傳統(tǒng)星載存儲(chǔ)系統(tǒng)閃存轉(zhuǎn)換層（Flash Translation Layer, FTL）算法采用頁(yè)級(jí)FTL映射方案和固定分區(qū)的文件管理策略,存在主機(jī)占用率高、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)以及沒(méi)有充分考慮FLASH磨損均衡等問(wèn)題.為此,對(duì)傳統(tǒng)星載存儲(chǔ)系統(tǒng)方案和星載固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作原理深入分析研究,結(jié)合實(shí)際型號(hào)任務(wù)需求,提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)超級(jí)塊閃存轉(zhuǎn)換層算法（Data-driven Adaptive Superblock FTL, DASFTL）.DASFTL算法采用自適應(yīng)超級(jí)塊的分級(jí)地址映射方案,其中超級(jí)塊映射表（Superblock Mapping Table, SMT）作為一級(jí)映射,頁(yè)地址映射表（Page Mapping Table, PMT）作為二級(jí)映射,以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度;將超級(jí)塊作為FLASH地址管理的最小單元,以減少存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)主機(jī)的依賴(lài);引入動(dòng)態(tài)塊回收權(quán)重作為超級(jí)塊分組和目標(biāo)回收塊選擇的標(biāo)準(zhǔn),以均衡FLASH芯片內(nèi)各物理塊的磨損程度,延長(zhǎng)其使用壽命.搭建硬件測(cè)試平臺(tái)對(duì)DASFTL算法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)超級(jí)塊閃存轉(zhuǎn)換層算法相比于傳統(tǒng)星載FTL算法在主機(jī)占... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

典型星載固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

Jung等最先提出基于超級(jí)塊的閃存轉(zhuǎn)換層算法 [12],其比塊級(jí)FTL算法更進(jìn)一步,它將多個(gè)連續(xù)的邏輯塊組合成一個(gè)超級(jí)塊.例如,超級(jí)塊的大小為4,那么邏輯塊編號(hào)為0,1,2,3的4個(gè)邏輯塊構(gòu)成了超級(jí)塊0.雖然超級(jí)塊閃存轉(zhuǎn)換層算法能在塊級(jí)FTL算法上進(jìn)一步減少RAM的占用空間,但其只是由幾個(gè)連續(xù)的邏輯塊組合而成,無(wú)法根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整.因此,提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)超級(jí)塊FTL算法(DASFTL),其地址映射機(jī)制見(jiàn)圖2.超級(jí)塊映射表SMT和頁(yè)地址映射表PMT組成兩級(jí)映射,其中超級(jí)塊映射表SMT為一級(jí)映射,頁(yè)地址映射表為二級(jí)映射.超級(jí)塊映射表SMT由超級(jí)塊號(hào)SBN進(jìn)行索引,每個(gè)超級(jí)映射表項(xiàng)由邏輯塊號(hào)LBN、頁(yè)映射表PMT和邏輯塊權(quán)重WRecy組成.與Superblock FTL不同,在DASFTL中,超級(jí)塊不是由幾個(gè)連續(xù)的邏輯塊簡(jiǎn)單組合而成,而是根據(jù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)運(yùn)行的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)組合而成.每個(gè)超級(jí)塊中所擁有的邏輯塊數(shù)為K,K的取值范圍從0到存儲(chǔ)系統(tǒng)中所有有效物理塊的個(gè)數(shù).這K個(gè)邏輯塊可以是連續(xù)的邏輯塊也可以是不連續(xù)的,并且不同超級(jí)塊的K值可能不同.具體哪些邏輯塊組合成為一個(gè)超級(jí)塊由塊回收權(quán)重WRecy決定.在超級(jí)塊內(nèi)部采用頁(yè)級(jí)映射,超級(jí)塊中每一個(gè)映射表項(xiàng)都可以映射至其對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理頁(yè)上.PMT被分為S個(gè)頁(yè)映射子表(PMST1、PMST2、…、PMSTs),由頁(yè)映射表索引PMTI進(jìn)行索引.頁(yè)映射表索引的內(nèi)容為物理頁(yè)碼,頁(yè)映射子表的內(nèi)容由物理頁(yè)碼PPN和頁(yè)熱度Hpage兩部分組成,其中S的值可由OOB區(qū)的大小和邏輯塊數(shù)計(jì)算得到.假設(shè)每個(gè)物理塊包含α個(gè)物理頁(yè),每個(gè)OOB區(qū)可以存儲(chǔ)m(0<m≤α)個(gè)頁(yè)映射條目,則每個(gè)超級(jí)塊所含有的頁(yè)地址映射項(xiàng)為m×α個(gè),由此可得S=(m×α)÷K.邏輯塊號(hào)LBN和頁(yè)地址映射表偏移量PMToffset的計(jì)算公式為:

在DASFTL算法中,塊回收權(quán)重WRecy將作為超級(jí)塊組成單位的度量單位.存儲(chǔ)系統(tǒng)初次使用時(shí),每個(gè)邏輯塊的初始?jí)K回收權(quán)重都為0.隨著存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行,超級(jí)塊映射表SMT會(huì)計(jì)算并保存每個(gè)邏輯塊的塊回收權(quán)重.塊回收權(quán)重WRecy相同的邏輯塊將被組合成為一個(gè)超級(jí)塊,即使這些邏輯塊所對(duì)應(yīng)的物理塊地址是離散的.圖3為DASFTL算法垃圾回收流程圖.當(dāng)超級(jí)塊映射表SMT中沒(méi)有足夠的空閑塊來(lái)響應(yīng)寫(xiě)操作時(shí)將觸發(fā)垃圾回收.與響應(yīng)寫(xiě)操作相同,主控CPU單元在響應(yīng)垃圾回收操作時(shí),將塊回收權(quán)重最大的整個(gè)超級(jí)塊下發(fā)給存儲(chǔ)控制單元.存儲(chǔ)控制單元會(huì)按照順序依次回收超級(jí)塊內(nèi)的邏輯塊.在完成一次回收之后超級(jí)塊映射表SMT將更新塊回收權(quán)重和新的映射索引.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]星載存儲(chǔ)器吞吐率瓶頸與高速并行緩存機(jī)制[J]. 董振興,朱巖,許志宏,宋琪.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(11)
[2]星載大容量固態(tài)存儲(chǔ)器快速可靠啟動(dòng)算法設(shè)計(jì)[J]. 李?yuàn)?宋琪,朱巖,安軍社.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(10)

博士論文
[1]面向星載一體化綜合電子系統(tǒng)的固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)研究[D]. 許志宏.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心) 2017
[2]星載固態(tài)存儲(chǔ)文件化管理方案應(yīng)用研究[D]. 董振興.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心) 2017
[3]星載固態(tài)存儲(chǔ)管理技術(shù)的應(yīng)用研究[D]. 宋琪.中國(guó)科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心) 2015



本文編號(hào)：3091090