本文關(guān)鍵詞：面向嵌入式應(yīng)用的閃存存儲管理系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究

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【摘要】：隨著嵌入式設(shè)備的快速發(fā)展和普及,大量的嵌入式應(yīng)用被設(shè)計和開發(fā),而NAND閃存憑借非易失性、低功耗、高性能、抗震動等特點(diǎn),成為當(dāng)前各類嵌入式系統(tǒng)的重要存儲設(shè)備。由于“異地更新”和“有限擦除次數(shù)”的限制,閃存中設(shè)計有專門的存儲管理系統(tǒng)一閃存轉(zhuǎn)換層(Flash Translation Layer)來管理各項存儲活動。目前,閃存存儲管理系統(tǒng)的研究工作主要針對閃存的性能和使用壽命設(shè)計優(yōu)化,并沒有兼顧考慮嵌入式應(yīng)用的需求和特點(diǎn)而做出整體設(shè)計。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中往往具有時間約束、資源受限和持久運(yùn)行的需求,因此如何設(shè)計閃存存儲管理系統(tǒng)以滿足嵌入式應(yīng)用的需求成為一個重要的問題。本文針對嵌入式應(yīng)用的時間約束、資源受限、持久運(yùn)行等需求,從地址映射、垃圾回收、均勻磨損等三個方面展開閃存存儲管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究,主要工作包括以下幾個方面：1.針對嵌入式應(yīng)用的時間約束需求,分析目前閃存存儲系統(tǒng)無法滿足給定時間約束的原因,借助空間分配和分步垃圾回收技術(shù),在保持平均性能的基礎(chǔ)上,設(shè)計滿足最差時間約束的垃圾回收機(jī)制。在此基礎(chǔ)上,在基于需求的頁級地址映射技術(shù)中引入面向時間約束的垃圾回收技術(shù),設(shè)計了一種數(shù)據(jù)塊和地址轉(zhuǎn)換塊協(xié)同垃圾回收機(jī)制,提升了整個閃存存儲管理系統(tǒng)滿足時間約束的能力。2.閃存存儲管理系統(tǒng)往往采用基于需求的頁級地址映射來降低內(nèi)存開銷并保持高性能,然而這種地址映射可能存在大量額外開銷。針對嵌入式應(yīng)用的資源受限需求,通過分析由地址映射產(chǎn)生的額外開銷對性能的影響,設(shè)計了面向地址轉(zhuǎn)換頁的數(shù)據(jù)聚集技術(shù)。通過維護(hù)地址轉(zhuǎn)換頁對應(yīng)的寫指針,優(yōu)化閃存地址訪問,降低了地址緩存和地址轉(zhuǎn)換的開銷,提高了資源受限下閃存存儲系統(tǒng)的平均性能。3.針對嵌入式應(yīng)用的持久運(yùn)行需求,設(shè)計對應(yīng)的均勻磨損和斷電恢復(fù)策略,包括新數(shù)據(jù)塊分配、熱／冷數(shù)據(jù)交換和垃圾回收數(shù)據(jù)塊選擇策略,通過平衡熱／冷數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)塊各自的擦除次數(shù),提升閃存存儲系統(tǒng)的使用壽命。通過存儲元數(shù)據(jù)和利用反向頁級映射表存儲技術(shù),確保在閃存斷電后可以恢復(fù)地址映射數(shù)據(jù)。4.基于上述工作,在基于Disksim的通用閃存存儲系統(tǒng)仿真平臺FlashSim上實(shí)現(xiàn)了閃存存儲管理系統(tǒng),并使用了一系列訪問數(shù)據(jù)集進(jìn)行評估。在此基礎(chǔ)上,在Tiny6410嵌入式開發(fā)板上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),運(yùn)行多個Benchmark進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,我們的系統(tǒng)在滿足時間、資源、持久性運(yùn)行需求方面具有優(yōu)勢。相比現(xiàn)有技術(shù),保持了較高的平均性能,降低了空間開銷并能提高閃存系統(tǒng)的使用壽命。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333

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本文編號：1271063