發(fā)布時(shí)間：2017-12-20 22:45

  本文關(guān)鍵詞：星載固態(tài)存儲(chǔ)文件化管理方案應(yīng)用研究　出處：《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年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著空間科學(xué)的不斷發(fā)展,空間探測(cè)任務(wù)逐步豐富,呈現(xiàn)出有效載荷性能快速提升、任務(wù)形式多樣化等新的趨勢(shì),對(duì)星載固態(tài)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)管理模式提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)星載固態(tài)存儲(chǔ)方案基于數(shù)據(jù)碼流設(shè)計(jì),采用固定分區(qū)存儲(chǔ)方式,靈活性差、適用范圍有限,多源、多任務(wù)、高速海量數(shù)據(jù)等特點(diǎn)迫使提出新的存儲(chǔ)管理方案應(yīng)對(duì)航天任務(wù)需求。課題針對(duì)高速多路載荷數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理動(dòng)態(tài)靈活等需求,以實(shí)際工程應(yīng)用為導(dǎo)向,對(duì)星上載荷數(shù)據(jù)基于任務(wù)的文件化組織管理策略、靈活動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方案、文件可靠傳輸協(xié)議等多方面進(jìn)行創(chuàng)新性研究。為解決多路高速載荷數(shù)據(jù)并行存儲(chǔ)的問(wèn)題,對(duì)基于NAND FLASH的固態(tài)存儲(chǔ)器的吞吐率瓶頸進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)采用四級(jí)流水線操作和總線并行擴(kuò)展方案,提高了系統(tǒng)的吞吐率和存儲(chǔ)容量;對(duì)已有緩存方案的不足進(jìn)行分析,提出了基于SDRAM的高速多通道緩存與存儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度方案,實(shí)現(xiàn)了多載荷同時(shí)任務(wù)時(shí)高速數(shù)據(jù)的并行接收緩存與自主調(diào)度存儲(chǔ),提高了系統(tǒng)的載荷支撐能力。為實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷數(shù)據(jù)的文件化高效組織管理,研究分析了基于塊設(shè)備的文件系統(tǒng)與日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng),梳理了星上存儲(chǔ)文件化管理的方案需求,提取了新型文件化管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)FLASH空余區(qū)、塊使用分配表、塊使用鏈表以及軟硬件中斷信息交互機(jī)制進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)計(jì),最終提出了一種基于Vx Works嵌入式操作系統(tǒng)與FPGA硬件支撐相結(jié)合的新型星載固態(tài)存儲(chǔ)文件化管理方案架構(gòu)。針對(duì)多文件存儲(chǔ)靈活性和存儲(chǔ)有效吞吐率問(wèn)題,提出了自主虛擬動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)+固定分區(qū)存儲(chǔ)的混合存儲(chǔ)模式,打破了固定分區(qū)的界限;提出了有效載荷科學(xué)數(shù)據(jù)與文件信息分離存儲(chǔ)策略,保證了FLASH在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)的高速運(yùn)行;并對(duì)方案架構(gòu)的物理層進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),完成了對(duì)FPGA的功能模塊劃分與硬件研制,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)多路高速數(shù)據(jù)的并行接收緩存、自主虛擬動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)以及按指令進(jìn)行文件回放、擦除等功能。針對(duì)文件系統(tǒng)的高效索引與可靠運(yùn)行,提出了樹(shù)形目錄索引+文件鏈表式高效索引方案,支持系統(tǒng)按目錄、文件、時(shí)間段任意點(diǎn)播回放、擦除,存儲(chǔ)管理快速靈活;設(shè)計(jì)了系統(tǒng)壞塊管理、損耗均衡、快速啟動(dòng)、意外掉電恢復(fù)等管理策略,提高了系統(tǒng)健壯性;并對(duì)存儲(chǔ)控制管理軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)初始化、文件存儲(chǔ)、文件回放和文件擦除等功能。課題最終建立了科學(xué)的、符合空間探測(cè)任務(wù)需求的系統(tǒng)框架,突破了系統(tǒng)對(duì)多路有效載荷數(shù)據(jù)的高速并行緩存、自主虛擬動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、文件化組織管理和鏈表式快速索引等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了CFDP文件協(xié)議的延時(shí)可靠傳輸模式方案,完成了基于任務(wù)模式的星載固態(tài)存儲(chǔ)文件化管理系統(tǒng)原理樣機(jī)研制,解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)組織管理方式單點(diǎn)支持信源量小、分區(qū)存儲(chǔ)靈活性差等問(wèn)題,對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：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)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：1313683