星载多片闪存磨损均衡策略研究

发布时间：2020-07-12 09:25

【摘要】：目前,各航天大国越来越趋向于使用体积小、重量轻、无转动部件、高可靠性的NAND闪存做为空间数据记录器的存储部件。通常,一个闪存分成若干块,每个块又分成若干页。块是擦除操作的最小单位,而读写以页为单位进行,对页进行重写之前,必须先对该页所在的块执行擦除操作。而每个块的擦除次数是有限的,一般是在100万次左右,如果某块擦除超出极限,就出现坏块,出现多个坏块闪存即不能使用。而卫星在太空的服役时间一般都比较长。因此,设计一种高效的磨损均衡处理(wear-leveling)策略,延长闪存的使用寿命,提高数据存储的可靠性,对于卫星信息存储技术具有十分重要的意义。一个好的磨损均衡是让擦除操作尽可能的平均到每个块中,并在均衡的过程中避免额外擦除。额外擦除产生的原因是经常更新的数据(热数据)与不太更新的数据(冷数据)存放在一个块中,而擦除必须以块为单位进行,在对热数据脏页的回收时,不可避免的对同个块中的冷数据页也进行擦除。所以,磨损均衡策略过程一般由两个部分组成:(1)识别冷热数据,让温度‖相似的数据页尽可能的存放在一个块中,以减少磨损均衡中的额外擦除次数产生。(2)尽可能的让冷数据存放在擦除次数较多的块中,热数据存放在擦除次数较少的块中,让每个块的擦除得到均衡。通过对国内外现有的磨损均衡算法进行分析研究发现,目前已有的算法主要集中在第2点的研究,而比较忽视冷热数据页的识别。对数据的冷热识别主要以块为单位,块擦除次数多的即认为里面存放的是热数据,反之则认为都是冷数据。这种冷热数据的识别方式容易产生许多的额外擦除,并且现有的研究多集中于对单片闪存的磨损均衡研究,忽视了多片闪存在磨损均衡处理中不同片可以同时读写的特点。因此本文上对上述存在的问题进行了研究,结合多片闪存可并行操作的特点,提出了一种新的冷热数据识别算法,以减少额外擦除。然后在这种冷热数据识别算法的基础上实现完整的磨损均衡过程,并通过仿真实验证明新算法具有良好的效果与性能。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333
【图文】：

过程图,过程,闪存,擦除

而读和写都是以页为单位进行的。闪存上的读、写、擦除操作，比如磁盘和 RAM 不同。对一个页进行重写之前，必须先对该页。所以，闪存一般采取异地更新的策略，更新的数据会被放到别的的数据。包含新版本数据的页被称为有效页，新版本数据被称为有据的页被称为无效页或脏页，脏页被擦除之后成为空闲页，可以重块的擦除次数是有限的，一般是在 100 万次左右[5]，如果闪存中的达到了上限，这个块就容易变成坏块，一个闪存对坏块的数量有值时，整个闪存就不能正常工作了，数据存储就变得不可靠。所以某些块进行反复的擦写，导致别的块的擦除次数还很低的时候，该限。所以闪存需要磨损均衡处理（wear-leveling）来均衡擦除操作参与到擦写过程中去，尽量地让各块都有相近的擦除次数，延长损均衡如图 1-1 所示，异地更新数据时选择擦除次数较少的块写入的效果。

结构图,读写速度,容量

300Mb/s还有一段距离[35]。图2-3与图2-4展示了在同一机器上，一个4G的U盘（以NAND芯片为部件）与一个120G的传统硬盘的读写速度差距。图2-3 容量4G的U盘的读写速度图2-4 容量120G的SATA硬盘的读写速度目前，国际上已知的星载固态存储器最大容量可以达到数T字节。存储器的数据吞吐速率也越来越高，可达1Gb/s以上[36]。为了达到这一要求，一般采用闪存阵列的方式来加大容量，使用流水线技术与并行总线技术提高存储器的吞吐速率。下面将以中国科学院空间科学与应用研究中心研制的星载大容量存储器为例介绍大容量闪存存储器的硬件构成[1,2]。它的结构图如图2-5所示。

结构图,读写速度,硬盘,容量

【参考文献】