高速大容量NAND FLASH存储系统

丁万霞

摘要：随着电子技术快速发展，对信号处理系统综合性能也提出更高的要求。从以往信号处理系统运行现状看，很难做到数据实时、快速存储等要求，无法保证存储系统的高效运行。在此背景下，NAND FLASH系统便被引入其中，其对于现行系统存储大容量、大带宽等要求极为适用。本文将对NAND FLASH相关技术及其存储系统的具体设计思路进行探析。

关键词：NAND FLASH 大容量 高速 设计

中图分类号： TP316.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0158-01

尽管现行雷达领域中逐步将高速磁盘阵列存储等技术引入其中，但技术应用下仍存在系统功耗过大等问题，难以满足存储数据稳定性要求。这就要求将固态存储引入其中，这种存储器无论在功耗控制，还是抗震性能等方面都具有明显的优势。但如何使这些优势实现，要求将NAND FLASH固态硬盘引入，有利于存储系统综合性能的提升。因此，本文对存储系统设计相关研究，具有十分重要的意义。

1 NAND FLASH存储相关概述

关于NAND FLASH，其本身是一种的存储介质，将其融入到存储系统中，对于写入后数据的维持无需通过额外电池便可实现。从其数据存储的主要方式看，集中表现在SLC与MLC两方面，前者又被称为单层存储，具有写入速度快的优势，但其涉及的成本较高且不具备较大的单位容量。而后者可被叫做多层式存储，其相比SLC，具有容量大且存储密度优势较为明显等特征，但写入速度优势并不突出。实际引入MLC过程中，一般会将相应的控制算法应用于控制器中，包括均衡技术、ECC等，这样可使MLC写入速度慢等弊病得以解决。现行数据传输传输、存储中本身需考虑到大容量、高速等问题，所以需做好优化调整存储系统工作。具体优化调整中主要考虑利用多通道形式取代以往单通道形式，满足数据并行输入输出要求。且注意为使数据的存储更为正确、可靠，要求系统中的控制器能够对NAND FLASH数据进行检测，若存在数据错误问题可直接进行纠正，有利于数据块丢失问题的控制。除此之外，系统设计中还需将相应的文件管理算法引入，尽可能使数据得以保护[1]。

2 NAND FLASH存储系统的具体设计思路

2.1 NAND FLASH存储系统设计需求分析

现代存储系统设计中多会考虑到是否适应雷达系统问题，应保证存储系统既能控制数据输出输入，也具备记录与回放存储数据、协助分析与处理雷达信号等功能。所以本文在设计中主要考虑在网络监控通道上以1000M Erhternet为主，指令控制与数据转存通道分别为PCI Express与SRIO，这样系统运行中便可实现多种工作模式。其中的工作模式集中表现在实时采集、重演回放、快速转存以及快速回读等功能上。为使这些工作模式得以实现，要求存储模块设计中，保证所有互连设计得以实现，如客户端PC与FPGA间、PCI Express与FPGA间等。保证互连设计合理的基础上，才可使各种工作模式的应用更为灵活，满足雷达系统运行要求。

2.2 系统总体架构设计

NAND FLASH存储系统设计中，主要考虑在高速总线桥梁、存储目标介质上以FPGA为主，确保数据处理与存储顺利完成。当数据编码结束后，会经过相应的处理在NAND FLASH芯片中进行存储。若需进行数据读取，仅需做好解码与数据输出既可，可满足数据回放与转存要求。从该过程可发现，整个存储系统在架构上涉及的主要以PC客户端计算机、NAND FLASH存储阵列、PFGA控制器等为主。其中的核心部分在于存储阵列模块方面，所以设计的重点应集中在阵列模块上[2]。

2.3 阵列模块设计思路

对于阵列模块设计，主要可采取并行流水与管理设计两种方法。其中在并行流水设计中，可细化为擦除操作与读写操作等内容，前者强调对NAND FLASH中芯片采取整体擦除措施，或在对空间已用容量或空间需求计算的基础上，采取部分擦除措施。尽管擦除中会耗费较多的时间，但不会对系统整体系统产生影响。而对于读写操作，要求利用并行流水设计，使芯片在处理时间上得以控制，进而达到系统带宽性能提高的目标。另外，在管理设计过程中，主要考虑到芯片本身应用中很可能存在坏块增加、存储混乱、数据比特翻转等问题，所以考虑将相应的存储技术引入其中，包括文件系统、均衡损耗、坏块管理以及ECC算法引入，以此使存储数据可靠性得以提高，为后期数据处理工作提供便利。

2.4 数据传输通路的设计

数据传输通路是影响阵列模块作用发挥的关键。实际设计过程中，主要考虑到存储系统是否满足监测信息、控制信息以及数据信息等互连传输等问题，可考虑将1000M Ethernet信号传输、PCIE信号传输以及SRIO信号传输等形式引入，这些问题可得到有效解决。同时，在这些传输通路合理设计情况下，存储系统输入输出接口要求也可得以满足[3]。

3 结语

NAND FLASH存储系统的应用是提升现代雷达系统综合性能的关键所在。实际对该存储系统设计中，应正确认识NAND FLASH的主要特征与优势，在此基础上结合系统设计需求，明确系统设计的总体架构，保证其中的阵列模块设计更为合理，并做好传输通路设计，这样才可使存储系统综合性能得以提高。

参考文献

[1]李晴.高速大容量NAND FLASH存储系统的设计与实现[D].北京理工大学，2015.

[2]周之丽.基于Nand Flash的大容量存储装置的设计与研究[D].中北大学，2015.

[3]朱知博.基于NAND FLASH的高速大容量存储系统设计[J].现代电子技术，2011，08：170-173.