【摘要】： 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類(lèi)產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)、娛樂(lè)業(yè)以及人們的日常生活等各方面。隨著嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題擺在設(shè)計(jì)人員面前。 閃存(Flash Memory)是嵌入式系統(tǒng)中一種常用的存儲(chǔ)介質(zhì),具有體積小、容量大、成本低、掉電數(shù)據(jù)不丟失等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)逐步取代其他半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件,成為嵌入式系統(tǒng)中的主要數(shù)據(jù)和程序載體。通常,一個(gè)閃存是由若干個(gè)閃存塊組成,每個(gè)閃存塊又分為若干個(gè)物理頁(yè)。閃存塊是擦除操作的最小單位,而讀和寫(xiě)都是以頁(yè)為單位進(jìn)行,對(duì)一個(gè)物理頁(yè)進(jìn)行重寫(xiě)之前,必須先對(duì)該頁(yè)所在的塊執(zhí)行擦除操作。而每一個(gè)閃存塊的擦除次數(shù)是有限的,一般是在10萬(wàn)次到100萬(wàn)次之間,只要有一個(gè)閃存塊的擦除次數(shù)達(dá)到了上限,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就變得不可靠,會(huì)影響到整個(gè)閃存的讀寫(xiě)效率和性能。因此,需要設(shè)計(jì)高效的磨損均衡處理(wear-leveling)策略,盡可能讓各閃存塊保持相近的擦除次數(shù)以延長(zhǎng)閃存的使用壽命。 本文首先介紹國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的磨損均衡算法,通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)比各算法的優(yōu)缺點(diǎn)。然后從理論上給出了在任何一個(gè)閃存塊達(dá)到擦除次數(shù)上限前,閃存可執(zhí)行的擦除操作次數(shù)的上下界,并對(duì)此進(jìn)行了證明。接著,對(duì)現(xiàn)有的算法進(jìn)行改進(jìn),提出了兩種基于不同目標(biāo)的磨損均衡算法: 1、閃存在每次初始化的時(shí)候,都需要將塊的擦除情況讀入到內(nèi)存中,然后根據(jù)這些信息實(shí)現(xiàn)塊的均勻擦除,但嵌入式設(shè)備的內(nèi)存非常有限,減少磨損均衡處理時(shí)的內(nèi)存消耗是磨損均衡策略設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)題。本文創(chuàng)造性地在確定性算法中加入了隨機(jī)處理的成分,減少了算法執(zhí)行過(guò)程中的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。 2、節(jié)能是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)之一。嵌入式系統(tǒng)使用過(guò)程中不斷進(jìn)行著數(shù)據(jù)的存取,大量的能量消耗在作為外部存儲(chǔ)介質(zhì)的閃存的操作上。因此,減少嵌入式設(shè)備外部存儲(chǔ)介質(zhì)上的能耗是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要途徑。本文提出了一種基于低能耗的磨損均衡算法,既能夠使各物理塊有相近的擦除次數(shù),從而延長(zhǎng)閃存的使用壽命,又能夠減少閃存操作上的能耗,從而延長(zhǎng)了嵌入式設(shè)備一次充電后的使用時(shí)間。
【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】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TP333
【圖文】：

將每次請(qǐng)求更新的邏輯頁(yè)頁(yè)號(hào)添加進(jìn)更新請(qǐng)求序列中。隨機(jī)性算法Ban[’9]對(duì)同一個(gè)邏輯頁(yè)更新序列執(zhí)行四次后，各次的擦除情況如圖2一1，縱軸表示擦除次數(shù):圖2一1隨機(jī)性算法的四次執(zhí)行結(jié)果(單位:萬(wàn)次)可以看出，隨機(jī)性算法的效果受隨機(jī)因素影響較大，各次擦除都不是很均勻。因?yàn)楦滦蛄兄袑?duì)邏輯頁(yè)的請(qǐng)求并不是等概率的，所以，雖然隨機(jī)性算法是等概率地選擇處理頁(yè)，卻不能達(dá)到很好的磨損均衡效果。

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文將該邏輯頁(yè)更新序列用于兩個(gè)確定性算法中，其執(zhí)行結(jié)果如圖2一2:圖2一2確定性算法Ass襯22]和chan擴(kuò)51的執(zhí)行結(jié)果(單位:萬(wàn)次)確定性算法因記錄了物理塊的擦除次數(shù)，故在處理中可根據(jù)這些信息來(lái)作出調(diào)整決策，各塊基本達(dá)到了相近的擦除次數(shù)，磨損均衡的效果明顯好于隨機(jī)性算法。2.4內(nèi)存消耗比較確定性算法通過(guò)記錄物理塊的擦除次數(shù)，以便在磨損均衡處理時(shí)找出合適的處理塊，在效果上要優(yōu)于隨機(jī)性算法。但這是在消耗大量?jī)?nèi)存開(kāi)銷(xiāo)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，閃存在每次初始化的時(shí)候，都需要將塊的擦除情況讀入到內(nèi)存中，閃存的容量越大，占用的內(nèi)存也越多。若一個(gè)物理塊的壽命為100萬(wàn)次擦除，則每個(gè)塊需要用4個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)擦除次數(shù)。表2一1比較了兩類(lèi)算法在運(yùn)行過(guò)程中的內(nèi)存消耗情況

BET表的映射

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 桑龍;陳靜;;一種快速Nand Flash垃圾回收策略[J];航空計(jì)算技術(shù);2011年06期

2 王浩;邵高平;胡澤明;;基于分組—循環(huán)擦寫(xiě)的閃存磨損均衡算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2013年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 柳睿;基于Nand Flash的圖像聲納數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2758417