精密仪器中高可靠存储模块的设计与实现

发布时间：2020-05-16 06:24

【摘要】： 高可靠存储模块是长距离油气管道检测设备、高质量图像采集设备、军用加固计算机等精密仪器设备进行信息获取、信息存储、信息融会和信息处理的关键部件之一。早期的存储记录设备多采用磁盘式或磁带式,存在可靠性和存储速度等方面的发展瓶颈,不适合在电磁辐射、冲击、震动等恶劣环境中使用,因此高可靠性的存储模块一直是现代精密仪器设备所迫切需要的。基于闪存的大容量固态存储模块具有存储容量大、可靠性高、体积小、功耗低、数据安全性好、抗震动和冲击能力强、温度适应范围宽等特点,可以解决恶劣条件下仪器设备的存储可靠性问题。 本文在深入了解国内外固态存储模块研究现状与所用先进技术的基础上,根据具体的技术目标,设计了高可靠存储模块的系统方案,主要工作包括: 1、根据各组成部分的具体功能设计了相应的实现方案和硬件电路,包括接口方案的选择、高速缓冲存储器方案的设计、存储芯片的选型、FPGA模块的逻辑功能划分、FPGA芯片的配置电路设计以及电源管理模块的设计; 2、重点设计了闪存芯片阵列的排布结构,通过引入并行扩展技术与流水线技术代替对单片闪存的直接编程,使闪存阵列接口的最大读写速度达到100MB/s; 3、设计了基于FPGA的闪存阵列接口控制器,实现了闪存芯片的各项基本操作和流水线操作的功能仿真和时序仿真。由于存在多芯片的协同管理和流水线操作的问题,该部分的逻辑输出需要非常准确,是FPGA控制逻辑的核心模块之一; 4、将闪存阵列接口控制器与系统整合,进行了系统的综合特性分析,通过实验测试了存储模块的各项外部性能。结果显示其最大读取速度达到70.3MB/s,最大写入速度达到42.9MB/s,实现了预定的设计目标。 本课题所设计的高可靠存储模块具有集成度高、兼容性好、灵活性强等优点,可以方便地移植到恶劣环境下高速长距离探测或采集仪器中去。
【图文】：

图 2-1 高可靠存储模块的体系结构作中，高可靠存储模块系统的对外功能是通过接口完成与主机机写入的数据保存到存储芯片，或将主机所需的数据读出送是完成存储芯片的读/写操作，该操作由系统控制自动完成。系统的工作原理为：当主机通过接口向存储模块写入数据时高速缓存中，高速缓存芯片的存取速度很快，，容量较小，用于使用的数据，当其达到快要写满的阈值时，由 FPGA 根据相关老化数据写入存储芯片中，完成数据的最终保存；当主机需要如果该数据刚好在高速缓存芯片中，则直接提取至接口控制已被写入存储芯片，则 FPGA 需要首先将数据读出至高速缓缓存芯片传回给接口并交给主机。组成部分的方案设计

在该部分方案设计中，选择了 ATA 接口作为与主机的连接通道 接口的示意图如图 2-2 所示[12]。该接口共 44 个端口，其中数，其他为电源或控制信号端口，在应用时可根据 ATA 协议进行。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333

【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 张跃曾;10kV典型客户变配电实训系统的设计[D];郑州大学;2012年

本文编号：2666312