星载固态存储管理技术的应用研究

发布时间：2017-12-15 15:02

  本文关键词：星载固态存储管理技术的应用研究

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【摘要】：从近地卫星到深空探测,从载人航天到全球定位系统,从着陆巡视器到空间站,我国航天任务的数量不断增多、探索范围越来越广、任务形式和研究内容日益丰富,通过航天器平台获取了大量的各种形式的宝贵数据。存储器是航天器数传、数管系统的核心设备之一,是星上平台大量数据回放到地面之前的缓冲,其性能、可靠性、适用条件等因素直接决定了地面获取航天数据的能力。基于半导体工艺的固态存储器抗震、容量大、技术储备丰富,已经成为航天器存储设备主流。而基于NAND Flash的大容量固态存储器具有存储密度高、功耗低、非易失的特点,技术储备丰富,发展迅速。本文在实验室技术积累的基础之上,依托型号任务和预研工作,展开对存储器性能、架构、数据管理技术、数据可靠性的研究及应用。研究内容主要包括如下几个方面。存储器的发展主要受核心逻辑器件、存储介质、总线接口、数据管理技术因素影响。依托某型号科学实验卫星固态存储器的研发测试工作,在使用四级流水、并行总线扩展等技术保证系统基本性能的同时,使用FPGA、龙芯CPU及存储管理软件、1553B远程终端组成存储管理系统,管理MRAM、SDRAM、Flash阵列完成数据处理与存储,数据管理方面采用较为成熟的固定分区管理技术,设计并验证了新的硬件架构,搭建了存储器技术研究平台。高性能高可靠Flash固态存储器的数据管理技术难度较大,导致星载固态存储器数据管理水平不高,同时Flash特性带来初始化启动速度慢等问题,为实际使用带来许多不便。依托某型号存储复接器预研工作,通过软硬协同设计,合理分配任务、使用计算机缘,研究链表式文件系统,研究并应用星载固态存储器类文件化动态管理技术。同时结合硬件架构、信息流设计,利用MRAM易操作、非易失特性,提出固态存储器的快速启动方案。航天任务对可靠性要求极高,需要综合运用EDAC保证数据存储、处理、传输的可靠性。文章针对系统不同层面的条件和需求,采取多种的容错方法,从管理信息、数据位流、星地链路个方面,综合采用汉明编解码、RS编解码、LDPC编码技术保护各个环节,应对空间单粒子翻转、Flash介质寿命退化、电子干扰可能带来的错误。同时随着数据管理技术的提高、类文件化管理技术的逐步提高,结合CFDP文件传输协议中的可靠性传输模式,研究文件传输的ARQ技术。航天任务特异性较强,而存储器逐渐成为标配之一,对模块化、通用性水平提出了较高的要求。一体化电子系统旨在提供标准化、可配置、可扩展的卫星电子平台方案,存储器技术的研究包括存储器合理划分内部模块、精简统一外部数据和管理接口、研究多存储器数据统一管理方案、提高存储板可扩展性。同时应对未来航天任务对存储阵列或分布式等高级架构的需求,在模块化通用化研究前提下,探索高级存储架构。课题通过调研存储器发展历史,总结存储技术发展要素和发展趋势,研究固态存储器的通用高速硬件架构和数据管理技术,为航天器数据传输系统升级发展做出有益探索,以期不断满足航天任务需求。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333

【参考文献】

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本文编号：1292372