40Gbps高速数据流存储关键技术研究

发布时间：2022-09-29 19:41

　　随着信息时代的高速发展,数据传输带宽和存储容量日益增长。为适应对大量的高速数据分析处理需要,必须要对高速数据流存储关键技术进行研究。本文以高速数据流存储为前提,重点研究了40Gbps高速数据流存储关键技术指标,完成40Gbps高速数据流存储硬件电路和数字逻辑系统的设计与实现,为高速数据流存储提供硬件平台和数字实现方案。论文主要内容分为三部分:第一,完成高速数据流存储硬件电路设计与实现。首先,对高速数据流存储的研究现状和应用场景进行分析,对硬件电路结构和性能提出对应的指标要求。然后根据硬件电路的性能需求划分多个电路单元进行分析,完成单元电路的核心芯片选型和总体结构设计。最后完成各电路单元的电路设计方案,确定总体功耗、时钟网络分配和电路配置方式,并完成电路设计。第二,完成高速数据流存储数字逻辑系统设计与实现。首先,从数据存储速率、格式、缓存区域和控制器四个方面,分析高速数据流存储对数字逻辑系统的需求。然后根据分析结果给出数字逻辑设计的总框图,并详细阐述主要数字逻辑模块的设计方案和实现方法。最后对实现高速数据存储数字逻辑系统所消耗的资源进行分析。第三,完成40Gbps高速数据流存储硬件电路和... 

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究内容与贡献
    1.3 论文结构与安排
第二章 高速数据流存储技术研究现状
    2.1 引言
    2.2 固态存储器概述
    2.3 PCI Express总线技术
        2.3.1 总线架构
        2.3.2 分层结构
    2.4 NVM Express协议
        2.4.1 NVMe特性
        2.4.2 NVMe队列
        2.4.3 NVMe指令
    2.5 AXI4 总线协议
    2.6 本章小结
第三章 40Gbps高速数据流存储技术硬件电路分析与设计
    3.1 引言
    3.2 应用场景与需求分析
        3.2.1 应用场景
        3.2.2 需求分析
    3.3 硬件电路性能需求与分析
        3.3.1 数字处理单元
        3.3.2 逻辑控制单元
        3.3.3 Switch单元
        3.3.4 数据存储单元
        3.3.5 时钟电路单元
        3.3.6 电源电路单元
    3.4 硬件电路方案设计与实现
        3.4.1 硬件电路总体设计
        3.4.2 数字处理电路
        3.4.3 数据存储电路
    3.5 本章小结
第四章 40Gbps高速数据流存储技术数字逻辑分析与设计
    4.1 引言
    4.2 高速数据流存储数字逻辑需求与分析
        4.2.1 数据存储速率分析
        4.2.2 数据缓存方案分析
        4.2.3 数据存储格式分析
        4.2.4 存储控制方案分析
    4.3 高速存储数字逻辑设计总框图
    4.4 高速存储数字逻辑设计与实现
        4.4.1 PCIe硬核概述
        4.4.2 BRAM存储模块
        4.4.3 数据分发模块
        4.4.4 初始化模块
        4.4.5 写命令模块
        4.4.6 Host主控模块
    4.5 逻辑资源消耗分析
    4.6 本章小结
第五章 40Gbps高速数据流存储关键技术实验验证
    5.1 引言
    5.2 实验验证平台及测试流程
    5.3 硬件电路性能测试与分析
        5.3.1 电源单元测试与分析
        5.3.2 时钟单元测试与分析
        5.3.3 数字处理芯片测试与分析
        5.3.4 Switch单元测试与分析
    5.4 数字逻辑功能测试与分析
        5.4.1 数据读写功能
        5.4.2 数据存储速率
    5.5 本章小结
第六章 结束语
    6.1 本文总结及主要贡献
    6.2 下一步工作的建议
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]RAID系统扩容方案研究综述[J]. 元铸,谢平,耿生玲.  电子学报. 2019(11)
[2]固态存储技术研究概述[J]. 牛艺霏,刘嵩岩,陈妍霖,刘欢,王晓雯.  计算机产品与流通. 2019(07)
[3]NVMe高速存储的FPGA实现[J]. 崔丹丹,宫永生.  微电子学与计算机. 2019(06)
[4]直流电源纹波和噪声测量[J]. 席安和.  电子质量. 2018(02)
[5]基于FPGA的USB3.0通信架构设计与实现[J]. 吴春春,胡怀湘,金达,陈相宇.  计算机与现代化. 2017(10)
[6]SDRAM的发展历程[J]. 王树争.  电脑知识与技术. 2017(15)
[7]基于FPGA的AXI4总线时序设计与实现[J]. 马飞,刘琦,包斌.  电子技术应用. 2015(06)
[8]QSFP光模块的技术与测试研究[J]. 王婷婷.  信息通信. 2015(05)
[9]NVMe/PCIe SSD闪存控制技术在服务器中的应用分析[J]. 姜微微,陈乃阔,耿士华.  信息技术与信息化. 2015(05)
[10]FPGA与通用处理器同步数据传输接口的设计[J]. 胡强.  电子技术应用. 2014(08)

硕士论文
[1]基于PCIe接口的固态硬盘控制器设计与实现[D]. 王志奇.电子科技大学 2017
[2]基于FPGA的NVMe接口设计[D]. 陈思扬.西安电子科技大学 2015
[3]固态存储系统PCIe接口的设计方法与实现[D]. 彭振翼.华中科技大学 2013



本文编号：3683192