基于NANDFLASH的大數(shù)據(jù)高速存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、海量高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是近年來(lái)世界各國(guó)重點(diǎn)研究的熱門技術(shù)之一，應(yīng)用十分廣泛，其應(yīng)用范圍不僅涉及民用(例如景區(qū)航拍，視頻監(jiān)測(cè))，而且在軍事應(yīng)用上(如高速目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ))也具有重要意義。NAND FLASH又稱為NAND型閃存，是一種基于半導(dǎo)體集成電路的存儲(chǔ)芯片，其具有體積小、重量輕、固態(tài)化、發(fā)熱少、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于一些工作環(huán)境惡劣的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
　　通過(guò)對(duì)NAND FLASH大容量高速存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所涉及的一系列技術(shù)問(wèn)題的

2、分析和研究，得出了一些解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的方法，并最終在自己所設(shè)計(jì)的硬件電路板上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和測(cè)試驗(yàn)證。主要工作內(nèi)容如下：1）詳細(xì)研究了NAND型FLASH的同步操作接口，同步操作接口下其數(shù)據(jù)吞吐量是其異步操作模式下(50MT/s)的四倍，高達(dá)200MT/s。但同步操作模式下，其操作時(shí)序變得非常復(fù)雜，并且對(duì)設(shè)計(jì)的時(shí)序性能也提出了更大的挑戰(zhàn)。本文對(duì)NAND型 FLASH在同步操作模式下的基本操作時(shí)序一一進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，在保證操作時(shí)序正確的前

3、提下，對(duì)操作時(shí)序進(jìn)行了多方面的優(yōu)化。最終在FPGA內(nèi)部使用Verilog硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了NAND型FLASH在同步接口模式下的控制器邏輯。2）為了提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的讀寫(xiě)速率，詳細(xì)研究了“Ping-Pong”操作的工作原理，利用FPGA內(nèi)部的block RAM對(duì)“Ping-Pong”操作進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。3)詳細(xì)研究了流水線技術(shù)的工作原理及NAND FLASH的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。把流水線技術(shù)引入到NAND FLASH內(nèi)部的各個(gè)存儲(chǔ)單元之間，

4、形成了高效的流水線，更加有效地利用了NAND FLASH編程階段的等待時(shí)間，大大提高了NAND型FLASH的數(shù)據(jù)吞吐量。
　　為了對(duì)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了一塊長(zhǎng)100mm寬100mm，表貼10片NAND FLASH的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路板。此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路板的單板容量高達(dá)320GB，并且可以進(jìn)行多板連進(jìn)行容量擴(kuò)展。驗(yàn)證時(shí)使用6塊連，其存儲(chǔ)容量高達(dá)1920GB即1.875T。最終，將對(duì)NAND FLASH的所有操作在設(shè)計(jì)的