磨粉机磨辊表面磨损特征提取与识别

目的:预测磨粉机喷砂辊使用寿命。方法:通过搭建的图像采集系统对磨辊表面的磨损图像进行采集,基于灰度共生矩阵算法,获得磨辊磨损周期内的二阶矩、熵值、对比度和相关性等纹理参数,将获得的纹理特征参数输入构建的基于粒子群算法(PSO)的LS-SVM模型,最终对喷砂辊的磨损寿命进行预测。结果:粒子群算法可以很好地优化LS-SVM的惩罚因子和核参数,PSO-LS-SVM算法要远远优于LS-SVM算法模型,采用PSO-LS-SVM算法可以准确地识别磨粉机喷砂辊表面的磨损状态。结论:该系统可以准确地预测喷砂辊的使用寿命。

基于自适应块分配策略的NAND闪存垃圾回收算法

在NAND闪存垃圾回收算法中,冷热分离可以提高垃圾回收效率。但是,现有算法将数据分为固定数量的类,没有考虑数据写入过程中热度的聚类变化。为了解决这一问题,对基于自适应块分配策略的垃圾回收算法进行研究。通过监督受害块的有效页比例和分配块的写入频率来调节块分配池大小,避免数据热度分类不准确带来的块闲置问题,实现更高效的冷热分离。实验结果表明,该算法在降低垃圾回收开销以及提高磨损均衡程度上均有所提升。

核安全级DCS设备危险频率下的电接触摩擦学特性

为研究核安全级分布式控制系统(DCS)设备中的电接触摩擦学特性,对核安全级DCS设备的危险频率进行了评估。建立了一套球面电接触摩擦学试验装置,在危险频率下进行了一系列载流摩擦学试验,探索不同电流作用下界面摩擦磨损特性。研究结果表明,核安全级DCS设备的危险频率为12 Hz;在该频率下,随着输入电流从1 A增大至3 A,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势;在大电流作用下,电接触达到失效的时长显著增长;电接触界面表现出划痕、颗粒、微裂纹、磨屑堆积和磨屑飞溅等5种特征;虽然接触区域存在一定的氧化产物,但是只要有足够多的接触区域实现导电通路,界面依然能够保持良好的电接触状态。

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.

一种基于差分进化的Flash文件系统垃圾回收算法

垃圾回收算法对于Flash文件系统具有十分重要的意义.本文针对已有垃圾回收算法在存储容量剩余较小时垃圾回收性能急剧下降进而影响写入速率的问题,采用最优化方法,提出并实现了一种基于差分进化的垃圾回收算法.该算法能够使得垃圾回收的代价均匀化,在保证性能和损耗均衡的前提下,减少擦除次数,延长Flash寿命.实验结果验证了该算法的有效性.

Flash文件系统的研究与设计

Flash文件系统(FFS)已经成为嵌入式系统中数据存储和数据管理的一个热点。对Flash文件系统结构和功能作了详细深入的研究分析,针对在无OS环境下的应用,提出了一个完整的设计方案。

MuLe-RAID:面向大容量高性能SSD的层次化RAID

利用RAID机制构建基于闪存的SSD可以提高SSD的性能和可靠性,但是随着SSD容量的增大,传统的单层RAID结构容易造成控制器的瓶颈.针对这个问题,提出了一种新的RAID策略——MuLe-RAID(Multiple Level RAID),给出了详细架构和设计细节.其采用层次化RAID结构,设置多个控制器,在每一层的控制器中实现不同粒度的损耗均衡管理,在保证SSD损耗均衡的同时,通过减轻控制器的瓶颈提高了SSD的性能.为了提高可靠性,MuLe-RAID采用了冗余机制,能够达到RAID5的容错级别.通过模拟实验测试表明,在大容量SSD中,相比传统RAID,MuLe-RAID在保证损耗均衡的基础上有大约30%的性能提升.

OEBS:一种闪存磨损均衡算法

闪存诞生以来得到了广泛应用,它的特性包括:块擦除次数有限和擦除后重写.这两个特性都会影响闪存的使用寿命.针对这一问题,本文提出并实现了一种新颖的磨损均衡算法-OEBS(Outstanding Erase Block Set)-显性擦除块集.该方法通过高低频数据互换,有效均衡了擦除分布;使用显性擦除块集保护显性擦除块,避免了互换颠簸;将显性擦除块集和非显性擦除块集分开管理,提高了效率.模拟实验数据结合量化了的使用寿命延长度,表明数据块的擦除分布均匀,效率较高,有效延长了闪存的使用寿命.

