發(fā)布時間：2020-07-12 09:25

【摘要】：目前,各航天大國越來越趨向于使用體積小、重量輕、無轉(zhuǎn)動部件、高可靠性的NAND閃存做為空間數(shù)據(jù)記錄器的存儲部件。通常,一個閃存分成若干塊,每個塊又分成若干頁。塊是擦除操作的最小單位,而讀寫以頁為單位進(jìn)行,對頁進(jìn)行重寫之前,必須先對該頁所在的塊執(zhí)行擦除操作。而每個塊的擦除次數(shù)是有限的,一般是在100萬次左右,如果某塊擦除超出極限,就出現(xiàn)壞塊,出現(xiàn)多個壞塊閃存即不能使用。而衛(wèi)星在太空的服役時間一般都比較長。因此,設(shè)計一種高效的磨損均衡處理(wear-leveling)策略,延長閃存的使用壽命,提高數(shù)據(jù)存儲的可靠性,對于衛(wèi)星信息存儲技術(shù)具有十分重要的意義。 一個好的磨損均衡是讓擦除操作盡可能的平均到每個塊中,并在均衡的過程中避免額外擦除。額外擦除產(chǎn)生的原因是經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)(熱數(shù)據(jù))與不太更新的數(shù)據(jù)(冷數(shù)據(jù))存放在一個塊中,而擦除必須以塊為單位進(jìn)行,在對熱數(shù)據(jù)臟頁的回收時,不可避免的對同個塊中的冷數(shù)據(jù)頁也進(jìn)行擦除。所以,磨損均衡策略過程一般由兩個部分組成:(1)識別冷熱數(shù)據(jù),讓 溫度‖相似的數(shù)據(jù)頁盡可能的存放在一個塊中,以減少磨損均衡中的額外擦除次數(shù)產(chǎn)生。(2)盡可能的讓冷數(shù)據(jù)存放在擦除次數(shù)較多的塊中,熱數(shù)據(jù)存放在擦除次數(shù)較少的塊中,讓每個塊的擦除得到均衡。 通過對國內(nèi)外現(xiàn)有的磨損均衡算法進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn),目前已有的算法主要集中在第2點的研究,而比較忽視冷熱數(shù)據(jù)頁的識別。對數(shù)據(jù)的冷熱識別主要以塊為單位,塊擦除次數(shù)多的即認(rèn)為里面存放的是熱數(shù)據(jù),反之則認(rèn)為都是冷數(shù)據(jù)。這種冷熱數(shù)據(jù)的識別方式容易產(chǎn)生許多的額外擦除,并且現(xiàn)有的研究多集中于對單片閃存的磨損均衡研究,忽視了多片閃存在磨損均衡處理中不同片可以同時讀寫的特點。因此本文上對上述存在的問題進(jìn)行了研究,結(jié)合多片閃存可并行操作的特點,提出了一種新的冷熱數(shù)據(jù)識別算法,以減少額外擦除。然后在這種冷熱數(shù)據(jù)識別算法的基礎(chǔ)上實現(xiàn)完整的磨損均衡過程,并通過仿真實驗證明新算法具有良好的效果與性能。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP333
【圖文】：

而讀和寫都是以頁為單位進(jìn)行的。閃存上的讀、寫、擦除操作，比如磁盤和 RAM 不同。對一個頁進(jìn)行重寫之前，必須先對該頁。所以，閃存一般采取異地更新的策略，更新的數(shù)據(jù)會被放到別的的數(shù)據(jù)。包含新版本數(shù)據(jù)的頁被稱為有效頁，新版本數(shù)據(jù)被稱為有據(jù)的頁被稱為無效頁或臟頁，臟頁被擦除之后成為空閑頁，可以重塊的擦除次數(shù)是有限的，一般是在 100 萬次左右[5]，如果閃存中的達(dá)到了上限，這個塊就容易變成壞塊，一個閃存對壞塊的數(shù)量有值時，整個閃存就不能正常工作了，數(shù)據(jù)存儲就變得不可靠。所以某些塊進(jìn)行反復(fù)的擦寫，導(dǎo)致別的塊的擦除次數(shù)還很低的時候，該限。所以閃存需要磨損均衡處理（wear-leveling）來均衡擦除操作參與到擦寫過程中去，盡量地讓各塊都有相近的擦除次數(shù)，延長損均衡如圖 1-1 所示，異地更新數(shù)據(jù)時選擇擦除次數(shù)較少的塊寫入的效果。

