傳統(tǒng)星載存儲系統(tǒng)閃存轉(zhuǎn)換層（Flash Translation Layer, FTL）算法采用頁級FTL映射方案和固定分區(qū)的文件管理策略,存在主機占用率高、系統(tǒng)響應時間長以及沒有充分考慮FLASH磨損均衡等問題.為此,對傳統(tǒng)星載存儲系統(tǒng)方案和星載固態(tài)存儲系統(tǒng)的工作原理深入分析研究,結(jié)合實際型號任務需求,提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的自適應超級塊閃存轉(zhuǎn)換層算法（Data-driven Adaptive Superblock FTL, DASFTL）.DASFTL算法采用自適應超級塊的分級地址映射方案,其中超級塊映射表（Superblock Mapping Table, SMT）作為一級映射,頁地址映射表（Page Mapping Table, PMT）作為二級映射,以提高系統(tǒng)的響應速度;將超級塊作為FLASH地址管理的最小單元,以減少存儲系統(tǒng)對主機的依賴;引入動態(tài)塊回收權(quán)重作為超級塊分組和目標回收塊選擇的標準,以均衡FLASH芯片內(nèi)各物理塊的磨損程度,延長其使用壽命.搭建硬件測試平臺對DASFTL算法進行驗證,實驗結(jié)果表明,提出的數(shù)據(jù)驅(qū)動的自適應超級塊閃存轉(zhuǎn)換層算法相比于傳統(tǒng)星載FTL算法在主機占... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學學報. 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

典型星載固態(tài)存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

Jung等最先提出基于超級塊的閃存轉(zhuǎn)換層算法 [12],其比塊級FTL算法更進一步,它將多個連續(xù)的邏輯塊組合成一個超級塊.例如,超級塊的大小為4,那么邏輯塊編號為0,1,2,3的4個邏輯塊構(gòu)成了超級塊0.雖然超級塊閃存轉(zhuǎn)換層算法能在塊級FTL算法上進一步減少RAM的占用空間,但其只是由幾個連續(xù)的邏輯塊組合而成,無法根據(jù)實際系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的運行特點進行調(diào)整.因此,提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的自適應超級塊FTL算法(DASFTL),其地址映射機制見圖2.超級塊映射表SMT和頁地址映射表PMT組成兩級映射,其中超級塊映射表SMT為一級映射,頁地址映射表為二級映射.超級塊映射表SMT由超級塊號SBN進行索引,每個超級映射表項由邏輯塊號LBN、頁映射表PMT和邏輯塊權(quán)重WRecy組成.與Superblock FTL不同,在DASFTL中,超級塊不是由幾個連續(xù)的邏輯塊簡單組合而成,而是根據(jù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)運行的特點動態(tài)組合而成.每個超級塊中所擁有的邏輯塊數(shù)為K,K的取值范圍從0到存儲系統(tǒng)中所有有效物理塊的個數(shù).這K個邏輯塊可以是連續(xù)的邏輯塊也可以是不連續(xù)的,并且不同超級塊的K值可能不同.具體哪些邏輯塊組合成為一個超級塊由塊回收權(quán)重WRecy決定.在超級塊內(nèi)部采用頁級映射,超級塊中每一個映射表項都可以映射至其對應的實際物理頁上.PMT被分為S個頁映射子表(PMST1、PMST2、…、PMSTs),由頁映射表索引PMTI進行索引.頁映射表索引的內(nèi)容為物理頁碼,頁映射子表的內(nèi)容由物理頁碼PPN和頁熱度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)計算得到.假設每個物理塊包含α個物理頁,每個OOB區(qū)可以存儲m(0<m≤α)個頁映射條目,則每個超級塊所含有的頁地址映射項為m×α個,由此可得S=(m×α)÷K.邏輯塊號LBN和頁地址映射表偏移量PMToffset的計算公式為:

在DASFTL算法中,塊回收權(quán)重WRecy將作為超級塊組成單位的度量單位.存儲系統(tǒng)初次使用時,每個邏輯塊的初始塊回收權(quán)重都為0.隨著存儲系統(tǒng)的運行,超級塊映射表SMT會計算并保存每個邏輯塊的塊回收權(quán)重.塊回收權(quán)重WRecy相同的邏輯塊將被組合成為一個超級塊,即使這些邏輯塊所對應的物理塊地址是離散的.圖3為DASFTL算法垃圾回收流程圖.當超級塊映射表SMT中沒有足夠的空閑塊來響應寫操作時將觸發(fā)垃圾回收.與響應寫操作相同,主控CPU單元在響應垃圾回收操作時,將塊回收權(quán)重最大的整個超級塊下發(fā)給存儲控制單元.存儲控制單元會按照順序依次回收超級塊內(nèi)的邏輯塊.在完成一次回收之后超級塊映射表SMT將更新塊回收權(quán)重和新的映射索引.3 實驗結(jié)果與分析

【參考文獻】：
期刊論文
[1]星載存儲器吞吐率瓶頸與高速并行緩存機制[J]. 董振興,朱巖,許志宏,宋琪.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 2017(11)
[2]星載大容量固態(tài)存儲器快速可靠啟動算法設計[J]. 李姍,宋琪,朱巖,安軍社.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 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)存儲技術(shù)研究[D]. 許志宏.中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心) 2017
[2]星載固態(tài)存儲文件化管理方案應用研究[D]. 董振興.中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心) 2017
[3]星載固態(tài)存儲管理技術(shù)的應用研究[D]. 宋琪.中國科學院研究生院(空間科學與應用研究中心) 2015



本文編號：3091090