大容量NAND闪存存储管理研究

发布时间：2020-07-22 17:43

【摘要】： 数据存储设备是航天器的关键设备之一,为多种空间试验及探测设备的数据采集、存储以及在轨处理提供了重要的支撑平台。随着航天电子技术的发展,以闪存(Flash Memory)为基本存储介质的大容量固态存储器已经成为当前航天器数据存储的主流方案之一,因此建立一个大容量、高效率的闪存存储管理机制尤为重要。然而与此同时,针对闪存设备设计的存储管理机制相对落后,现有FlashMemory存储管理机制大多基于上个世纪九十年代和本世纪初的设计,无法满足NAND Flash存储容量飞速增长的要求。本文在“航天器嵌入式安全操作系统研究”基础软件研究项目和“921二期VxWorks源代码分析”研究项目的工作基础上,深入探讨了大容量NAND闪存的存储管理机制及其实现。本文首先分析了NAND闪存的特点和NAND闪存的存储管理现状；再在源代码级别上深入研究了Linux MTD和VxWorks TrueFFS两种存储管理方案的原理及其实现；以此为基础提出了一种新的NAND Flash存储管理方案VNFS。 VNFS基于传统UNIX文件系统思想设计,针对NAND Flash的存储特性进行了改进。一是针对文件系统中访问频繁的文件系统关键数据进行冗余存储,建立了浮动的超级块及根目录；二是使用索引节点文件存储文件的索引节点,在存储介质上建立了动态的索引节点树；三是针对Flash存储介质的写入重定位特性采用了漫游树算法。VNFS大幅度的缩短了文件挂载时间,降低了内存消耗,能够满足大容量NAND Flash的管理需要。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333
【图文】：

构成图,存储芯片,构成图,操作特点

图2.1NANDFlash存储芯片构成图2.2.2NANDFlash的存储及操作特点与磁介质存储器相比，NANDFlash存储操作具有以下几个特点〔川:(1)Flash存储介质存在数据反转现象，需要硬件或软件的纠错检错，前面所

日志文件系统,文件,信息

图2.2日志文件系统的文件写入过程

方式,文件系统,擦除,扇区

图2.5F几中扇区一读写块映射示例图由于FTL采用读写块为数据存储单位，与硬盘的扇区形式一致，在此基础上设计的文件系统与硬盘文件系统有较高的一致性。因此在文件系统开发的过程中，可减少系统设计的工作量，并且能实现功能完整的系统，便于对Flash存储空间的管理，如废弃块的回收、擦除块的擦除操作等。如图2.6所示是FTL的三种应用方式:

【引证文献】