固态硬盘系统中闪存和内存信号总线的验证和时序优化思考

赵勇

摘要：固态硬盘设备的特点就是能耗较小、读写的速度更快且外部具有抗摔抗震的效果，同时还方便携带，因而正在逐渐取代传统的机械硬盘。但随着技术的不断发展，固态硬盘传输数据的速度也进一步加快，同时其数据的可靠性也必须提高标准，固态硬盘系统的存储主要分为两个模块，分为为内存和闪存模块，因而为了提高其传输数据的可靠性，对内存模块和闪存模块中的信号进行质量分析是必不可少的一项工作。本文主要利用固件的仿真方式来对闪存和内存信号总线进行验证，进而根据验证结果对其进行调试，优化时序，确保闪存和内存信号的质量能够达到标准，保证信号传输的可靠性。

关键词：闪存信号;内存信号;固态硬盘

引言：当前，数据传输已经是时代必不可少的一项工作，直接影响到人们的生活和工作，而固态硬盘设备进行数据传输的效率较高，因而得到广泛运用，基于此，本文对固态硬盘系统的储存信号总线验证和时序优化进行了简要分析。

1.固件的仿真和信号总线验证

1.1搭建固件仿真的环境

对固件进行仿真主要是依托于主机设备和仿真器设备来完成，将固态硬盘中的PCIe接口直接与主机设备相连接，然后再将固态硬盘通过JTAG接口来连接仿真器设备，仿真器设备和主机设备也要通过外部网口来连接，将所有设备连接完成后，就可以在主机设备上运用仿真器设备的仿真功能来仿真固态硬盘系统中的固件，搭建出固件仿真所需要的环境，如图1所示。

其中，主机设备主要负责对固件的设计进行验证，同时发挥出调试功能，还要完成固件的一系列测试，因而对主机设备的配置要求较高。主机设备配置主要包括操作系统、主板、CPU、固态硬盘的驱动以及接口，在实际仿真的过程中，提前设计好的固件代码会被主机翻译成bin文件，最后通过文件来对固件下达指令，在固态硬盘驱动的作用下，通过接口可直接下载到硬盘当中，而固件一般存在于系统的闪存当中，当硬盘通电时，闪存中的固件会读取DRAM然后执行，当固件已经下载到硬盘中后，使用驱动器和接口发送验证并进行信号总线的测试工作。而仿真器设备的作用则是对固态硬盘系统中固件的逻辑、数据传输以及固件运行状态等进行分析，仿真器设备可以在固件的代码中直接映射出硬盘正在执行的操作，然后分析固件代码来判断硬盘操作状态是否正确，若存在不合理之处再对固件进行调试。

1.2固件编译和下载

运用C语言来对固件进行设计，然后在编辑器当中对固件进行编辑，再通过仿真器设备来进行固件的编译工作，同时还能够对固件设计进行语法检测，确保其内存使用的规范合理。编译工作会在文件夹中自动生成多个ELF文件和bin文件，其中有一个bin文件是下载到固态硬盘中的固件，在实际协议中对该固件的下载做出了固定指令，这项指令能够将该文件直接复制到硬盘的控制器当中，而仿真器进行调试工作主要是依托于ELF文件[1]。

1.3固件仿真操作

对固件进行仿真时，主要是使用仿真器来判断固件的运行状态，包括其寄存器的值、变量的值以及发出的相关命令是否符合要求，进而做出相应调试。一般来说闪存验证固件的过程较为复杂，其仿真的内容也是比较多，而内存验证主要是一些逻辑验证，需要运用到运算方法，仿真的内容也相对较少。在实际仿真过程中先将仿真器进行合理设置，先打开计算机的MULTI界面，然后在固态硬盘的控制核心上连接ELF文件，最后可获得在不同核心中的固件状态，进而对固件进行调试。在设计完仿真器后，就可以对闪存固件和内存固件进行仿真，对于闪存固件的仿真验证主要是判断转移机的转移状态是否良好，闪存的发送操作是否符合要求;对于内存固件的仿真，主要是进行逻辑仿真和设计中寄存器的仿真。

1.4信号总线的验证

固件在进行仿真调试后，确保固件满足预期的功能要求，然后将仿真的固件下载到固态硬盘系统当中，给硬盘连接电源，等到系统初始化完成后，通过主机向固态硬盘系统发送信号验证命令，即可执行信号验证操作。在进行闪存验证的过程中，通过得到的验证结果来分析信号的完整区间以及整个区间内的数据比值，进而来判断信号的质量，架设固件仿真闪存信号的区间基本上都大于75%，则可判断闪存信号的质量达标;对于内存信号的验证，其验证结果会保留到硬盘的缓存当中，通过访问缓存地址即可查看其验证结果，内存信号质量的判断同样是检测型号的区间和区间内的数据比值，若其区间基本都大于50%，则可判断内存信号的质量达标。

2.对验证和时序优化的展望

本文主要是利用固件仿真的方法来对闪存和内存信号进行验证，而对于时序优化的展望，应当在下一步的工作中，实现利用硬件电路来进行验证和优化，就是将硬件电路加入到固态硬盘的系统当中，能够进一步提高信号总线验证和优化的效率，减轻硬盘的控制器CPU负载[2]。

结论：综上所述，对固态硬盘系统中的内存信号和闪存信号进行质量分析，是保证数据传输更加可靠的必要工作。由本文分析可知，文中主要利用仿真器和主机设备来对固态硬盘固件进行仿真，进而通过仿真结果来验证信号的可靠性，最后根据验证结果进行时序优化。

参考文献

[1]吴亚全. 基于固态硬盘系统中闪存和内存信号总线的验证和时序优化[D].西安电子科技大学，2019.

[2]辛敏成，邹田骥，张海涛.NAND闪存固态硬盘空间环境效应分析及测试系统设计[J].航天器环境工程，2018，35（06）：581-587.

南京中興软件有限责任公司