一种SRAM辅助新型非易失性缓存的磨损均衡方法

随着半导体工艺的发展,处理器集成的片上缓存越来越大,传统存储器面临着存储密度低和漏电功耗高等问题日益严峻.近年来,新型非易失性存储技术展现出漏电功耗低、存储密度高和可扩展性强等优点,是最有潜力构建大容量缓存的新技术.然而,非易失性存储器的写操作次数有限,作为缓存将限制其寿命.同时缓存上的写操作是不均匀的,存在缓存组间和组内的写波动,这一访问特点将导致缓存的每部分磨损不均衡,现有的缓存管理策略却不能感知缓存的写波动.为解决这一问题,提出了SRAM辅助新型非易失性缓存的磨损均衡(SRAM-assistEd weAr Leveling,SEAL)方法,该方法包含写波动感知的缓存块迁移算法(Write Variation-aware blOck Migration,WVOM)和阈值指导的缓存块迁移算法(Threshold gUided Block mIgration,TUBI).SEAL方法重点关注写波动大的缓存组和写强度高的缓存单元,着力减少这部分缓存单元的写压力.WVOM感知缓存组间写波动并迁移写强度大的缓存组,用于解决组间磨损均衡问题.TUBI迁移缓存组内写局部性高的缓存块来达到组内磨损均衡.实验结果表明,SEAL方法与基准配置相比,缓存的磨损程度平均减少了34.2%,缓存的平均寿命提升了175%,性能平均提高了0.735%,系统的动态功耗平均降低了5.65%.同时,SEAL方法与最新的研究成果相比,缓存的磨损程度平均减少了13.1%,缓存的平均寿命提升了20%.

基于随机游走的大容量固态硬盘磨损均衡算法

基于闪存的大容量固态硬盘(SSD)能够在未来取代磁盘.它有很多优点,包括非易失性、低能耗、抗震性强等.然而,基于NAND闪存的存储块自身存在有限的擦除重写次数的问题一直影响着它的广泛应用.当闪存芯片达到擦除重写的限制次数后,存储块上的数据就会变得不可靠.目前研究者们已经提出了一些磨损均衡算法来解决这个问题.但当固态硬盘的存储容量不断增大后,这些算法需要越来越多的内存容量来保证运行.文中提出一种基于随机游走的磨损均衡算法来应用在大容量的固态硬盘上,该算法能够很大程度地减少内存消耗.实验表明所需内存容量仅为BET算法的15.6%,与此同时磨损均衡的性能并没有降低.

一种可定制模块化的闪存转换层的设计与实现

针对闪存转换层(FTL)的具体设计和实现细节不公开问题,提出了一种模块化的FTL设计,将地址映射、垃圾回收、损耗均衡等几个重要部分设计成不同的模块,并提供可定制接口,在每个模块上都可以针对不同的应用定制不同的算法.用文件系统模拟了一个Flash Memory的存储芯片阵列,并将FTL设计部署在该模拟器上,这样就构成了一个完整的SSD模拟器,为研究FTL中的各种算法和机制以及开发基于SSD的各种应用提供了一个实验平台.通过实验测试了FTL设计的性能,并进行了分析.

JFFS2文件系统的关键技术及其在嵌入式系统的应用

文中详细讨论了JFFS2中的垃圾收集、平均磨损和断电保护等技术,介绍了JFFS2文件系统在嵌入式Linux的应用实现技术。

基于阈值控制的损耗均衡算法设计

由于NAND Flash块的擦除次数是有限的,必须采用损耗均衡(Wear-Leveling)算法,使各个块的擦除次数近似均衡,以提高其使用寿命。本文对损耗均衡问题做了详细的分析,提出了一种基于阈值控制的损耗均衡算法。实验证明,该方法能有效解决损耗均衡问题。

基于NAND Flash的FFS设计与实现

NANDFlash以其大容量低价格等优势迅速成为嵌入式系统存储的新宠,因此研究其上的文件系统也日益重要。本文先分析了NANDFlash上FFS的功能结构,然后给出了一个在无OS支持的嵌入式系统中,可与Windows文件系统完全兼容的FFS的设计和实现方案。

