【摘要】：U盤是一種無需物理驅(qū)動器微型高容量移動存儲設(shè)備,因其便攜帶、操作速度快、存儲容量大以及抗震性能極強等特點,已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的存儲設(shè)備之一。U盤基本上是以閃存作為存儲介質(zhì),使得文件系統(tǒng)無法直接操作U盤,因此需要在文件系統(tǒng)與閃存芯片之間增加一個閃存轉(zhuǎn)換層(FTL,Flash Translation Layer),使得主機可直接操作閃存設(shè)備。閃存轉(zhuǎn)換層算法作為U盤存儲系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù),在產(chǎn)品的性能和可靠性方面具有重要意義。此外,由于人們對存儲在U盤中的數(shù)據(jù)安全問題也越來越重視,因此本文是在由杭州華瀾微電子股份有限公司自主研制并且具有數(shù)據(jù)保護功能的安全U盤的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于三級地址映射的FTL算法。本文首先介紹了安全U盤的結(jié)構(gòu)以及主控S261芯片,根據(jù)S261芯片的特性,對U盤的數(shù)據(jù)保護功能進行了分析。對目前使用率比較高的幾種FTL算法進行了詳細的分析,在其基礎(chǔ)上并結(jié)合實際的U盤參數(shù)提出了本文的FTL算法。本文設(shè)計的FTL算法是一種混合級FTL算法,其包括三級地址映射架構(gòu)、塊管理系統(tǒng)、垃圾回收系統(tǒng)以及掉電恢復(fù)系統(tǒng)四個模塊,并在固件中完成了對算法代碼的編寫。三級地址映射策略主要通過CIT、PIT和SIT三種映射表來實現(xiàn)主機尋址,并在其基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化尋址策略,提高了尋址效率;塊管理系統(tǒng)中提出了EMBT、ERBT兩種空塊表以及BBT的概念,保證了閃存的損耗均衡,有效的管理了閃存中的壞塊,延長了閃存的使用壽命;垃圾回收系統(tǒng)提出了全合并和部分合并的概念,優(yōu)先回收VP數(shù)少的物理塊,提高了塊回收效率;掉電恢復(fù)系統(tǒng)實現(xiàn)了在系統(tǒng)掉電的情況下準確的恢復(fù)保存內(nèi)存中的PIT和SIT,保證了整個U盤系統(tǒng)的可靠性。最后將算法固件應(yīng)用到安全U盤中進行測試,結(jié)果表明,本文設(shè)計的算法不僅保證了U盤的可靠性,而且其讀寫速率相當(dāng)可觀,具有很高的應(yīng)用價值。
【圖文】：

D Flash 是一種新型半導(dǎo)體器件，它的基本存儲單元為一個晶體管，不需外接于 NOR Flash，NAND Flash 的單位尺寸縮小了大約 15%。NAND Flash 中的的方式存放在存儲單元中，一個單元只能存放一個 bit，一般 8 個或 16 個存的方式連成一個位線（bit line），形成一個 byte（8bits）或 word（16bits），ash 的位寬[24]。上各型號 NAND Flash 的結(jié)構(gòu)都差不多，，不同的是物理頁的數(shù)量，物理頁的的數(shù)量[25]。根據(jù) ONFI（Open NAND Flash Interface）協(xié)議將該 NAND Flash 小到大分為頁（Page）、塊（Block）、邏輯單元（LUN）、目標（Target）、。頁是 NAND Flash 讀寫操作的基本單位。塊由大量的頁組成，是 NAND F基本單位[26]。邏輯單元是能夠獨立執(zhí)行指令和報告狀態(tài)的最小單元，由大量的有自己的片選信號 CE（Chip Enable），由一個或多個邏輯單元組成[27]。設(shè)備ash 本身，由一個或多個目標組成。整體來說，一個 NAND Flash 存儲陣列由，物理塊由大量物理頁組成，物理頁由大量字節(jié)組成。本文選用的是8G08CFAAA 型號的 NAND Flash 芯片，其存儲陣列如圖 2.3 所示。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（Error Correcting）等。此外，該芯片還包含緩存寄存器（Cache RData Register）兩個高速緩沖區(qū)，這兩個寄存器的大小和頁的大小一樣數(shù)據(jù)寄存器中以字節(jié)的方式傳輸?shù)酱鎯﹃嚵校趫?zhí)行一般的讀寫操作于一個寄存器，但當(dāng)執(zhí)行緩存操作時，緩存和數(shù)據(jù)寄存器是相互獨立吐率。lash 存儲器內(nèi)部主要由 I/O 控制單元、邏輯控制單元、狀態(tài)寄存器、命 NAND Flash 存儲陣列構(gòu)成。地址、數(shù)據(jù)、命令在不同時段使用同一元控制。主控發(fā)送的命令經(jīng)過 I/O 控制單元后，將命令放到命令寄存輯控制單元來產(chǎn)生控制 Flash 存儲陣列的信號。地址寄存器鎖存從 I/O行列譯碼器轉(zhuǎn)化為行列地址。狀態(tài)寄存器主要是將邏輯控制單元的操主控。NAND Flash 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP333

【參考文獻】

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本文編號：2517598