一种使用Flash阵列存储数据的方法研究

在航空航天领域,随着飞行器性能的提升,研制过程中试验所需的数据存储量和数据存储速度也在不断提高。该文基于高速大容量数据存储的目的,利用FPGA的强大数据处理能力,进行Flash存储阵列及流水线管理的设计,并针对Flash阵列坏块检测和突发坏块提出了对应处理方法。通过对不同组合方式的存储阵列速度及存储容量进行研究对比,得到了一种使用Flash阵列进行高速数据存储的设计方法。相较单片存储,设计的存储阵列数据存储容量和速度成倍增加,且存储阵列的有效块利用率在99%以上。

Flash阵列无效块管理

Flash阵列在当今数据存储领域占据着重要地位,提高Flash阵列可靠性的关键在于提出合理的坏块管理方法。针对固有坏块,提出基于整合块的坏块管理方法和基于EEPROM查找表的坏块管理方法。对于在使用过程中出现的突发坏块,提出基于页跳过和页替换的突发坏块管理方法。经过实验分析表明坏块管理方法提高了NAND Flash数据存储的可靠性,在保证存储速度的情况下对NAND Flash存储空间得到最大化利用。

油菜直播组合式埋茬防堵装置设计与试验

针对长江中下游地区油菜机械化种植时土壤黏重板结、前茬秸秆留茬高、残留量大,致使油菜直播机旋耕及深施肥部件易出现秸秆缠绕、壅土堵塞等问题,导致秸秆埋覆率低、种床厢面起伏不平,影响种床质量的生产现状,该研究设计了一种适用于高茬黏重稻茬田的油菜直播机组合式埋茬防堵装置。该装置主要包括埋茬弯刀和双刃旋耕刀,刀片在筒状刀轴上整体呈人字型排布,通过埋茬弯刀和双刃旋耕刀配合作业,可防止旋耕及深施肥部件秸秆缠绕和黏附堵塞,实现黏重土壤细碎、高茬秸秆埋覆和厢面平整。开展理论分析与EDEM仿真,确定了埋茬弯刀回转半径为245 mm,正切面弯折线角为27°、弯折角为125°,作业幅宽为75 mm,防堵直刀回转半径为275 mm,刃磨角为15°。田间对比试验结果表明:装有组合式埋茬防堵装置的油菜直播机在高茬黏重地表作业通过性好,未出现秸秆缠绕和黏土堵塞,厢面平整度为19.19~22.14 mm,相较于普通旋耕装置,秸秆埋覆率至少提高27.19个百分点,埋茬防堵性能良好,种床质量满足油菜直播农艺要求。研究结果可为高茬黏重工况下的种床整备装置开发提供参考。

大型载人航天器数据存储服务系统设计与应用

针对载人航天器数据规模大、多源并发存储、平台安全性要求高、长期在轨运行的特点,文章提出了一种适用于大型载人航天器的数据存储服务系统通用架构。介绍了数据存储服务系统应用的多项关键技术,采用元数据分离方法实现了任意数量和任意类型关键数据的存储和回放,通过数据同步和电气隔离等设计方法使系统具备在轨维修更换的能力,采用存储空间映射的方法实现对非易失闪烁存储器(FLASH)坏块故障的屏蔽,保证了长期工作时数据存储的高可靠性。提出的数据存储服务系统服务于在轨应用,验证了设计的可行性,可为后续航天器数据存储系统的设计提供参考。

一种具有断电续写功能的存储器系统设计

针对弹舰载存储器在复杂环境下可能出现偶然掉电的问题,提出了一种具有断电续写功能的存储器解决方案,避免存储器在弹箭上偶发性掉电恢复之后上次存储的数据被新的数据覆盖。在边擦边写基础上实现了断电续写技术,且为了满足数据写入速率使用交叉双平面编程。通过地面测试台模拟弹上系统发送数据,大量测试结果表明,该设计实现了断电续写的功能,可以实现对数据的稳定存储,且验证了系统的可靠性。