一种Flash存储器静态负载平衡策略

Flash存储器是常用的存储器件,它的不挥发特性、灵活轻便、低功耗特性等特点为嵌入式系统、移动计算机提供了良好的条件。然而,Flash存储器必须先擦除后写入,这对存储系统的设计提出了挑战。更重要的是,它的擦除次数是有限制的。分析了Flash存储器数据存储结构和物理特性,提出了一种触发式数据分类静态负载平衡策略,并在此基础上作了基于VHDL语言的仿真,收到了较好的效果。

FAT文件系统在NAND FLASH上的磨损均衡研究

提出一种应用于NAND FLASH上实现FAT文件系统磨损均衡的方法,通过保留已删除文件在FAT表中的表项和重写文件时将内容写入新簇的方式,实现对NAND FLASH的均衡使用.在牺牲一定读写速度的前提下,有效地实现了对NAND FLASH的均衡磨损,延长了NAND FLASH的使用寿命.在文件系统层研究磨损均衡,实现难度小,且对标准FAT文件系统兼容,具有一定的可行性和实用性.

考虑操作时间局部性的NAND闪存脏块回收算法

在闪存存储系统的脏块回收过程中,按照对数据操作的时间,将脏块中的有效数据分拣成"热"数据和"冷"数据,分别写入到当前"热"写入块和"冷"写入块中,减少在回收过程中多次对"冷"数据的无意义重复拷贝;同时在挑选脏块进行回收时,利用脏块中的有效数据量、块的最近更新时间、以及块的磨损程度构造代价函数,选整体效果最优的脏块进行回收操作.实验表明,与当前各种主要脏块回收算法相比,有较好的回收操作效率,降低了总体的块磨损程度,并有较好的块磨损均衡度.

闪存循环位图的损耗均衡机制研究

为了提高闪存的寿命,提出了闪存寿命的数学表达式,研究了闪存寿命和损耗均衡机制的关系。通过研究现有的均衡损耗机制,设计了一种新的闪存循环位图的损耗均衡机制。在传统的系统架构,加入循环位图从而得到一种新的系统架构。通过动态写入和静态回收两个阶段详细描述了该机制的基本工作流程和方法。最后通过性能分析,证实该机制能够显著提高闪存物理块的损耗均衡程度,因此具有一定的应用价值。

面向新型非易失存储器的文件级磨损均衡机制

自旋转移力矩磁存储器(spin transfer torque random access memory,STTRAM)和磁阻式随机存储器(magnetic random access memory,MRAM)等新型存储器具有接近于DRAM的访问速度,是构建高性能外存系统和提高计算机系统性能的重要手段,但有限的写次数是其重要局限之一.设计了文件系统级磨损均衡机制,使用Hash函数分散文件在外存中的存储,避免在创建和删除文件时反复分配某些存储块,通过分配文件空间时选择写次数较低的存储块,避免写操作的集中;使用主动迁移策略,在外存系统I/O负载较低时主动迁移写次数较高的数据块,减少磨损均衡机制对I/O性能的影响.最后在开源的基于对象存储设备Open-osd上实现了面向新型存储器文件系统级磨损均衡机制的原型,使用存储系统通用测试工具filebench和postmark的多个通用数据集进行了测试与分析,验证了基于新型存储器的文件系统级磨损均衡机制能稳定地将存储块写次数差减少到原来的1/20左右,同时最高仅损失了6%的I/O性能和增加了0.5%的额外写操作,具有高效和稳定的特性.

一种有效的混合式闪存磨损均衡算法

为延长嵌入式系统中作为外部存储设备的闪存介质的使用寿命,普遍采用磨损均衡算法对各物理块进行管理.本文对现有的确定性磨损均衡算法进行改进,结合随机性处理,提出HWL(Hybrid Wear Leveling)算法,不仅使磨损均衡处理只占用很少的内存开销,还能有效地进行"冷热"数据存放位置的交换.在多种逻辑页更新模式的仿真试验中,物理块彼此之间都能达到较为接近的擦除次数;与已有算法相比,磨损均衡处理引起的额外擦除较少,可延长闪存的使用寿命.