本文關鍵詞：面向固態(tài)硬盤應用的高速閃存映射層的設計和研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近幾年，NAND型閃存在消費電子、工業(yè)控制等各種領域得到了廣泛的應用。但是隨著NAND閃存工藝尺寸節(jié)點的不斷下降和多電平技術的廣泛使用，NAND閃存的器件特性不斷退化，具體表現(xiàn)為耐擦寫次數(shù)下降、讀寫速度降低、可靠性變差。另外，消費電子、服務器等領域的應用要求基于NAND閃存的固態(tài)硬盤具有更快的速度、更高的可靠性、更長的壽命和更低廉的價格。這種矛盾關系促使NAND閃存控制技術變得更加不可或缺，并成為固態(tài)硬盤的核心技術之一。固態(tài)硬盤的閃存映射層包含了大部分存儲控制技術。在對閃存映射層進行設計和實現(xiàn)時，需要對系統(tǒng)壽命、速度性能、資源開銷和可靠性等指標進行折中，同時還需要考慮長期使用導致的系統(tǒng)性能退化和對多種不同應用的支持。 本論文設計并實現(xiàn)了一個高速閃存映射層系統(tǒng)，主要工作包括閃存映射層的整體結構設計工作和地址映射、垃圾回收、磨損均衡、壞塊管理等模塊的優(yōu)化設計工作；重點對磨損均衡技術進行了深入研究，提出了變閾值三池磨損均衡算法和塊狀態(tài)表磨損均衡算法。同時，搭建了閃存映射層系統(tǒng)軟件和硬件評測平臺，從軟件和硬件兩個方面對本論文實現(xiàn)的閃存映射層系統(tǒng)進行評測。其中軟件評測主要是對閃存映射層“功能性”的測試，重點對磨損均衡模塊進行了評測，使用六種不同的測試激勵，對比了四種經(jīng)典的磨損均衡算法。硬件評測主要是在FPGA上對閃存映射層的速度性能進行評測。 軟硬件評測結果表明，本論文設計的閃存映射層系統(tǒng)在整個閃存的壽命周期都有較好地速度性能，能夠滿足高速應用的要求。所提出的變閾值三池磨損均衡算法在不同應用測試激勵下都能很好地提高存儲系統(tǒng)的壽命；塊狀態(tài)表磨損均衡算法在顯著降低磨損均衡內(nèi)存開銷的基礎上，仍然能夠較好地保證存儲系統(tǒng)的壽命。
【關鍵詞】：NAND-Flash 固態(tài)硬盤 閃存映射層 磨損均衡 閃存控制器
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333.35
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-21
• 1.1 NAND Flash 的發(fā)展、現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)8-14
• 1.1.1 NAND 閃存的原理和物理結構8-10
• 1.1.2 NAND Flash 的發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.1.3 NAND 閃存技術面臨的挑戰(zhàn)12-14
• 1.2 固態(tài)硬盤的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢14-17
• 1.2.1 固態(tài)硬盤的發(fā)展和現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 固態(tài)硬盤的發(fā)展對存儲管理技術提出的新要求17
• 1.3 閃存映射層概述及設計時需要面臨的挑戰(zhàn)17-19
• 1.4 本論文研究工作重點和組織結構19-21
• 第2章 對磨損均衡算法和閃存映射層的研究和實現(xiàn)21-50
• 2.1 本章引論21
• 2.2 閃存映射層系統(tǒng)架構設計21-22
• 2.3 地址映射策略22-27
• 2.3.1 地址映射簡介22-23
• 2.3.2 地址映射策略設計23-27
• 2.4 磨損均衡策略27-44
• 2.4.1 磨損均衡算法的發(fā)展概述27
• 2.4.2 典型磨損均衡算法介紹27-29
• 2.4.3 三池算法介紹29-33
• 2.4.4 變閾值三池算法的研究33-38
• 2.4.5 塊狀態(tài)表算法的研究38-42
• 2.4.6 硬件加速模塊的研究42-44
• 2.5 垃圾回收策略44-47
• 2.5.1 垃圾回收簡介44-45
• 2.5.2 垃圾回收策略的設計45-47
• 2.6 壞塊管理策略47-49
• 2.6.1 壞塊管理策略簡介47
• 2.6.2 壞塊管理策略的實現(xiàn)47-49
• 2.7 本章小結49-50
• 第3章 閃存映射層系統(tǒng)軟硬件評測平臺的設計50-63
• 3.1 本章引論50
• 3.2 軟件測試平臺的搭建50-54
• 3.2.1 軟件評測平臺系統(tǒng)架構設計51
• 3.2.2 軟件評測平臺的搭建51-54
• 3.4 FPGA 硬件平臺搭建54-62
• 3.4.1 硬件評測平臺系統(tǒng)架構54-56
• 3.4.2 基于 SOPC 的軟硬協(xié)同系統(tǒng)搭建56
• 3.4.3 NAND 閃存驅動模塊搭建56-61
• 3.4.4 物理隊列設計61-62
• 3.4.5 硬件評測平臺綜合結果62
• 3.5 本章小結62-63
• 第4章 軟硬件評測平臺測評63-93
• 4.1 本章引論63
• 4.2 測試方法和指標63-67
• 4.2.1 SSD 測試和磨損均衡評測關鍵指標63-65
• 4.2.2 SSD 測試激勵65-66
• 4.2.3 測試目標66
• 4.2.4 磨損均衡對比算法66-67
• 4.3 軟件仿真測評67-80
• 4.3.1 垃圾回收效率測試67-68
• 4.3.2 磨損均衡算法測試68-80
• 4.4 硬件平臺測評80-91
• 4.4.1 不同算法的運行響應時間81-86
• 4.4.2 不同地址映射策略響應時間測試86-87
• 4.4.3 硬件加速模塊測試87-89
• 4.4.4 NFC 模塊測試89-91
• 4.4.5 硬件評測小結91
• 4.5 本章小結91-93
• 第5章 總結與展望93-95
• 5.1 論文工作總結93-94
• 5.2 可進一步開展的工作94-95
• 參考文獻95-99
• 致謝99-100
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果100

