精密仪器中高可靠存储模块设计和实现

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1、，．中文摘要高可靠存储模块是长距离油气管道检测设备、高质量图像采集设备、军用加固计算机等精密仪器设备进行信息获取、信息存储、信息融会和信息处理的关键部件之一。早期的存储记录设备多采用磁盘式或磁带式，存在可靠性和存储速度等方面的发展瓶颈，不适合在电磁辐射、冲击、震动等恶劣环境中使用，因此高可靠性的存储模块一直是现代精密仪器设备所迫切需要的。基于闪存的大容量固态存储模块具有存储容量大、可靠性高、体积小、功耗低、数据安全性好、抗震动和冲击能力强、温度适应范围宽等特点，可以解决恶劣条件下仪器设备的存储可靠性问题。本文在深入了解国内外固态存储模块研

2、究现状与所用先进技术的基础上，根据具体的技术目标，设计了高可靠存储模块的系统方案，主要工作包括：1、根据各组成部分的具体功能设计了相应的实现方案和硬件电路，包括接口方案的选择、高速缓冲存储器方案的设计、存储芯片的选型、FPGA模块的逻辑功能划分、FPGA芯片的配置电路设计以及电源管理模块的设计；2、重点设计了闪存芯片阵列的排布结构，通过引入并行扩展技术与流水线技术代替对单片闪存的直接编程，使闪存阵列接口的最大读写速度达到100MB／st3、设计了基于FPGA的闪存阵列接口控制器，实现了闪存芯片的各项基本．操作和流水线操作的功能仿真和时序仿

3、真。由于存在多芯片的协同管理和流水线操作的问题，该部分的逻辑输出需要非常准确，是FPGA控制逻辑的核心模块之一：4、将闪存阵列接口控制器与系统整合，进行了系统的综合特性分析，通过实验测试了存储模块的各项外部性能。结果显示其最大读取速度达到70．3MB／s，最大写入速度达到42．9MB／s，实现了预定的设计目标。本课题所设计的高可靠存储模块具有集成度高、兼容性好、灵活性强等优点，可以方便地移植到恶劣环境下高速长距离探测或采集仪器中去。关键词：高可靠存储模块闪存流水线技术并行总线技术接口控制器FPGAABSTRACTHigh。reliabil

4、itystoragemoduleisoneofkeycomponentsusedforacquirement．storage，combinationandprocessingofinformationinprecisioninstrumentsandequipments，suchaslong-distanceoilandgaspipelineinspectionequipments，high‘qualityimageacquisitionequipmentsandmilitarycomputers．Earlystorageandrecor

5、dingdevicesweremostlyusingdisk—typeortape-type．Ithasbottlenecksinreliabilityandstoragespeedandwasinappositetouseinradiation，shock,vibrationenvironment，SOhigh-reliabilitystoragemodulesarealwaysurgentlyneededbymodemprecisioninstrumentsandequipments．Accordingtothespecifictec

6、hnicalobjectives，thispaperdesignedasystemstructureofhi【gh—reliabilitystoragemodulebasedonthecurrentresearchandadvancedtechnologyofsolid-statestoragemoduleathomeandabroad．Themajorworkincludes：l、Accordingtothecomponents’functions，thehardwarecircuitsaredesigned．includingthes

7、electionofinterface，thedesignofcache，theselectionofmemorychips，thedesignofFPGAlogicfunctionalmodulesandFPGAconfigurationcircuit，thedesignofpowermanagementmodule；2、DesigningthearraystructureofFlashmemorychips．InsteadofprogrammingonsingleFlashmemorychip，hereweusinghighbandw

8、idthbussestechnologyandpipeliningtechnologytoimprovethewritespeedofFlashinterface．Inthiswaythema