本文關(guān)鍵詞：NAND Flash壞塊管理算法研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：自當(dāng)今社會(huì)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時(shí)代以來(lái),對(duì)大容量存儲(chǔ)技術(shù)提出了巨大需求。NAND Flash特別是一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)2位數(shù)據(jù)的MLC NAND Flash,由于其具有功耗小、大容量、體積小、隨機(jī)讀寫(xiě)性能好、高性?xún)r(jià)比等優(yōu)點(diǎn)得到了極大應(yīng)用。但因?yàn)镹AND Flash塊擦除、頁(yè)讀寫(xiě)操作邏輯造成的和當(dāng)前文件系統(tǒng)不匹配、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率高和有壞塊的問(wèn)題,使得當(dāng)前對(duì)扇區(qū)自由訪存的磁盤(pán)管理方法不再適用,就需要采用專(zhuān)門(mén)的NAND Flash管理算法實(shí)施管理。壞塊管理問(wèn)題就是必須要解決的內(nèi)容之一。本文在廣泛研究了NAND Flash常用壞塊管理方法(Bad Block Management,BBM)的基礎(chǔ)上,提出了一種新型壞塊管理方案。該方案在塊替換策略上使用壞塊保留區(qū)替換策略;在壞塊信息存儲(chǔ)方式上使用了壞塊位標(biāo)記表和塊保留映射表相結(jié)合的方式;在管理流程上應(yīng)用了靜態(tài)壞塊和動(dòng)態(tài)壞塊分開(kāi)管理的方式。在硬件適應(yīng)層,用靜態(tài)壞塊管理模塊實(shí)現(xiàn)靜態(tài)壞塊的管理,設(shè)計(jì)了靜態(tài)壞塊管理總體框架,包括壞塊管理初始化、壞塊管理信息表、壞塊管理控制器、滯后回寫(xiě)等模塊,用FPGA邏輯時(shí)序的方式保證了在實(shí)現(xiàn)完整壞塊管理功能的同時(shí),與上層地址映射層(Flash Translation Layer,FTL)算法透明適配;在FTL層,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了頁(yè)粒度管理策略(Page Granularity Management Strategy,PGMS)對(duì)動(dòng)態(tài)壞塊進(jìn)行管理,將原有粗粒度的壞塊管理方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)粒度頁(yè)的管理模式,充分考慮塊內(nèi)頁(yè)抵抗錯(cuò)誤率增長(zhǎng)存在的巨大差異,以充分挖掘塊內(nèi)所有頁(yè)的壽命潛能。本文在自行研制的基于Zynq的NAND Flash軟硬件協(xié)同驗(yàn)證平臺(tái)上對(duì)本文所研究的壞塊管理算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。其中在Zynq的PL部分(Programmable Logic,PL)實(shí)現(xiàn)了硬件適應(yīng)層的靜態(tài)壞塊管理模塊,經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明該模塊具有實(shí)現(xiàn)可靠、管理效率高、容量損耗小(4 KB壞塊信息表能夠管理16G容量)的優(yōu)點(diǎn)。在Zynq的PS部分(Processing System,PS)實(shí)現(xiàn)了嵌入動(dòng)態(tài)壞塊頁(yè)粒度管理策略的頁(yè)映射FTL算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明動(dòng)態(tài)壞塊頁(yè)粒度管理策略能大大提高Flash使用壽命,對(duì)于制程為3x-nm的MLC NAND Flash,在不考慮存儲(chǔ)容量減小的情況下最高能提高35倍左右的壽命,而對(duì)寫(xiě)性能帶來(lái)最大約9.5%的速率縮減,對(duì)讀性能影響可以忽略不計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：NAND Flash 壞塊管理 頁(yè)粒度 FTL 壽命
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題的來(lái)源及研究目的和意義9-10
• 1.2 NAND Flash發(fā)展現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 Flash存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和原理10-11
• 1.2.2 Flash存儲(chǔ)器分類(lèi)11-13
• 1.2.3 NAND Flash存儲(chǔ)器管理算法和管理結(jié)構(gòu)13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和分析14-17
• 1.3.1 NAND Flash壞塊管理算法國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 NAND Flash壞塊管理算法國(guó)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)17-19
• 第2章 壞塊管理算法總體方案設(shè)計(jì)19-29
• 2.1 NAND Flash壞塊管理簡(jiǎn)介和設(shè)計(jì)目標(biāo)19-22
• 2.1.1 壞塊的識(shí)別方法19-20
• 2.1.2 壞塊管理的一般方法20-21
• 2.1.3 壞塊管理的設(shè)計(jì)目標(biāo)21-22
• 2.2 總體方案設(shè)計(jì)22-23
• 2.2.1 設(shè)計(jì)原則22
• 2.2.2 總體方案22-23
• 2.3 實(shí)現(xiàn)方案選擇及介紹23-27
• 2.3.1 Zynq及其開(kāi)發(fā)流程簡(jiǎn)介23-25
• 2.3.2 NAND Flash算法驗(yàn)證平臺(tái)介紹25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第3章 HAL層靜態(tài)壞塊管理邏輯設(shè)計(jì)29-41
• 3.1 HAL層靜態(tài)壞塊管理邏輯總體框架29-30
• 3.2 HAL層靜態(tài)壞塊管理壞塊信息表設(shè)計(jì)30-31
• 3.3 HAL層靜態(tài)壞塊管理各功能模塊邏輯設(shè)計(jì)31-36
• 3.3.1 初始化模塊的實(shí)現(xiàn)31-33
• 3.3.2 控制器模塊的實(shí)現(xiàn)33-35
• 3.3.3 滯后回寫(xiě)模塊的實(shí)現(xiàn)35-36
• 3.4 HAL層靜態(tài)壞塊管理邏輯測(cè)試36-40
• 3.4.1 HAL層靜態(tài)壞塊管理模塊功能測(cè)試36-39
• 3.4.2 HAL層靜態(tài)壞塊管理模塊執(zhí)行效率測(cè)試39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 FTL層動(dòng)態(tài)壞塊管理策略方案設(shè)計(jì)41-59
• 4.1 FTL層PGMS策略技術(shù)簡(jiǎn)介41-46
• 4.1.1 NAND Flash錯(cuò)誤發(fā)生機(jī)制41-43
• 4.1.2 ECC算法局限性43-44
• 4.1.3 塊內(nèi)頁(yè)可靠性差異44-46
• 4.2 FTL層PGMS策略46-51
• 4.2.1 PGMS策略讀操作46-48
• 4.2.2 PGMS策略寫(xiě)操作48-49
• 4.2.3 改進(jìn)的CT-PGMS策略49-50
• 4.2.4 PGMS策略對(duì)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)性能的影響50-51
• 4.3 FTL層PGMS策略性能測(cè)試51-57
• 4.3.1 PGMS策略壽命增長(zhǎng)影響評(píng)估51-55
• 4.3.2 PGMS策略I/O讀寫(xiě)性能影響評(píng)估55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果65-67
• 致謝67-68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1015473