基于闪存阵列的高速数据存储技术研究

摘要

课题针对单片NAND型闪速存储器存储容量较小和存储速度较慢的特点，通过构建闪存阵列的方式来增大存储容量、提高存储速度实现了大容量高速存储。利用位扩展技术完成了以单片NAND FLASH为基本存储单元的存储阵列的横向扩展，利用分时加载技术实现了纵向的扩展，构建了m×n的通用阵列。然后提出了对存储阵列中无效块的处理方法，根据阵列的行列m、n的取值不同分别提出了全相关、全独立、行相关、列相关四种管理机制。在进一步研究阵列的工作原理之后，为存储阵列设计了专用的DMA逻辑控制电路。最后，讨论了存储阵列的数据管理方法，在各个相关模块的存储阵列中建立系统信息区、状态标识区、文件信息区、参数配置区、数据存储区，这样能方便有效的存储和管理测试数据。
　　在提出存储阵列的构建、存储阵列工作原理、无效块处理机制和数据管理方法之后，本文还通过动态参数测试系统的设计为例，介绍了存储阵列在测试系统中的应用。测试系统包括FPGA主控系统、模数转换模块、FLASH存储阵列、USB接口电路等。主控系统采用的是以FPGA为载体的SOPC系统，SOPC内部集成了Microblaze软核处理器及用户自行设计的IP核，用户IP是完成采集存储的核心电路；模数转换模块支持2、4、8、16四种可选通道的同步数据采集，在16通道同步采集的状态下，采样速率能达到400ksps；FLASH存储阵列系统采用1×4的阵列，无效块处理机制采用行相关方式；USB接口电路主要作用是为处理器和上位机提供数据通道，方便测试系统接收来至上位机的各种操作命令，以及保证测试数据的顺利回传。最后通过测试实验验证了存储阵列的存储速度能达到16.6MB/s，也保证了测试系统的可靠性。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状和发展动态

1.3 论文研究内容和组织结构

第二章NAND FLASH的基本理论

2.1 NAND FLASH存储器要点简介

2.2 NAND FLASH的特殊应用说明

2.3 本章小结

第三章 存储阵列的构建及系统工作原理

3.1 存储阵列的构建

3.2 阵列无效块管理与标识

3.3 存储阵列的数据传输

3.4 相关模块存储工作原理

3.5 存储速度与缓存最小容量的计算

3.6 存储控制系统构建

3.7 本章小结

第四章 存储阵列的数据管理方法

4.1 NAND FLASH文件系统的设计

4.2 文件系统的功能模块设计

4.3 本章小结

第五章 存储阵列在动态测试系统中的应用

5.1 主控制系统设计

5.2 存储阵列模块的设计

5.3 模数转换模块

5.4 USB接口电路

5.5 控制模块的设计

5.6 本章小结

第六章 实验结果分析与总结

6.1 PC机端上位机应用功能

6.2 存储器数据管理分析

6.3 测试数据分析

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