一种基于虚拟分区页映射的闪存FTL设计

发布时间：2017-09-15 02:02

  本文关键词：一种基于虚拟分区页映射的闪存FTL设计

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【摘要】：近年来,由于NAND Flash本身的访问速度快、体积小、抗摔、非易失性以及安全可靠性等特征,使得闪存成为嵌入式系统中的首选存储介质,并为企业级存储系统带来了新的前景。但是现有的磁盘存储技术不能够直接运行在NAND Flash设备上。为了使得现有的磁盘存储技术能够应用于闪存设备上,在NAND Flash存储系统中引入了FTL。因此,研究高效的FTL,将具有极其重要的意义。地址转换、垃圾回收以及损耗均衡是FTL三个重要组成部分。本文是基于页级地址转换方式的DFTL的一种改进的FTL算法。为了合理使用SRAM资源以及减少映射信息的存储容量问题,通过构架一层虚拟层,实现对虚拟层分区,这样可以更加灵活的运用物理层。在本文中,首先对现在存在的典型的FTL算法做了分析与总结,对存储转换层各个关键技术进行相关介绍,并在地址映射转换、损耗均衡、掉电保护方面进行了探索研究,针对设计的算法,提出相对应的解决方案。本文研究的内容主要包含以下几个方面：(1)研究了NAND Flash的基本工作原理,以及闪存系统中相关关键技术的实现；(2)提出了一种基于DFTL基础上改进的地址映射方案,通过构建虚拟分区,根据存储容量的大小适时的进行分区,达到减少映射信息所占用的空间容量,并且使得SRAM可以缓存更多的映射条目,提高系统缓存命中率；(3)基于二级页映射的基础上,增加一级区中转换页索引表,减少SRAM的开销,同时预存取当前工作区块的一个映射信息转换页,使得改进后的算法照顾了空间局部性请求；(4)通过以FlashSim为基础的仿真平台,对算法进行模拟仿真,并与FAST和DFTL做比较。通过在不同负载下的测试,对比不同算法的性能,基于构建虚拟分区的FTL算法相对于其他几种算法都有明显的优势。
【关键词】：NAND Flash FTL 地址转换 垃圾回收 损耗均衡
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景8-14
• 1.1.1 闪存8-9
• 1.1.2闪存类型及工作原理9-14
• 1.1.2.1 NAND Flash发展趋势10-11
• 1.1.2.2 NAND Flash的结构及其工作原理11-14
• 1.2研究意义及目的14
• 1.3 研究现状14-15
• 1.4 论文研究内容与组织结构15-17
• 1.4.1 论文的研究内容15
• 1.4.2 论文的组织结构15-17
• 第二章 闪存转换层相关技术介绍及分析17-33
• 2.1 闪存转换层概述17-18
• 2.2 闪存转换层关键技术18-32
• 2.2.1 地址转换19-28
• 2.2.1.1 块级映射19-20
• 2.2.1.2 页级映射20-21
• 2.2.1.3 混合映射21-25
• 2.2.1.4 二级页映射25-28
• 2.2.2 垃圾回收28-29
• 2.2.3 损耗均衡29-31
• 2.2.4 坏块管理31-32
• 2.2.5 掉电保护32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 基于虚拟分区思想的闪存转换层设计33-49
• 3.1 算法的设计思想33-35
• 3.2 系统整体结构35-38
• 3.3 映射流程分析38-40
• 3.4 读写操作40-45
• 3.5 垃圾回收与损耗均衡45-46
• 3.6 掉电保护46-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第四章 实验仿真与性能分析49-56
• 4.1 FlashSim仿真模拟器49
• 4.2 实验仿真环境搭建49-50
• 4.3 仿真实验输入文件50-51
• 4.4 性能指标51
• 4.5 性能分析51-55
• 4.5.1 系统命中率51-53
• 4.5.2 系统平均响应时间53-54
• 4.5.3 系统响应时间标准差54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

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本文编号：853630