NAND Flash协处理系统弹载记录仪

针对弹载存储系统在复杂测试环境中存储速度和可靠性受限的问题,提出基于协处理系统配合同步NAND Flash以提高存储速度和存储系统可靠性的小型弹载记录仪。该记录仪采用协处理系统与主控制系统协同工作的方式,主控制系统完成数据采存和上位机互联,协处理系统完成对Flash的操作与控制。通过分析传统弹载记录仪的优化方向,在协处理系统中加入了三种技术:以整合好块地址为基础的坏块管理策略,以可控起始地址为基础的数据读取方式和以Flash存储阵列为基础的“边擦边写”的二级流水操作。改善了传统弹载记录仪中坏块管理降低存储速度及系统触发条件判断不稳定导致数据丢失等问题。仿真与实弹测试结果表明,基于NAND Flash协处理系统的弹载记录仪实现了以6.4 GHz的采样率对8通道的模拟信号进行采集,可应用于高过载试验中弹道相关参数在较高数据传输速率情况下的可靠性采集与存储。

基于地址映射的NAND Flash控制器设计

针对嵌入式数据采集系统对NAND Flash进行读写控制时出现的坏块问题和磨损失衡问题,对数据采集系统的工作特点进行分析,借鉴闪存转换层的思想,提出了一种基于地址映射的NAND Flash控制方法,通过建立、维护、查询NAND Flash存储块逻辑地址与物理地址之间的映射关系表,实现NAND Flash的坏块管理和磨损均衡功能,同时介绍了使用地址映射方法的NAND Flash控制器设计过程;仿真测试和实际应用结果表明,基于地址映射方法设计的NAND Flash控制器能够识别、管理出厂坏块和突发坏块,均衡存储块的磨损,提高嵌入式数据采集系统的可靠性;该方法实现过程简单,无需移植文件系统,硬件资源要求低,为嵌入式数据采集系统中NAND Flash的读写控制提供了新的思路。

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。

基于FPGA的NAND Flash坏块处理方法

针对NANDFlash在存储数据时对可靠性的要求,分析传统坏块管理方式的弊端,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的坏块处理方案,采用在FPGA内部建立屏蔽坏块函数的方法屏蔽坏块。该方法彻底屏蔽对坏块的操作,可以实现对Flash的可靠存储。实际工程应用证明其具有较高的可靠性。

NAND Flash存储的坏块管理方法

针对NAND Flash海量存储时对数据可靠性的要求,提出了一种基于在FPGA内部建立RAM存储有效块地址的坏块管理方法。在海量数据存储系统中,通过调用检测有效块地址函数确定下一个有效块地址并存入建好的寄存器中,对NANDFlash进行操作时,不断更新和读取寄存器的内容,这样就可以实现坏块的管理。实验证明,本方法可以大大减小所需寄存器的大小并节省了FPGA资源,经过对坏块的管理,可以使数据存储的可靠性有很大的提升。

基于NAND Flash的海量存储器的设计

针对存储系统中对存储容量和存储带宽的要求不断提高,设计了一款高性能的超大容量数据存储器。该存储器采用NAND Flash作为存储介质,单板载有144片芯片,分为3组,每组48片,降低了单片的存储速度,实现了576 Gbyte的海量存储。设计采用FPGA进行多片NAND Flash芯片并行读写来提高读写带宽,使得大容量高带宽的存储器得以实现。针对NAND Flash存在坏块的缺点,提出了相应的管理方法,保证了数据的可靠性。

开放式大容量NAND Flash数据存储系统设计与实现

完成了一种基于NAND Flash存储介质的开放式大容量数据存储系统设计,包括硬件系统以及软件系统的设计,并在软件设计中重点提出了应用于NAND闪存的数据管理算法,通过二级地址映射,按块中的脏页数回收脏块和按时间标记转移静态信息实现坏块管理,均匀损耗.该设计能为各种存储器件提供底层的NAND闪存存储系统,使其能方便快速地存储数据而不需要考虑NAND闪存的物理特性.

高速数据同步存储系统设计

介绍了一种高速同步存储系统的设计方案。系统使用NAND Flash构建片内存储阵列、同步管理技术和流水线的设计方案提高其存储速度。在Flash的同步模式下的读、写技术基础上,引入了片内Flash阵列管理方法,使整个Flash的存储速度有了大幅度的提高。同时针对Flash的坏块检测问题,引入了片外存储坏块地址的方法,提高了系统的坏快检测效率,保证系统的稳定性的同时,最大程度上提升了系统的性能。测试结果表明,该系统存储速度快、存储容量大、可靠性高。

基于NAND FLASH的多路并行存储系统中坏块策略的研究

大规模固态闪存系统可以引入多路并行技术来支持高速数据传输,但随着闪存存储容量增加也需要采取有效的坏块处理机制来解决严重的坏块访存问题.面向NAND FLASH多路并行固态存储系统,提出了一种高效坏块管理策略,采取并行存储坏块编码技术来节约坏块表存储空间,减少坏块处理功耗,同时采取坏块表重构处理技术有效解决了系统中的同位置坏块难题.针对四路并行的NAND FLASH存储系统,实验结果表明:该策略节约了25%的坏块表RAM存储空间,提高了约1.5倍的查询效率,降低了约30%的坏块处理功耗,并对并行存储数量具有良好的可扩展性.

