高速大容量NAND FLASH存儲系統(tǒng)

丁萬霞

摘要：隨著電子技術快速發(fā)展，對信號處理系統(tǒng)綜合性能也提出更高的要求。從以往信號處理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀看，很難做到數(shù)據(jù)實時、快速存儲等要求，無法保證存儲系統(tǒng)的高效運行。在此背景下，NAND FLASH系統(tǒng)便被引入其中，其對于現(xiàn)行系統(tǒng)存儲大容量、大帶寬等要求極為適用。本文將對NAND FLASH相關技術及其存儲系統(tǒng)的具體設計思路進行探析。

關鍵詞：NAND FLASH 大容量 高速 設計

中圖分類號： TP316.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0158-01

盡管現(xiàn)行雷達領域中逐步將高速磁盤陣列存儲等技術引入其中，但技術應用下仍存在系統(tǒng)功耗過大等問題，難以滿足存儲數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求。這就要求將固態(tài)存儲引入其中，這種存儲器無論在功耗控制，還是抗震性能等方面都具有明顯的優(yōu)勢。但如何使這些優(yōu)勢實現(xiàn)，要求將NAND FLASH固態(tài)硬盤引入，有利于存儲系統(tǒng)綜合性能的提升。因此，本文對存儲系統(tǒng)設計相關研究，具有十分重要的意義。

1 NAND FLASH存儲相關概述

關于NAND FLASH，其本身是一種的存儲介質(zhì)，將其融入到存儲系統(tǒng)中，對于寫入后數(shù)據(jù)的維持無需通過額外電池便可實現(xiàn)。從其數(shù)據(jù)存儲的主要方式看，集中表現(xiàn)在SLC與MLC兩方面，前者又被稱為單層存儲，具有寫入速度快的優(yōu)勢，但其涉及的成本較高且不具備較大的單位容量。而后者可被叫做多層式存儲，其相比SLC，具有容量大且存儲密度優(yōu)勢較為明顯等特征，但寫入速度優(yōu)勢并不突出。實際引入MLC過程中，一般會將相應的控制算法應用于控制器中，包括均衡技術、ECC等，這樣可使MLC寫入速度慢等弊病得以解決?，F(xiàn)行數(shù)據(jù)傳輸傳輸、存儲中本身需考慮到大容量、高速等問題，所以需做好優(yōu)化調(diào)整存儲系統(tǒng)工作。具體優(yōu)化調(diào)整中主要考慮利用多通道形式取代以往單通道形式，滿足數(shù)據(jù)并行輸入輸出要求。且注意為使數(shù)據(jù)的存儲更為正確、可靠，要求系統(tǒng)中的控制器能夠?qū)AND FLASH數(shù)據(jù)進行檢測，若存在數(shù)據(jù)錯誤問題可直接進行糾正，有利于數(shù)據(jù)塊丟失問題的控制。除此之外，系統(tǒng)設計中還需將相應的文件管理算法引入，盡可能使數(shù)據(jù)得以保護[1]。

2 NAND FLASH存儲系統(tǒng)的具體設計思路

2.1 NAND FLASH存儲系統(tǒng)設計需求分析

現(xiàn)代存儲系統(tǒng)設計中多會考慮到是否適應雷達系統(tǒng)問題，應保證存儲系統(tǒng)既能控制數(shù)據(jù)輸出輸入，也具備記錄與回放存儲數(shù)據(jù)、協(xié)助分析與處理雷達信號等功能。所以本文在設計中主要考慮在網(wǎng)絡監(jiān)控通道上以1000M Erhternet為主，指令控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存通道分別為PCI Express與SRIO，這樣系統(tǒng)運行中便可實現(xiàn)多種工作模式。其中的工作模式集中表現(xiàn)在實時采集、重演回放、快速轉(zhuǎn)存以及快速回讀等功能上。為使這些工作模式得以實現(xiàn)，要求存儲模塊設計中，保證所有互連設計得以實現(xiàn)，如客戶端PC與FPGA間、PCI Express與FPGA間等。保證互連設計合理的基礎上，才可使各種工作模式的應用更為靈活，滿足雷達系統(tǒng)運行要求。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設計

NAND FLASH存儲系統(tǒng)設計中，主要考慮在高速總線橋梁、存儲目標介質(zhì)上以FPGA為主，確保數(shù)據(jù)處理與存儲順利完成。當數(shù)據(jù)編碼結(jié)束后，會經(jīng)過相應的處理在NAND FLASH芯片中進行存儲。若需進行數(shù)據(jù)讀取，僅需做好解碼與數(shù)據(jù)輸出既可，可滿足數(shù)據(jù)回放與轉(zhuǎn)存要求。從該過程可發(fā)現(xiàn)，整個存儲系統(tǒng)在架構(gòu)上涉及的主要以PC客戶端計算機、NAND FLASH存儲陣列、PFGA控制器等為主。其中的核心部分在于存儲陣列模塊方面，所以設計的重點應集中在陣列模塊上[2]。

2.3 陣列模塊設計思路

對于陣列模塊設計，主要可采取并行流水與管理設計兩種方法。其中在并行流水設計中，可細化為擦除操作與讀寫操作等內(nèi)容，前者強調(diào)對NAND FLASH中芯片采取整體擦除措施，或在對空間已用容量或空間需求計算的基礎上，采取部分擦除措施。盡管擦除中會耗費較多的時間，但不會對系統(tǒng)整體系統(tǒng)產(chǎn)生影響。而對于讀寫操作，要求利用并行流水設計，使芯片在處理時間上得以控制，進而達到系統(tǒng)帶寬性能提高的目標。另外，在管理設計過程中，主要考慮到芯片本身應用中很可能存在壞塊增加、存儲混亂、數(shù)據(jù)比特翻轉(zhuǎn)等問題，所以考慮將相應的存儲技術引入其中，包括文件系統(tǒng)、均衡損耗、壞塊管理以及ECC算法引入，以此使存儲數(shù)據(jù)可靠性得以提高，為后期數(shù)據(jù)處理工作提供便利。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸通路的設計

數(shù)據(jù)傳輸通路是影響陣列模塊作用發(fā)揮的關鍵。實際設計過程中，主要考慮到存儲系統(tǒng)是否滿足監(jiān)測信息、控制信息以及數(shù)據(jù)信息等互連傳輸?shù)葐栴}，可考慮將1000M Ethernet信號傳輸、PCIE信號傳輸以及SRIO信號傳輸?shù)刃问揭?，這些問題可得到有效解決。同時，在這些傳輸通路合理設計情況下，存儲系統(tǒng)輸入輸出接口要求也可得以滿足[3]。

3 結(jié)語

NAND FLASH存儲系統(tǒng)的應用是提升現(xiàn)代雷達系統(tǒng)綜合性能的關鍵所在。實際對該存儲系統(tǒng)設計中，應正確認識NAND FLASH的主要特征與優(yōu)勢，在此基礎上結(jié)合系統(tǒng)設計需求，明確系統(tǒng)設計的總體架構(gòu)，保證其中的陣列模塊設計更為合理，并做好傳輸通路設計，這樣才可使存儲系統(tǒng)綜合性能得以提高。

參考文獻

[1]李晴.高速大容量NAND FLASH存儲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].北京理工大學，2015.

[2]周之麗.基于Nand Flash的大容量存儲裝置的設計與研究[D].中北大學，2015.

[3]朱知博.基于NAND FLASH的高速大容量存儲系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2011，08：170-173.