基于sopc的固态硬盘控制器的系统设计

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于SOPC的固态硬盘控制器的系统设计申请人:吴尚儒学号:2141258培养单位:电子工程学院学科专业:信号与信息处理研究方向:嵌入式系统指导教师:刘嵩岩副教授完成日期:2018年4月20日中文摘要闪存技术自诞生以来，以摩尔定律所预言的速度快速发展，逐步弥补了其单位存储成本高的劣势，进而凭借存取性能优异、体积小、低功耗等特点在消费电子、网络服务、企业应用等领域占据越来越重要的地位。本文系统地阐述了一个基于闪存技术和异构混合架构，针对航空领域定制的固态存储方案的设计与实现。本系统针对特定需求设计了专用通信接口和通信协议，并提供了扩展多种接口的能力。系统硬件

2、上采用了分离式设计，其中固态硬盘部分在功耗、体积的限制下集成了大容量的闪存阵列，优化了读写性能；而扩展板部分提供了多种接口的转换和测试平台。本系统通过增强型ECC（ErrorCorrectionCode）、冗余磁盘阵列等硬件机制，和磨损均衡、坏块管理等软件算法保证了数据的安全、可靠存储。本文着重研究了固态硬盘控制器的软件设计，包括通信协议的设计和解析，多核软件间的互联和同步，坏块表的数据结构、坏块替换机制等坏块管理方式，磨损均衡算法，充分利用系统并行资源的读写流水线设计等。得益于系统架构设计灵活，本文分析对比了系统在容量、可靠性等方面的不同配置下的性能，并展示了实际测试结果。本文最后给出了系

3、统基于真实硬件和仿真平台的测试方案和结论。关键词：固态硬盘；NANDFlash；SOPC；流水线；坏块管理-I-AbstractFlashmemorytechnologyhasbeenrapidlydevelopedatthespeedpredictedbyMoore'sLawsinceitappears,graduallymakingupforthedisadvantagesofitshighunitcostofstorage.Ithasgainedmoreandmoreimportantstatusinthefieldsofconsumerelectronics,networkservi

4、ces,andenterpriseapplicationswithexcellentaccessperformance,smallsize,andlowpowerconsumption.Thisdissertationsystematicallyexpoundsadesignandimplementationofasolid-statestoragesolutionbasedonflashmemorytechnologyandheterogeneoushybridarchitecture,whichistailoredtotheaviationdomain.Thesystemdesigned

5、adedicatedcommunicationinterfaceandcommunicationprotocolforspecificrequirementsandprovidedtheabilitytoextendmultipleinterfaces.Aseparatedesignisemployedinthesystemhardware,inwhichtheSSDpartintegratesalarge-capacityflashmemoryarrayunderthelimitationsofpowerconsumptionandsize,andisoptimizedforreadand

6、writeperformance.Theexpansionboardpartprovidesvariousinterfacesconversionandatestplatform.ThesystemensuresthesafeandreliablestorageofdatabyenhancinghardwaremechanismssuchasenhancedECCandRAID,andsoftwarealgorithmssuchaswearlevelingandbadblockmanagement.ThisdissertationfocusesonthestudyoftheSSDcontro

7、llersoftwaredesign,includingcommunicationprotocoldesignandanalysis,multi-coresoftwareinterconnectionandsynchronization,badblocktabledatastructure,badblockreplacementmechanismandotherbadblockmanagementmethod