基于閃存的大容量存儲(chǔ)陣列

摘要 大容量、高速度、高密度、低功耗、低成本、高可靠性和靈活性一直是星上記錄設(shè)備信息存儲(chǔ)技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容和追求目標(biāo)。文中研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于NAND型Flash的高速大容量固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)，成果為實(shí)際研制應(yīng)用于星的基于閃存的大容量存儲(chǔ)器奠定了基礎(chǔ)，具體較好的指導(dǎo)和借鑒意義。
關(guān)鍵詞 記錄設(shè)備；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；大容量；NAND

基于NAND的高速大容量存儲(chǔ)陣列，是作為高速大容量存儲(chǔ)原理樣機(jī)中200 MB速率存儲(chǔ)板的部分，而高速大容量存儲(chǔ)樣機(jī)，是針對(duì)星載大容量實(shí)時(shí)存儲(chǔ)需求而進(jìn)行的前期演示研究。
高速大容量存儲(chǔ)原理樣機(jī)由高速接口、存儲(chǔ)控制、存儲(chǔ)陣列及通信母板組成，如圖1所示。

存儲(chǔ)控制器是系統(tǒng)的核心，分為存儲(chǔ)控制一和存儲(chǔ)控制二，兩者都通過(guò)10／100 M以太網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)的指令。其中控制一接收指令后產(chǎn)生高速數(shù)據(jù)源，通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口傳至控制二，在上位機(jī)的指令下從而完成高速數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)速率變換、存儲(chǔ)陣列控制。存儲(chǔ)控制二將收到的上位機(jī)命令進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)發(fā)至存儲(chǔ)板，存儲(chǔ)板根據(jù)NFlash的特性進(jìn)行編程存儲(chǔ)。
文中研究重點(diǎn)是基于Nand Flash的200 MB速率存儲(chǔ)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。電路設(shè)計(jì)和Verilog HDL程序，其編譯、調(diào)試、綜合、布線、配置和下載是在ISE 10．1開(kāi)發(fā)平臺(tái)下完成的，功能與時(shí)序仿真在Modelsim 6．2b平臺(tái)下完成。
ISE是集成綜合環(huán)境的簡(jiǎn)稱，它作為Xilinx FPGA／CPLD的綜合性集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以完成整個(gè)FPGA／CPLD開(kāi)發(fā)過(guò)程，其集成的在線邏輯分析儀ChipScopePro更是在硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證方面起到了不可忽略的作用。

1 存儲(chǔ)芯片的介紹
1．1 Nand閃存的選型
全球支持NAND技術(shù)閃存的生產(chǎn)廠商主要有Samsurrg、Toshiba、Fujistu等，其中Samsung呈現(xiàn)出比較突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：容量大、存取速度快、體積小、成本低、芯片間的兼容性好，便于升級(jí)和更新。由于本系統(tǒng)對(duì)高速和大容量的需求，故選用K9WBG08U1M型4GNAND閃存作為存儲(chǔ)陣列的存儲(chǔ)芯片。
1．2 三星K9WBG08U1M型NAND閃存
NFlash內(nèi)部包含了兩個(gè)獨(dú)立的K9KAG08UOM。其基本存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)按頁(yè)和塊劃分。K9KAG08UOM芯片每片共有8 192塊，每塊有64頁(yè)，共有8 192 ×64=512頁(yè)。每頁(yè)中有4 000+128 Byte的存儲(chǔ)單元，每片的容量約有4×512 kB=2 GB。因此，單片K9KAG08U1M的存儲(chǔ)容量為4GB。