高速大容量NAND FLASH存储系统的设计与实现

发布时间：2017-03-27 07:31

  本文关键词：高速大容量NAND FLASH存储系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着当今雷达等电子技术的迅猛发展，信号处理系统对高速实时的数据存储需求越来越强烈。因此，本文设计了一种以FPGA作为主控的高速、大容量NAND FLASH存储系统，以满足其日益增长的大带宽与大容量等高性能存储需求。 本文首先针对NAND FLASH存储系统的存储技术和高速互连技术进行了研究，提出了一种基于FPGA的高速大容量NAND FLASH存储架构。针对架构中的核心NANDFLASH存储阵列，采用多组、多通道的指令并行流水的控制方法，提高了存储系统的带宽与容量。并且针对多种高速存储的数据流通路，分别采用了SRIO、PCIE、1000MEthernet实现了系统对于数据、控制命令以及监控信号的信息传输。 其次，本文还针对坏块管理、ECC算法、均衡损耗和文件系统等关键存储技术进行了深入研究，极大地避免了故障坏块对存储性能的影响，有效地确保了存储系统的可靠性，延长了系统的使用寿命。 最后，本文采用业界领先的NAND FLASH存储颗粒以及芯片技术，，应用基于FPGA控制的大容量存储架构，设计实现了一个容量可达1.5TB，写带宽950MBps，读带宽超过1GBps的高速大容量存储板卡，详细分析了其硬件架构以及内部的FPGA程序。融合多种高速互连技术，完成了板卡容量及带宽等性能的测试，经过计算其各项性能均能达到理论指标的90%。根据实际项目需求，本文应用此板卡的设计构建了一个高速数据采集存储系统，实现了系统在四种存储工作模式中数据的高速存储与实时控制，验证了高速、大容量NAND FLASH存储架构在系统平台设计中的可行性。
【关键词】：FPGA NAND FLASH 坏块管理 ECC 文件系统 高速互连技术
【学位授予单位】：北京理工大学
【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
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 高速大容量存储系统国内外研究现状12-16
• 1.2.1 国外发展现状13-14
• 1.2.2 国内发展现状14-16
• 1.3 高速大容量存储系统技术的发展趋势16-19
• 1.4 论文主要内容及章节安排19-23
• 第2章 NAND FLASH 存储与高速互连技术的研究23-43
• 2.1 NAND FLASH 存储技术研究23-31
• 2.1.1 NAND FLASH 存储芯片组织结构23-25
• 2.1.2 NAND FLASH 存储芯片访问操作原理25-30
• 2.1.3 NAND FLASH 存储芯片坏块管理方法30-31
• 2.2 高速互连技术研究31-42
• 2.2.1 SRIO 高速互连总线31-35
• 2.2.1.1 SRIO 互连总线协议分析31-33
• 2.2.1.2 SRIO 数据传输的实现方法33-35
• 2.2.2 PCIE 控制互连总线35-39
• 2.2.2.1 PCIE 互连总线协议分析35-38
• 2.2.2.2 PCIE 命令传输的实现方法38-39
• 2.2.3 Ethernet 远程监控互连总线39-42
• 2.2.3.1 1000M Ethernet 互连总线协议分析39-40
• 2.2.3.2 1000M Ethernet 交互监控的实现方法40-42
• 2.3 本章小结42-43
• 第3章 高速大容量 NAND FLASH 存储系统设计43-75
• 3.1 NAND FLASH 存储系统的需求分析43-45
• 3.2 NAND FLASH 存储系统的总体架构45-46
• 3.3 NAND FLASH 存储阵列模块的设计方法46-68
• 3.3.1 NAND FLASH 存储阵列模块的并行流水设计50-55
• 3.3.1.1 NAND FLASH 并行控制擦除设计51-52
• 3.3.1.2 NAND FLASH 并行读写操作设计52-55
• 3.3.2 NAND FLASH 存储阵列模块的管理设计55-68
• 3.3.2.1 ECC 纠错设计方法55-60
• 3.3.2.2 坏块管理设计方法60-62
• 3.3.2.3 均衡损耗设计方法62-65
• 3.3.2.4 文件管理设计方法65-68
• 3.4 NAND FLASH 存储阵列模块的数据传输通路设计68-74
• 3.4.1 SRIO 的高速数据传输通路设计68-70
• 3.4.2 PCIE 的控制命令传输通路设计70-73
• 3.4.3 Ethernet 的远程监控传输通路设计73-74
• 3.5 本章小结74-75
• 第4章 高速大容量 NAND FLASH 存储板卡的设计与实现75-110
• 4.1 高速大容量 NAND FLASH 存储板卡的总体结构75-76
• 4.2 高速大容量 NAND FLASH 存储板卡的并行流水设计与实现76-96
• 4.2.1 存储板卡的 NiosII 主控模块设计78-82
• 4.2.2 存储板卡的 FPGA 内部子模块设计82-96
• 4.2.2.1 数据交换模块设计82-83
• 4.2.2.2 数据缓存模块设计83-85
• 4.2.2.3 数据纠错模块设计85-89
• 4.2.2.4 存储接口模块设计89-91
• 4.2.2.5 高速互连模块设计91-96
• 4.3 高速大容量 NAND FLASH 存储板卡的容量及带宽测试分析96-98
• 4.4 高速大容量 NAND FLASH 存储板卡的系统应用98-108
• 4.2.1 高速数据采集存储回放设备总体设计98-99
• 4.2.2 高速数据采集存储回放设备的高速互连设计99-103
• 4.2.2.1 采集存储设备 SRIO 的数据交换设计100-101
• 4.2.2.2 采集存储设备 PCIE 的全局控制设计101-102
• 4.2.2.3 采集存储设备 Ethernet 的远程控制设计102-103
• 4.2.3 高速数据采集存储回放设备的工作模式分析103-108
• 4.2.3.1 高速数据采集工作模式分析103-104
• 4.2.3.2 高速数据回放工作模式分析104-105
• 4.2.3.3 数据转存的工作模式与性能分析105-107
• 4.2.3.4 数据回读的工作模式与性能分析107-108
• 4.5 本章小结108-110
• 总结110-112
• 参考文献112-115
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单115-117
• 致谢117-118

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢民;高梅国;王超;;NAND型Flash在大容量存储回放系统中的应用[J];电子技术应用;2006年04期

2 舒文丽;吴云峰;赵启义;孙长胜;;NAND Flash存储的坏块管理方法[J];电子器件;2011年05期

3 关志华;贾福山;;OpenVPX在数字集群通信处理平台中的应用[J];硅谷;2014年10期

4 刘洲洲;张捷;;基于嵌入式系统的NANDFlash坏块处理和FMM实现[J];计测技术;2006年06期

5 贾源泉;肖侬;赖明澈;欧洋;;基于NAND FLASH的多路并行存储系统中坏块策略的研究[J];计算机研究与发展;2012年S1期

6 雷瑞庭;宋跃;余炽业;李兆国;;基于NiosⅡ的NAND Flash控制器IP设计[J];计算机与数字工程;2009年06期

7 王新华;王建芬;;NANDFlash在嵌入式文件系统中的一种动态管理方法[J];计算机应用与软件;2008年09期

8 毛旭富;;NandFlash中高位可配置BCH编码器的研究[J];信息技术;2013年02期

9 邢亮;黄晖;田丹;;机载系统NANDFlash存储技术[J];航空计算技术;2014年01期

10 张长宏;;一种基于NandFlash的嵌入式文件系统的设计[J];青海大学学报(自然科学版);2006年06期

  本文关键词：高速大容量NAND FLASH存储系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：270067