空间太阳望远镜的星载固态存储器研制

空间太阳望远镜有五个载荷仪器 ,其每天产生的数据达 172 8GB ,数据流以固态存储器为核心在星上数据处理系统各单元间调度 ,完成缓存、压缩、存储和下传 .本文分析了对固态存储器的需求 ,建立了其状态机模型 ,并确定了总体设计方案 .根据该方案用DSP和FPGA构成控制逻辑 ,用DRAM芯片阵列构成存储模块 。

卫星固态存储器数据容错设计与机制

卫星数据传输系统的可靠性面临着空间粒子效应、信道干扰等多重威胁。在介绍数据传输系统关键设备星载大容量固态存储器设计与实现的基础上,从管理信息、数据位流、星地链路、文件传输四个方面构建容错机制,综合应用汉明编译码、RS编译码、低密度奇偶校验码编码等数据检纠错技术,增强存储器管理信息、存储数据、信道传输的容错性能。在实际型号任务固态存储器的基础上,结合CCSDS文件传输协议提出基于自动重传机制的文件可靠传输设计,提高数据传输全流程的容错性能。固态存储器使用多级流水写入、总线并行扩展等技术,吞吐率理论上接近900Mbps,容量达到256Gb。

星载大容量固态存储器EMI辐射测试与分析

基于星载大容量固态存储器的EMI辐射测试结果,对其电磁不兼容状态进行了EMC分析与整改。依据GJB151A-1997,星载大容量固态存储器需要满足RE102电场辐射要求,为了使RE102超标严重的星载大容量固态存储器满足标准要求,首先,结合星载大容量固态存储器的工作原理,依据电磁屏蔽理论及电磁辐射理论,对RE102的测试结果进行了分析。其次,确定了辐射超标的主要原因为互连线缆的电磁辐射,并进一步分析了电磁辐射的激励源产生方式。最后,依据分析结果提出了相应的整改方案并进行了整改。结果表明,采用EMC屏蔽和滤波措施后,EMI发射衰减大于30dB,星载大容量固态存储器的EMI辐射测试结果满足RE102技术指标要求。

基于闪存的固态存储器的数据管理

提出了一种用于航天器的高速大容量固态存储器数据管理方案。存储器基于NAND型FLASH芯片,采用并行扩展及流水线操作的技术。向存储区加载一簇有效数据后,系统立即向每簇的空余区加载该簇的使用状态信息,保持了多簇数据连续写操作的流水线顺序,从而保证了系统的平均输入高速率。根据簇使用状态信息在内存中建立的簇分配表,系统实现对存储区高速灵活的管理。编程和擦除过程中新出现的无效块,将通过硬件电路自动标记并旁路。

星载大容量固态存储器快速可靠启动算法设计

为解决星载SSR启动缓慢,可靠性不足所带来的无法满足复杂、灵活的任务需求问题,研究星载大容量固态存储器(SSR)的索引建立机制,分析传统方案的优缺点并结合在轨运控需求、工作模式等特点,提出一种适合基于NAND FLASH的星载大容量固态存储器的快速启动算法.原有文件系统存储索引表来自于NAND FLASH空余区,算法增加新的保留区设计及相应的启动过程,避免重启时扫描空余区重新建立索引.针对空间环境单粒子效应带来的存储错误,NAND FLASH保留区的索引信息采取ECC编码、冗余备份、分区存储等可靠性措施,提高索引表的可靠性.本文介绍了应用保留区的启动工作机理以及不同模式下的更新方式,阐述了系统在功能性重启和故障性重启下的扫描方式,并建立数学模型分析算法的有效性,最后在使用欧比特NAND FLASH搭建的测试平台上进行验证.算法功能性重启索引建立耗时5.643 ms,故障重启索引建立73.985 ms,而传统算法重启索引建立50.37 s.实验结果表明,本算法显著减少了系统启动耗时.

