高速大容量存储系统的关键技术实现.pdf

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1、第7期马培娇等．高速大容量存储系统的关键技术实现高速大容量存储系统的关键技术实现马培娇‘张宇光“姚永兴‘徐鹏飞“焦新泉‘任勇峰4(中北大学a．电子测试技术重点实验室．b．仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051)摘要介绍了一种高速大容量存储系统的实现方案，该系统以75MB／s的速度实时存储容量为64GB的图像数据，并可通过扩展nash阵列满足更高速度和更犬容量的存储要求。关键词高速大容量存储器无效块管理固态存储中图分类号TP277文献标识码A文章编号1000_3932(2011)07旬869出目前高速存储系统在雷达、图像处理、语音识别、声纳和通信等领域应用得非常广泛。随着雷达成

2、像技术的成熟，采样率和分辨率都有大幅度的提高，这就要求能实时保存下海量的数据信息。此时，高速大容量的存储系统就显得尤为重要。NAND型FLASH芯片的记忆载体为半导体，比传统的存储设备具备更高的可靠性，更小的体积及重量，日渐成为了主流存储器。但na8h存储器也有十分明显的缺点：写入速度慢，单片容量小，制约了数据的写入速度和容量。现需要设计一双通道高速大容量的固态存储器，要求能实时存储速度为75MB／s的I、Q两路图像数据，且单路存储容量要达到“GB，而现有的nash存储器达不到以上要求。笔者将探讨用以克服nash存储器缺点的一些关键技术，并将给出该存储器的具体实现方案。1关键技术1．1存储

3、器存储系统的一个重要指标就是存储组件的访问速度。目前主流闪存分为NOR和NAND两种架构类型，NAND型闪存写入和擦除速度比NOR型快，单元存储容量大，且成本比NOR型低，因此NAND型闪存在大容量高速图像数据存储上比NOR型更具有优势¨，2j。SAMsuMG公司NAND闪存芯片K9wBG08UlM由16384个B10ck组成，每个Block分为64Page，每Page有4096B写入区和128B备用区，单片芯片容量仅为4GBj达不到该存储器的容量要求。采用n船h阵列总线并行技术，可有效地解决这一矛盾。而该闪存芯片的典型编程时间为200斗s，最大编程时间为700斗s，最快页寄存器写入时间为

4、50肛s。由此可以算出一页的写入时间为(200+50)斗s一(700+50)斗s，写入速度为5．4—16．4MB／s。因此可以看出影响写入速度的最大因素就是编程时间，而时下流行的多级流水线和双平面同时编程技术可有效地避开编程时间，明显地提升其存储速度。1．2n黯h阵列并行本设计采用4×4n鹳h阵列的形式，以每4片l(9wBG08u1M组成一个8位宽的闪存子模块。它们共用相同的控制命令，因此可以将这子模块看作一个整体。整个阵列可看做由4个存储容量为16GByte的闪存组成，该技术为实现大容量存储提供了可能。1．3流水线通过对n鹊h页面编程工作原理的研究，发现芯片内部的自动编程过程由芯片自动完

5、成。尽管这段时间不能接收新的写入命令，但也不需要外部干预。于是就可以利用这一段空闲的时间，借鉴流水线技术，使多片nash读写操作进行流水线运作口】。这样在任一时间片上，总有若干操作在同时进行，实现了时间在片上的复用，从而整体读写n鹪h的速度得到了很大的提高。1．4双平面同时编程对于有些新出的Nandn鹊h，支持同时对多个平面(Pl蛐e)进行编程。K9wBG08ulM支持同时对2个Pl锄e进行编程。本设计采用的这种编程技术为待两页的数据都写入到n鹪h的缓存区后，再同时将缓存区的数据编程存人到n嬲h里。可以看出，每写入两页的数据，就可以节省出一个收稿日期：2011埘一15(修改稿)基金项目：国

6、家自然科学基金——微小型高速运动体的激光主动制导与探测技术研究(60871041)870化工自动化及仪表第38卷编程时间，极大地提高了写入的速度。不过要注意的是，只能对Pl蚰e0和Pl粕e1或者PlaIle2和Pl锄e3同时编程，而不支持PlaIleo和Pl蚰e2同时编程。1．5坏块信息列表N舳dn船h中，一个块中含有1个或多个位是坏的，就称其为坏块。坏块的稳定性是无法保证的，不能保证写入的数据是对的，或者写入对了，读出来也不一定对。而正常的块，肯定是写入读出都是正常的。考虑到要保证存储数据的完整和正确，而识别出坏块并且跳过坏块来进行读写擦除操作就非常必要。为了提高存储速度，在nBA内部建

7、立RAM来专门用于存储校验出来的坏块的地址列表。在进行读写擦除操作时只需将当前块地址与RAM内部的地址信息进行对比，如果相同就跳过该块。这样就能大大提高效率。2系统方案设计2．1系统原理根据该存储器的设计要求，要求实现对图1中所示的I、Q两路图像数据能以75MB／s的写入速度存入记录器，并且每路的存储容量为64GB。基于以上提出的关键技术，设计了该存储系统的原理图。从图1看出，本设计采用了32片l(9wBG08u1M搭建