空间图像存储器NAND Flash的可靠性

针对空间相机中的图像存储器NAND Flash由于坏块和单粒子翻转导致存储数据不可靠的问题,研究了Flash坏块的管理策略和纠错算法。分析了Flash结构和工作特点,提出了基于并行双遍历机制的坏块管理策略,阐述了双遍历机制的设计思想并分析了它的有效性。在分析Flash结构和纠错特点的基础上,提出了在域GF(28)上的缩短码RS(246,240)+RS(134,128)纠错算法,并说明了编解码算法思想和实现电路。最后,在一空间多光谱相机样机的图像存储设备上进行了试验验证。结果表明,管理策略能快速可靠地处理坏块事件,每次操作仅需1个系统时钟周期即可完成坏块判断。纠错算法在2KB/page内可以纠正27B错误,编码速度达到72.53MBps,解码器速度达到54.26MBps。提出的管理策略和纠错算法有效地解决了Flash数据存储的不可靠问题。

一种高可靠星载大容量存储器的坏块表存储方案设计

通过分析传统NAND FLASH坏块信息存储方式,聚焦问题所在点,提出了一种高可靠性的坏块表存储方案设计.在存储区中划分出一块区域,将坏块信息独立存储,并通过冗余存储的方式提高坏块表存储的安全可靠性.实验表明,在坏块信息区出现使用坏块,信息存储失败或故障掉电引起的坏块信息更新不完全的情况下,该算法都能够自主定位坏块信息的异常存储份,找到可靠份,从而实现星载大容量存储器的可靠快速启动.

基于FPGA+W5100的数据传输系统设计

为提高存储测试系统的实时性和稳定性,并考虑到数据量较大和数据存储安全的特点,设计了一种新型无线数据传输系统。该系统采用FPGA+W5100架构的以太网接口设计方法,外围电路采用NAND Flash存储器来作数据备份,引入了片外存储坏块地址的方法对Flash的坏块进行检测,并给出了系统的结构组成、硬件连接和软件实现方法。该系统增强了数据存储安全性,满足了远程和复杂环境下数据通信的要求。

一种NAND Flash坏块管理优化方法的实现

由于高速数据采集系统中数据传输的高速性,系统后端需要保证高速的数据存储速度。在基于NAND Flash的存储系统中,提出了一种以页为单元跳过和替换坏块的NAND Flash坏块管理方法。与传统的以块为单位处理坏块的方法不同,此方法保证了不会因为坏块的出现而大幅降低写入速度,提高了Flash存储资源的利用率,并且降低了缓存资源的占用。此设计应用在一个基于FPGA的高速数据采集系统中,测试表明该方法能够正确处理NAND Flash的相关坏块问题,在坏块出现时使存储的瞬时速度几乎保持不变,并且具有较高的稳定性。

一种多通道NAND Flash阵列的坏块管理方案

针对多通道NAND Flash阵列对可靠性的要求,提出一种坏块管理方案,优化坏块信息的存储和查询方法,把坏块和替换块地址映射表存储在FRAM中。测试数据证明,方案可以实现多通道NAND Flash阵列的坏块管理,保证了存储的可靠性。优化的坏块表及查询方法缩短了坏块查询时间,FRAM节省了有效块地址映射时间,同时FRAM的铁电效应,进一步提高了数据存储的可靠性。

一种基于FAT文件系统的NAND Flash坏块处理方法

NAND Flash具有高存储密度和高存储速率的特点,在嵌入式系统领域得到了广泛应用。但其固有的擦除机制和存在有坏块这一致命弱点,成为其在应用中的主要障碍。本文提出了一种应用于FAT文件系统上的坏块处理方法,使用Flash上其他的空闲块或者空闲空间来代替坏块,并将坏块在FAT表中作出标记以后不作使用。这种方法彻底屏蔽了坏块对上层应用的影响,并对存储介质没有造成任何不良影响,从而很好地克服了上述障碍。工程项目中的应用证明了其较高的可靠性。