某飞行器遥测系统固态存储器及其地面检测系统设计

论述了用于某飞行器遥测系统的固态存储器及其地面检测系统的设计思想、技术方案和工作原理 ,并给出了部分实弹试验结果 .实弹试验结果表明 ,该系统设计方案合理、抗干扰性能强 。

星载固态存储器数据管理结构的设计

为了提高星载存储器的数据管理水平,应对Flash应用复杂、国内半导体工业水平较低、航天任务性能可靠性等需求提升等挑战,基于实际卫星任务需求,结合四级流水、四倍总线扩展技术,提出一种的多分区数据管理结构设计,通过分析和仿真介绍了数据流通路的特点及性能,存储器吞吐率接近1 Gbps,能够有效满足航天任务需求。同时根据典型数传系统数据处理流程,给出了此数据结构设计下由地面接收数据逆向寻址的计算方法,在实际应用中能够大大降低地面测试、数据分析工作的复杂度。

基于串行FRAM的固态存储器构建

为简化嵌入式系统利用NAND闪存保存大容量数据的设计复杂性,提出一种利用铁电随机存储器(FRAM)构建固态存储器实现快速高效存取的方法。制定串行FRAM与RAM相结合的最优存储协议,给出查询存储器块的概念和串行FRAM存储数据的快速查询算法,介绍串行FRAM与RAM相结合的存储协议和FM24W256的块读写算法。51单片机的电机驱动总成载重测试仪设计与工业性实验结果表明,利用FRAM设计的固态存储器,具有软硬件开销小、存取速度快、实现简单可靠的特点,能满足嵌入式系统长期存储的要求。

FZF2-3型海洋资料浮标系统固态存储器设计

本文介绍了固态存储器的研制和在ＦＺＦ２－３型海洋资料浮标中的应用情况，并就具体的文件管理方式进行了具体的说明。

嵌入式高速固态存储器的设计

现代的数据处理技术需要较快的数据采样率和较宽的数据带宽,这就要求采用嵌入式高速固态存储器来实时记录海量的数据。介绍了NAND FLASH的选型、嵌入式高速固态存储器的组成原理、现场可编程门阵列(FPGA)的实现逻辑及存储器的性能计算,最后对本设计进行了总结和展望。

基于固态存储器的ECC算法分析及实现

高速大容量固态存储器是高速数据采集系统的重要组成部分,但是数据在存储以及读出的过程中是否正确却不能得到保证。文中分析了一种ECC校验算法以及校验流程,该纠错码能够检测并纠正单比特错误和检测双比特错误。最后分别用C语言和VHDL语言实现了该算法,验证了该算法的正确性与优越性。

基于故障树分析的弹载固态存储器可靠性研究

针对弹载固态存储器可靠性缺乏定性定量分析和故障难以定位的问题,提出了基于故障树分析的弹载固态存储器可靠性研究。通过分析固态存储器组成,按照部件种类划分可靠性单元,研究其失效机理与失效模式,建立固态存储器的故障树模型,并对其进行定性定量分析,确定该故障树的最小割集,计算各事件概率及重要度。通过对结果的分析可以看出各原因发生的概率及其对系统的影响程度等,从而分析出各部件在系统中的地位,有助于研发测试过程中人员快速定位故障位置,对合理高效地解决该故障提供理论参考依据,为今后固态存储器的研发改进提供参考。

弹载固态存储器防护结构的隔热研究

针对弹载固态存储器在发射到回收的过程中,因剩余燃料燃烧以及高温尾焰等外部因素造成的固态存储器持续受高温灼烧,对电路板及各元件造成损伤的问题,设计了一种体积小、具有良好隔热性能的多层热防护结构,并对固态存储器关键组件热防护薄弱点针对性设计了新型防护结构,利用ABAQUS软件对比分析相同时间与相同边界条件情况下有无隔热层结构的传热过程,对比结果表明,该结构处于530℃的高温环境中900 s后内壳温度不到40℃,仅为无隔热层结构的25%,有效地减小了热量的传递,确保内部存储电路能够正常工作,最后用实验验证了该防护结构隔热性能的正确性。

