本文關(guān)鍵詞：增強(qiáng)固態(tài)硬盤容錯(cuò)能力的技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)是通過閃存(Flash)陣列來高速存取數(shù)據(jù)的一種存儲(chǔ)技術(shù)。固態(tài)硬盤容量越來越大是建立在單顆芯片容量不斷增大的基礎(chǔ)上的,然而Flash芯片在容量增加的同時(shí)可靠性卻不斷下降。因此當(dāng)前固態(tài)硬盤面臨的可靠性問題成為制約固態(tài)硬盤商業(yè)化的重要障礙,針對(duì)固態(tài)硬盤可靠性問題的研究對(duì)于促進(jìn)固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文從固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)的比特可靠性和固態(tài)硬盤整體可靠性兩個(gè)方面展開了研究。當(dāng)前主流的固態(tài)硬盤都是以NAND Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì),NAND Flash具有容量大、讀寫速度快的特點(diǎn)。隨著單芯片集成度的提高,NAND Flash的誤碼率越來越高,這就需要糾錯(cuò)能力越來越強(qiáng)的糾錯(cuò)編碼來保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性。而低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low Density Parity Check,LDPC)是一種糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的糾錯(cuò)編碼方式,本文根據(jù)MLC Flash的誤碼率特性,提出了一種適用于MLC的LDPC碼校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造方式。針對(duì)MLC存儲(chǔ)單元中高有效位(Most Significant Bit,MSB)和低有效位(Least Significant Bit,LSB)誤碼率不同的特點(diǎn),從降低LDPC碼的譯碼錯(cuò)誤概率出發(fā),提出了一種LDPC碼校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)中MSB和LSB的合理搭配方式。仿真實(shí)驗(yàn)表明LDPC碼校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)中MSB和LSB的比例越不均衡,LDPC碼的譯碼錯(cuò)誤概率越小。在構(gòu)造LDPC碼時(shí)使用這種方法構(gòu)造的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn),能夠有效降低LDPC碼的譯碼錯(cuò)誤概率。固態(tài)硬盤中不僅會(huì)出現(xiàn)比特翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象,還會(huì)可能出現(xiàn)Flash頁、塊、芯片甚至控制器失效的情況。為了應(yīng)對(duì)頁、塊可能失效的情況,固態(tài)硬盤引入了糾刪碼的概念,通過一定程度的數(shù)據(jù)冗余,提高數(shù)據(jù)的可靠性。本文提出了基于RAID-5技術(shù)的改進(jìn)型的固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)冗余機(jī)制,通過在固態(tài)硬盤通道之間建立數(shù)據(jù)的冗余關(guān)系確保固態(tài)硬盤在出現(xiàn)通道級(jí)以下錯(cuò)誤時(shí)仍然能夠正常讀取數(shù)據(jù)。通過把冗余關(guān)系建立在物理地址上和采取局部延時(shí)更新機(jī)制將冗余關(guān)系映射表和地址映射進(jìn)行了合并,減少了RAM資源的占用。通過對(duì)讀數(shù)據(jù)的操作順序進(jìn)行優(yōu)化,降低了冗余機(jī)制對(duì)固態(tài)硬盤性能的影響,減少了讀操作的響應(yīng)時(shí)間。在Matlab上對(duì)不同校驗(yàn)類型節(jié)點(diǎn)的LDPC碼的譯碼錯(cuò)誤概率進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明本文提出的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式在各種原始誤碼率的情況下都有最小的譯碼錯(cuò)誤概率。在SSDsim上對(duì)通道數(shù)據(jù)冗余機(jī)制進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明本文提出冗余方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)功能且使用壽命增加了13.6%,讀寫操作的平均響應(yīng)時(shí)間增加了9%。
【關(guān)鍵詞】：固態(tài)硬盤 可靠性 LDPC碼 糾刪碼 數(shù)據(jù)冗余
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP333.35
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 NAND Flash糾錯(cuò)需求現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 ECC技術(shù)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 糾刪碼技術(shù)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本課題研究內(nèi)容17-19
• 第二章 LDPC碼基礎(chǔ)理論19-33
• 2.1 LDPC碼與BCH碼的對(duì)比19-24
• 2.1.1 糾錯(cuò)能力比較19-21
• 2.1.2 解碼速度比較21-23
• 2.1.3 硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程度比較23-24
• 2.2 LDPC碼編碼理論24-31
• 2.2.1 LDPC碼的定義24-26
• 2.2.2 LDPC碼的編碼方法26-28
• 2.2.3 LDPC碼的譯碼方法28-30
• 2.2.4 LDPC碼譯碼錯(cuò)誤概率分析30-31
• 2.3 用于Flash的LDPC碼的研究熱點(diǎn)31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 適用于MLC的LDPC碼的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方法研究33-48
• 3.1 NAND Flash的錯(cuò)誤模型33-37
• 3.1.1 MLC的錯(cuò)誤模型33-36
• 3.1.2 兩種針對(duì)錯(cuò)誤模型的糾錯(cuò)算法36-37
• 3.1.3 錯(cuò)誤模型對(duì)LDPC編碼的影響37
• 3.2 LDPC碼校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)類型對(duì)譯碼錯(cuò)誤概率的影響37-41
• 3.3 仿真實(shí)驗(yàn)41-45
• 3.3.1 譯碼錯(cuò)誤概率仿真41-43
• 3.3.2 校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方法研究43-45
• 3.4 校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成方式對(duì)計(jì)算復(fù)雜度的影響45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第四章 一種改進(jìn)的固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)冗余機(jī)制48-64
• 4.1 數(shù)據(jù)冗余的兩種類型48-49
• 4.1.1 Erase Codes48
• 4.1.2 通道間數(shù)據(jù)冗余48-49
• 4.2 基于通道的數(shù)據(jù)冗余49-57
• 4.2.1 基于物理地址的冗余數(shù)據(jù)構(gòu)造49-52
• 4.2.2 數(shù)據(jù)更新及冗余更新52-54
• 4.2.3 地址映射機(jī)制與垃圾回收機(jī)制54-55
• 4.2.4 數(shù)據(jù)重構(gòu)方法55-56
• 4.2.5 讀操作優(yōu)化方法56-57
• 4.3 性能評(píng)估57-63
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境57-58
• 4.3.2 功能驗(yàn)證58
• 4.3.3 使用壽命分析58-59
• 4.3.4 讀寫性能評(píng)估59-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)束語64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果71

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