一种基于NAND Flash存储器的抗辐射软件加固方法研究

发布时间：2021-07-08 16:05

　　数据存储设备是航天器的关键设备,为空间试验的数据采集和存储提供支撑平台。NAND Flash存储器具有功耗小、速度快、非易失性等特点,在宇航领域有广阔的应用前景。但是太空环境中辐射非常严重,为保证能正常工作,必须对NAND Flash存储的数据进行加固处理。本文根据NAND Flash在辐射环境中的单粒子效应和总剂量效应,分析了NAND Flash不同错误模式的特点。结合NAND Flash的控制方式和构造原理,提出一种基于差错控制编码的软件加固方式,采用基于伽罗华域GF（24）的缩短RS（12,4）系统码对存储数据进行加固。本文主要研究成果如下:⑴结合NAND Flash的读写方式,研究一种基于查找表的系统码并行编码方法,减小了编码电路关键路径的延时,大大提高了编码器的编码速率。⑵比较RS码的不同译码方式,设计一种改进的余式译码方法。采用并行的余式计算方式和改进的余式译码关键方程,减少错误多项式求解的迭代次数,缩短了译码的时间开销。⑶根据RS（12,4）码的特点,结合NAND Flash流水线管理方式,将信息码元和校验码元存储于不同芯片中,使存储器具备抗芯片功能中断错误的能力,而且不... 

【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

闪存存储单元原理图

图 2.2 闪存的存储结构原理图2.3 NAND Flash 辐射效应辐射环境中高能离子和高能电磁辐射都能造成电子元器件半导体材料的电参数变化，可能导致存储芯片的存储数据翻转或失效。但不同辐射造成的损伤机理不相同，造成的损伤的程度也不一样。由文献[13]知，辐射粒子入射半导体芯片，与半导体材料中的电子相互碰撞，造成原子丢失电子转变成带电的离子。这个过程叫做电离辐射效应。电离辐射效应主要包括单粒子效应和总剂量效应。2.3.1 单粒子效应单粒子效应是指单个高能粒子入射电子元器件以后，在其穿过的路径上产生大量的电子，这些电子被晶体管的电极收集，造成整个元器件的逻辑状态转变或者元器件的损坏[14]。单粒子效应是最主要的电离辐射效应，也是目前研究最多的电离辐射效应。

图 3.9 编码器时序波形图3.2.3 编码器性能分析未加固数据经过编码器后，数据量扩大了三倍，增加了数据存储负担，必须对编码器的进行改进，提升编码器的数据吞吐率。该改进编码器采用了查找表的方式，虽然会增加资源开销，但其实现了并行结构，编码延时大大减小，而且关键路径延时较小，易于实现高速的编码器，编码器的数据吞吐率大大提升。该并行编码器能实现数据并行传输，与 NAND Flash 的总线结构相吻合。方便编码后的数据存储，不需要额外的串并转换电路。表 3.1 不同编码算法性能比较反馈除法电路编码算法 改进 RS 并行编码算法资源消耗Slice Registers：42 Slice Registers：80Slice LUTs： 46 Slice LUTs： 84关键路径延时 5.623 ns 1.141 ns算法类型性能比较

【参考文献】：
期刊论文
[1]空间光学遥感器中Flash存储器的辐射效应与加固[J]. 李豫东,张立国,任建岳.  光学精密工程. 2008(10)
[2]太阳同步轨道空间粒子辐射剂量探测与研究[J]. 杨晓超,王世金,王月,张微.  宇航学报. 2008(01)

博士论文
[1]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
[2]基于闪存的星载高速大容量存储技术的研究[D]. 朱岩.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2006

硕士论文
[1]新型抗SEU存储器读写结构及ECC编码方法研究[D]. 石轩.西安电子科技大学 2009
[2]面向片上存储应用的高性能抗辐射纠错码编码机制的研究与实现[D]. 董巍.上海交通大学 2009



本文编号：3271892