【摘要】：目前,各航天大國(guó)越來越趨向于使用體積小、重量輕、無轉(zhuǎn)動(dòng)部件、高可靠性的NAND閃存做為空間數(shù)據(jù)記錄器的存儲(chǔ)部件。通常,一個(gè)閃存分成若干塊,每個(gè)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(duì)頁進(jìn)行重寫之前,必須先對(duì)該頁所在的塊執(zhí)行擦除操作。而每個(gè)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(gè)壞塊閃存即不能使用。而衛(wèi)星在太空的服役時(shí)間一般都比較長(zhǎng)。因此,設(shè)計(jì)一種高效的磨損均衡處理(wear-leveling)策略,延長(zhǎng)閃存的使用壽命,提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性,對(duì)于衛(wèi)星信息存儲(chǔ)技術(shù)具有十分重要的意義。 一個(gè)好的磨損均衡是讓擦除操作盡可能的平均到每個(gè)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(gè)塊中,而擦除必須以塊為單位進(jìn)行,在對(duì)熱數(shù)據(jù)臟頁的回收時(shí),不可避免的對(duì)同個(gè)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(gè)部分組成:(1)識(shí)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(gè)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(gè)塊的擦除得到均衡。 通過對(duì)國(guó)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(diǎn)的研究,而比較忽視冷熱數(shù)據(jù)頁的識(shí)別。對(duì)數(shù)據(jù)的冷熱識(shí)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(shí)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(duì)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(shí)讀寫的特點(diǎn)。因此本文上對(duì)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(diǎn),提出了一種新的冷熱數(shù)據(jù)識(shí)別算法,以減少額外擦除。然后在這種冷熱數(shù)據(jù)識(shí)別算法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)完整的磨損均衡過程,并通過仿真實(shí)驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：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(duì)一個(gè)頁進(jìn)行重寫之前，必須先對(duì)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(huì)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(gè)塊就容易變成壞塊，一個(gè)閃存對(duì)壞塊的數(shù)量有值時(shí)，整個(gè)閃存就不能正常工作了，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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(zhǎng)損均衡如圖 1-1 所示，異地更新數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)4G的U盤（以NAND芯片為部件）與一個(gè)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(guó)際上已知的星載固態(tài)存儲(chǔ)器最大容量可以達(dá)到數(shù)T字節(jié)。存儲(chǔ)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(chǔ)器的吞吐速率。下面將以中國(guó)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(chǔ)器為例介紹大容量閃存存儲(chǔ)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(gè)4G的U盤（以NAND芯片為部件）與一個(gè)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(guó)際上已知的星載固態(tài)存儲(chǔ)器最大容量可以達(dá)到數(shù)T字節(jié)。存儲(chǔ)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(chǔ)器的吞吐速率。下面將以中國(guó)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(chǔ)器為例介紹大容量閃存存儲(chǔ)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)】

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本文編號(hào)：2751751