300Mb/s還有一段距離[35]。圖2-3與圖2-4展示了在同一機(jī)器上，一個4G的U盤（以NAND芯片為部件）與一個120G的傳統(tǒng)硬盤的讀寫速度差距。圖2-3 容量4G的U盤的讀寫速度圖2-4 容量120G的SATA硬盤的讀寫速度目前，國際上已知的星載固態(tài)存儲器最大容量可以達(dá)到數(shù)T字節(jié)。存儲器的數(shù)據(jù)吞吐速率也越來越高，可達(dá)1Gb/s以上[36]。為了達(dá)到這一要求，一般采用閃存陣列的方式來加大容量，使用流水線技術(shù)與并行總線技術(shù)提高存儲器的吞吐速率。下面將以中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研制的星載大容量存儲器為例介紹大容量閃存存儲器的硬件構(gòu)成[1,2]。它的結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示。

300Mb/s還有一段距離[35]。圖2-3與圖2-4展示了在同一機(jī)器上，一個4G的U盤（以NAND芯片為部件）與一個120G的傳統(tǒng)硬盤的讀寫速度差距。圖2-3 容量4G的U盤的讀寫速度圖2-4 容量120G的SATA硬盤的讀寫速度目前，國際上已知的星載固態(tài)存儲器最大容量可以達(dá)到數(shù)T字節(jié)。存儲器的數(shù)據(jù)吞吐速率也越來越高，可達(dá)1Gb/s以上[36]。為了達(dá)到這一要求，一般采用閃存陣列的方式來加大容量，使用流水線技術(shù)與并行總線技術(shù)提高存儲器的吞吐速率。下面將以中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研制的星載大容量存儲器為例介紹大容量閃存存儲器的硬件構(gòu)成[1,2]。它的結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 于宗光,何耀宇;閃速存儲器的研究與進(jìn)展[J];半導(dǎo)體技術(shù);1999年04期

2 樊進(jìn);江敏;;UBI關(guān)聯(lián)至MTD的過程及其數(shù)據(jù)組織[J];電腦知識與技術(shù);2010年24期

3 樊進(jìn);江敏;;UBI損耗均衡機(jī)制簡析[J];電腦知識與技術(shù);2010年25期

4 李力;閃速存儲器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2001年08期

5 高怡禎;基于閃存的星載大容量存儲器的研究和實現(xiàn)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2003年08期

6 彭覓;;固態(tài)硬盤SSD的性能分析和組建方案設(shè)計[J];硅谷;2008年20期

7 杜曄華;蔡銘;董金祥;;基于數(shù)據(jù)相關(guān)性的多片閃存系統(tǒng)垃圾回收器[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年11期

8 鐘忻,慕春棣;基于閃存的文件系統(tǒng)的實現(xiàn)[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2003年24期

9 李強(qiáng),杜威,慕春棣;基于大容量閃存的嵌入式文件系統(tǒng)[J];計算機(jī)工程;2005年10期

10 黃濱;俞建新;;大容量閃存的層次型熱數(shù)據(jù)識別框架[J];計算機(jī)工程;2008年22期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 朱巖;基于閃存的星載高速大容量存儲技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馮翔;嵌入式系統(tǒng)中閃存設(shè)備管理技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];湖南大學(xué);2004年

2 劉洋;閃存文件系統(tǒng)的底層結(jié)構(gòu)與性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

本文編號：2751751