速度可达 520MB/s。而机械硬盘最快MB/s，顺序写最多大约 207MB/s 左右。

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tec Computer Systeme 推出的一款并行的 SCSI FLA存储介质固态硬盘的大门， FLASH 迅速成为固态硬术的提高，3D NAND 问世，，将原有的二维结构拓展更多的存储单元，降低的存储芯片的面积，提升了容量越来越大，而价格却在逐渐降低，固态硬盘也几年更是固态硬盘发展的鼎盛时期，性能更好，体量涌入市场。目前，SATA 接口的固态硬盘占据着成为限制固态硬盘发展的重要因素。因此，更高接。国外许多存储厂商，比如三星，美光，东芝等都品，一直占据着存储市场的主导地位。而在国内，研发成功，标志着我国在存储行业迈出了一大步。笋一般涌现。2018 年一款由长江存储，国科微，嘉盘的发布，标志着国产固态硬盘品牌的崛起[6]。虽但相信在不就的将来国产存储也会在存储市场上占
【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】：2019
【分类号】：TP333.35

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