适用于FPGA与Nand flash阵列星载固态存储器的坏块管理方法.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月空 间 电 子 技 术 .收稿日期:修回日期:引用格式:张朗张建华王鸣涛等.适用于 与 阵列星载固态存储器的坏块管理方法.空间电子技术():.():.:./.适用于 与 阵列星载固态存储器的坏块管理方法张 朗张建华王鸣涛方火能袁素春王元乐崔 倩(.中国空间技术研究院西安分院西安.陕西航天技术应用研究院有限公司西安)摘 要:随着遥感、雷达、通信技术的快速发展卫星有效载荷速率爆发式增长星载固态存储器需要存储的数据量越来越大存储速率越来越高存储读写次数越来越多 作为当前星载固存的主流产品基于 和 的星载固态存储器所需的 数量越来越多单片容量越来越大 受限于 的工艺特性基于 和
2、的固态存储器在其生命周期内会产生更多的坏块从而影响记录载荷数据的正确性 针对星载固态存储器使用过程中产生再生坏块问题提出了一种基于实时坏块检测、标注和坏块数据自主搬移、坏块自主回收的固态存储器坏块管理方案有效地消除了再生坏块对载荷数据正确性的影响降低了再生超级坏块数据的错误扩散和重复错误概率 方案已经过测试验证并已具有多个型号飞行经历是一种简单、高效、可靠的星载固态存储器坏块管理方法关键词:坏块管理 星载固态存储器中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.().):.年第 期张朗等:适用于 与 阵列星载固态存储器的坏块管理方法 .:引言 固态存储器作为卫星数传分系统不可或缺的部分随着数传分系统
3、的集成化越来越高单板形态的固态存储器已经逐渐成为主流产品 星载固态存储器主要采用 直接对 芯片阵列进行控制以提高存储器的读写速率降低管理的复杂度 星载固态存储器容量从 量级至 量级 阵列则根据容量和吞吐量要求由 片或者多片 芯片组成 存在原生和再生两种坏块这两种坏块均需要在固存正常使用前进行检测、标注并剔除出可用存储空间否则就无法保证卫星载荷数据的完整性 初始坏块的剔除通常是在固存使用前通过读取 的每个 的第一个 的信息建立初始坏块表在记录、回放和擦除操作时通过对初始坏块表的访问屏蔽掉对坏块的操作从而保证对初始坏块剔除 星载固存由于其使用特点需要在研制过程中进行大量测试不可避免的会产生再生坏块
4、当再生坏块产生后需要通过读取 的状态寄存器信息对坏块表进行更新否则依然会影响卫星载荷数据的完整性本文提出了一种实时自主坏块检测、标注并剔除的坏块管理方案提升了坏块表更新的实效性最大程度的减小了再生坏块对卫星载荷数据正确性的影响 固态存储器方案简介本文中的固态存储器以 芯片作为存储介质通过 的 接口采用 协议实现与外部数据的交互 通过 总线实现对固态存储器控制和其遥测状态返回 使用 位 进行数据缓存采用了基于多端口存储控制器实现 及 控制器与 的直连 同时采用 优化调度策略提升带宽利用率 固态存储器原理架构框图如图 所示图 固态存储器的原理架构设计.在本方案中以 为核心构建了一个片上系统()该
5、作为固态存储的控制中枢 上运行的软件程序负责响应 总线上的各种控制指令并控制 接口的数据收发、控制 接口的数据存取完成系统的记录与回放功能 同时基于 还构建了一个类 的文件系统对 中的数据进行高效管理.阵列控制为满足卫星载荷数据吞吐量需求该固态存储器采用多片 并行操作设计其 存储阵列共有 组独立的物理通道每组物理通道由 片 容量的 芯片组成 设计中采用两个物理通道共享一个逻辑通道 接口控制部分分成两个独立通道方式以达到节约资源的目的如图 所示该固态存储器逻辑上设计了 个独立的 存储单元每个存储单元有 个 每个 有 个 每个 存储容量为 是存储阵列数据管理索引的最小单元在本设计中按照 /段值对一
6、个物理 进行索引 固态存储器控制程序将需要读写 的物理地址以命令形式传给控制器控制器维护命令队列并通过调度机制分别访问各个 存储单元将数据与校验结果返回空间电子技术 年第 期图 控制器逻辑图.存储映射本设计采用逻辑区块地址映射表()实现虚拟线性地址空间到物理空间的映射文件系统构建文件到 的映射每一个 块中使用最后一页存放 中所有页面的 信息同时页内也有一段标识本页 信息的字段固态存储器上电初始化后通过访问 信息页面可以恢复 表从而构建文件系统索引表以便于固态存储器完成按文件的读、写、擦等操作如图 所示图 固态存储器逻辑地址到物理地址映射工作原理.再生坏块实时检测标注自主数据搬移和坏块回收方案
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