固态硬盘的多通道存储系统设计

发布时间：2020-06-06 19:01

【摘要】： 传统硬盘采用机电结构,自然导致其速度慢、功耗大、抗震性差,不能满足对访问速度、能耗及抗恶劣环境要求较高的存储需求。近年迅速发展的NAND闪存技术具有读取速度快、体积小、抗震、节能等优点,但写入数据速度相对较慢。通过设计固态硬盘多通道存储系统,构建并行结构的闪存阵列替代磁碟,可以摒弃传统硬盘的机械部件,提高内部数据传输率。 在分析SATA接口技术和NAND闪存技术的基础上,提出了固态硬盘存储系统设计方案,实现命令队列优化和数据并行存储。设计命令队列优化机制,将读写命令分离,分别设计操作流程,设置闪存传输转换层,完成地址虚拟映射、坏块管理、损耗均衡、纠错校错等功能,使固态硬盘存储系统中NAND闪存发挥出更高的效能。设计数据并行存储机制,将闪存阵列划分为多个闪存通道,通道内部采用位扩展方式,构成两层并行结构。并针对该结构设计高效的数据管理方法,将大块数据以“自定义页”为单位进行分割,在多个闪存通道上并行交叉存取。 基于FPGA实现了固态硬盘存储系统。存储系统采用PowerPC处理器,以高速总线连接处理器、内存、SATA接口和多个NAND闪存控制器。通过移植实时操作系统Xilkernel内核,编写管理程序实现了命令队列优化和数据并行传输功能。测试表明,命令队列优化机制和数据并行存储机制有效地提高了固态硬盘存储系统内部数据传输率。
【图文】：

由桥接芯片完成 SATA 接口至 NAND 闪存接口转换。现在东的产品采用SATA接口至 NAND闪存整合的主控芯片，有些产品外接芯片到主控芯片作数据缓冲[9]。图 1.2 给出了 JMICRON 公司 JM602 ，它连接并控制 SATA/USB 接口和 NAND 闪存的数据传输，目前已盘生产背景的厂商采用这款主控芯片进入固态硬盘市场。

统采用 SATA 接口，以 NAND 闪存作为存章将详细分析涉及固态硬盘存储系统的相关机和硬盘命令与数据传输，主要可以划分为Integrated Drive Electronics）电子集成驱动器家用产品，占有部分服务器市场。SCSI（S机系统接口硬盘应用范围广，，具有较大带宽要应用于服务器。FC(Fibre Channel)光纤通支持远程连接，价格昂贵，只用在高端服 Attachment）串行高级技术附件接口硬盘结靠性，在家用产品和服务器市场有广阔的 接口。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333.35

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本文编号：2700120