具有断电续存功能固态存储器的设计

针对飞行器飞行过程中因偶然瞬时断电而导致已存储的数据会被覆盖记录的问题而提出了具有断电续存功能固态存储器的设计方案。以FPGA作为主控芯片,RS-422与LVDS作为硬件通信手段,NAND型FLASH为存储核心,着重在交替双平面存储方式的基础上通过编程实现了断电续存功能。经大量实测数据的科学分析表明,具有断电续存功能固态存储器的设计已成功实现,解决了瞬时断电后数据会被覆盖记录的问题,满足某型号飞行器的需要。

一种高效的星载高速固态存储器坏块管理算法

随着卫星技术的发展和功能的多样化,星载固态存储器需要存储的数据量越来越大,存储速率越来越高,在轨寿命越来越长;基于NAND Flash的星载固态存储器的并行存储方案得到广泛应用;但是由于NAND Flash存在初始坏块,且Flash芯片中坏块分布离散性较大;当固态存储器存储速率较高,并行存储的Flash芯片数增多,坏块经叠加映射后,使固态存储器有效容量损失较大;针对高速固态存储器的坏块问题,提出了一种高效的坏块管理算法,通过对坏块进行地址映射和替换,使固态存储器初始有效容量与装机容量的比值在高速并行存储的情况下仍能保持在97%左右,提高了Flash芯片存储容量的利用率,延长了大容量星载高速固态存储器的使用寿命。

适用于FPGA与Nand flash阵列星载固态存储器的坏块管理方法

随着遥感、雷达、通信技术的快速发展,卫星有效载荷速率爆发式增长,星载固态存储器需要存储的数据量越来越大,存储速率越来越高,存储读写次数越来越多。作为当前星载固存的主流产品,基于FPGA和Nand flash的星载固态存储器所需的Nand flash数量越来越多,单片容量越来越大。受限于Nand flash的工艺特性,基于FPGA和Nand flash的固态存储器在其生命周期内会产生更多的坏块,从而影响记录载荷数据的正确性。针对星载固态存储器使用过程中产生再生坏块问题,提出了一种基于实时坏块检测、标注和坏块数据自主搬移、坏块自主回收的固态存储器坏块管理方案,有效地消除了再生坏块对载荷数据正确性的影响,降低了再生超级坏块数据的错误扩散和重复错误概率。方案已经过测试验证并已具有多个型号飞行经历,是一种简单、高效、可靠的星载固态存储器坏块管理方法。

固态存储器短周期存取速度动态控制

由于传统控制方法出现数据误码、存储内存不足问题,导致控制性能变差,为了解决该问题,需对固态存储器短周期存取速度进行动态控制;根据短周期存取速度控制原理,采用均衡加重技术,设计具有针对性的数据传输介质来解决数据误码问题;利用NANDFLASH双平面交替编程的分时加载操作方式,扩大存储内存;使用二级缓存方式对扩大后的内存数据进行缓存读取,根据多线组合指令动态控制缓存读取结果;通过实验结果得出,该方法最低误码率可达到5%,控制性能较好。

船用固态存储器

由于船用固态存储器在特殊的生存环境下保存数据,因此对其可靠性设计提出了更高的要求.本文在测试总体技术要求的基础上,从存储测试系统设计原则出发,详细介绍了该测试系统结构构成和工作原理,给出了测试系统结构框图和测试系统的软件设计功能界面图.

固态存储器中PCI接口电路的设计与控制

介绍了基于PCI(外设部件接口)的大容量固态存储系统的设计,该系统采用高速FPGA (现场可编程门阵列)和大容量固态存储模块,对通过光纤传输的高速数据进行缓冲和存储,通过PCI总线与计算机通信,实现实时数据的高速下载。介绍了PCI总线控制器PCI9054的结构性能、数据传输模式及总线工作方式,描述了基于PCI9054专用芯片开发PCI总线接口电路的软硬件实现方案,并在此基础上给出了一个简单实例。

基于FLASH的固态存储器

介绍了所设计的FLASH固态存储器原理样机的存储模块、CPU模块、数据处理模块等主要组成部分,给出了与非型(NAND)FLASH存储器、数字信号处理器(DSP)等关键器件的工作模式和性能等,并说明了软件功能和无效块管理表数据结构,以及结构设计的特点。相关的系统测试结果表明,所设计的FLASH固态存储器的性能可满足型号的要求。