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉俊華,林君,張林行;地震記錄儀中大容量數(shù)據(jù)存儲擴展的實現(xiàn)[J];吉林大學學報(信息科學版);2005年05期

2 杜支華;陶宇峰;王曉玲;陳芳;;64kB電可擦除只讀存儲器研究與設計[J];電子與封裝;2009年03期

3 孫志卓;李元章;左偉歡;萬軍;何翔;譚毓安;;LSF:一種面向S-RAID 5的能量管理算法[J];北京理工大學學報;2014年02期

4 馬福祥;;SSD中一種地址映射算法研究[J];電子設計工程;2014年13期

5 龔有華;魏德寶;喬立巖;高源;;基于Zynq的NAND Flash存儲系統(tǒng)研制[J];電子測量技術;2014年12期

6 吳春靜;周盛雨;魏本杰;許睿;;探空火箭數(shù)據(jù)存儲設備設計與實現(xiàn)[J];電子設計工程;2015年10期

7 陳利躍;陶濤;葉海明;盧冰;宓群超;;基于Md-tree的電力調(diào)度自動化黑匣子系統(tǒng)技術研究[J];電信技術;2015年06期

8 王振;王雷;王宇;;基于虛擬磁盤塊存儲的分布式文件系統(tǒng)研究[J];華中科技大學學報(自然科學版);2013年S2期

9 尚曉薇;林奕;;一種基于閃存的緩沖區(qū)管理算法[J];計算機與現(xiàn)代化;2013年11期

10 Youngjae Kim;Aayush Gupta;Bhuvan Urgaonkar;;A Temporal Locality-Aware Page-Mapped Flash Translation Layer[J];Journal of Computer Science & Technology;2013年06期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 楊濮源;基于多介質設備的混合存儲系統(tǒng)關鍵技術研究[D];中國科學技術大學;2014年

2 劉洋;層次混合存儲系統(tǒng)中緩存和預取技術研究[D];華中科技大學;2013年

3 謝雨來;溯源的高效存儲管理及在安全方面的應用研究[D];華中科技大學;2013年

4 秦亦;固態(tài)盤可用性增強算法研究[D];華中科技大學;2014年

5 孫輝;NAND固態(tài)盤有限編程/擦除次數(shù)的評測模型及優(yōu)化方法[D];華中科技大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈建紅;基于片上數(shù)采芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[D];天津工業(yè)大學;2005年

2 趙艷菊;基于μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)的振動信號采集分析儀的設計與研究[D];天津工業(yè)大學;2006年

3 陳席林;分布式持久化緩存系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];重慶大學;2013年

4 何小春;Web信息挖掘服務平臺及數(shù)據(jù)備份技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

5 牛琪鍇;基于閃存的海量非關系存儲方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

6 彭軍;基于NAND Flash的多路并行存儲系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];湖南大學;2013年

7 慎涵;一種基于PCM的文件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2013年

8 楊麗麗;云存儲網(wǎng)關的研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2013年

9 陳起;高性能計算中并行文件系統(tǒng)可擴展元數(shù)據(jù)服務的研究[D];華中科技大學;2013年

10 榮益麟;面向SSD的重復數(shù)據(jù)刪除機制設計與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2013年

  本文關鍵詞：面向固態(tài)硬盤應用的高速閃存映射層的設計和研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：494932