固态硬盘的多通道存储系统设计

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1、华中科技大学硕士学位论文固态硬盘的多通道存储系统设计姓名：侯冰剑申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：卢萍20090527华中科技大学硕士学位论文摘要传统硬盘采用机电结构，自然导致其速度慢、功耗大、抗震性差，不能满足对访问速度、能耗及抗恶劣环境要求较高的存储需求。近年迅速发展的NAND闪存技术具有读取速度快、体积小、抗震、节能等优点，但写入数据速度相对较慢。通过设计固态硬盘多通道存储系统，构建并行结构的闪存阵列替代磁碟，可以摒弃传统硬盘的机械部件，提高内部数据传输率。在分析SATA接口技术和NAND闪存技术的基础上，提出了固态硬

2、盘存储系统设计方案，实现命令队列优化和数据并行存储。设计命令队列优化机制，将读写命令分离，分别设计操作流程，设置闪存传输转换层，完成地址虚拟映射、坏块管理、损耗均衡、纠错校错等功能，使固态硬盘存储系统中NAND闪存发挥出更高的效能。设计数据并行存储机制，将闪存阵列划分为多个闪存通道，通道内部采用位扩展方式，构成两层并行结构。并针对该结构设计高效的数据管理方法，将大块数据以“自定义页”为单位进行分割，在多个闪存通道上并行交叉存取。基于FPGA实现了固态硬盘存储系统。存储系统采用PowerPC处理器，以高速总线连接处理器、内存、SATA接口和

3、多个NAND闪存控制器。通过移植实时操作系统Xilkernel内核，编写管理程序实现了命令队列优化和数据并行传输功能。测试表明，命令队列优化机制和数据并行存储机制有效地提高了固态硬盘存储系统内部数据传输率。关键词：固态硬盘，存储系统，多通道，命令队列，现场可编程门阵列，闪存I华中科技大学硕士学位论文AbstractBecauseofusingelectro-mechanicalstructure,whichleadstolowdatatransmissionspeed,highpowerconsumptionandpoorwithstan

4、dvibrationperformance，thetraditionalhardcannotmeetthehigherstoragerequirements.Inrecentyears,withtherapiddevelopment,theNANDflashmemorytechnologyhastheadvantagesofhighreadingspeed,smallsize,anti-vibration,andenergysaving,butitstillhasarelativelylowwritingspeed.Throughdesi

5、gningmulti-channelsolid-statediskstoragesystemandconstructingparallelstructureflashdiskarraytoreplacemagneticdisk,thetraditionalharddisk’smechanicalcomponentscanbeeliminatedandthestoragesystem’sinternaldatatransferratecanbeimproved.WiththeanalyzeofSATAtechnologyandNANDfla

6、shtechnology,adesignschemeofsolid-statediskstoragesystemisproposed,whichachievestheoptimizedcommandqueuingandtheparalleldatastorage.Theoptimizedcommandqueuingmechanismseparatesthereadingcommandsandwritingcommandstohaveitsrespectiveoperationprocesses,andsetstheflashtransit

7、ionlayercontrolstoachivethefunctionofaddressmapping,badblockmanagement,wear-leveling,errorcheckingandcorrecting,andsoon.SothatNANDflashinsolid-statediskstoragesystemcanhaveahigherperformance.Thedataparallelstoragemechanismdividestheflashmemoryarrayintomulti-channel,eachch

8、annelusesbit-expansionmethodtoconstructaparalleltwo-tierstructure.Andthehigh-performancedatamana