基于NAND FLASH的大容量視頻存儲系統(tǒng)的設計

摘要：針對MPEG4格式壓縮的視頻數據，給出了采用NAND FLASH為存儲介質，以FPGA為存儲陣列的控制器，并用DSF作為數據處理的核心單元，來完成大容量視頻數據存儲的系統(tǒng)設計方法，同時對壞塊的檢測處理等關鍵問題提出了解決方案。
關鍵詞：FPGA；DSP FLASH；大容量；存儲

0 引言
科技的發(fā)展，尤其是航空、航天、航海技術的發(fā)展，對于科研設備所拍攝的視頻數據以及設備運行情況的監(jiān)視錄像，都迫切地需要一種容量大、速度快、存儲性能可靠的圖像存儲設備。傳統(tǒng)的存儲介質主要以早期的磁帶機和其后的磁盤為主，由于磁帶機存儲密度低，存儲內容不易查找，已經退出了歷史舞臺。而磁盤受到強烈震動后容易丟失數據，嚴重制約了它在航空、航天、航海領域中的應用。與傳統(tǒng)的硬盤相比，NADN FLASH作為一種新興的半導體存儲器件具有存儲密度高、可靠性高、體積小、質量輕、功耗小、壽命長、無噪聲、抗震動、能適應惡劣的力學和溫度環(huán)境等優(yōu)點。由此可見，基于NADN FLASH的大容量存儲系統(tǒng)的研究具有更為重要的意義。

1 系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)以ADI公司的高性能DSP芯片BF533為核心，用并行外圍接口(PPI)來接收中心控制板的視頻數據和控制命令，并將處理結果和存儲在介質中的視頻數據傳輸給中心控制板；以Sumsung公司的NAND FLASH芯片K9WBG08U1M為存儲介質；用Altera公司的FPGA芯片EP2C35來實現對FLASH的時序控制。根據實際需求，本系統(tǒng)使用了100片K9WBG08U1M芯片，存儲深度可達400GB，其安全存儲速率可達5MB／s。該系統(tǒng)的視頻數據采用文件的形式來管理，即每個視頻文件都有一個文件表項，里面包含文件名稱、文件地址以及文件大小等信息，此表項存放在FLASH的文件列表中，在進行存儲、下載、剪切、刪除等操作時，都需要將文件列表讀到DSP的SDRAM中，以確定目標文件的地址，從而進行后續(xù)處理。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 芯片的選擇
K9WBG08U1M芯片通過8位復用的I／O總線多周期輸入尋址，即共分5個周期，前2個周期輸入A0～A11的頁內地址(列地址)，后3個周期輸入A12～A30的頁地址(行地址)。其單片存儲容量為(4G+128M)B，內部由兩片K9KAG08U0M芯片構成，而K9KAG08U0M芯片又分為8 192塊，每塊64頁，每頁(4 K+128)B。該芯片以頁為單位來進行編程和讀操作，典型編程時間為200μs，最大編程時間為700μs，最小寫周期為25 ns，最小串行讀周期為50 ns；以塊為單位進行擦除，典型擦除時間為1．5 ms。其內部有一個頁寄存器，在進行編程和讀操作時，先將要寫或要讀的一頁數據緩存到頁寄存器中，然后寫入編程命令開始頁編程或發(fā)送讀使能信號開始串行讀。由此可以計算出FLASH的最快寫入速率為4 096 B／(200μs+4 096×25 ns)≈13 Mb／s，安全寫入速率為4 096 B／(700μs+4 096×25 nS)≈5 Mb／s?？紤]到數據的安全寫入，我們選取了最大編程時間700μs，即安全寫入速率為5MB／s。
2．2 系統(tǒng)硬件結構框圖
本系統(tǒng)作為網絡視頻存儲系統(tǒng)的子系統(tǒng)，通過DSP的半雙工接口PPI與中心控制板進行通信。首先將接收到的數據緩存在SDRAM中，然后對緩存下來的數據進行分析，辨別命令類型后進行與命令相應的操作，同時通過UART這個低速通道向中心控制板返回實時狀態(tài)信息。其硬件結構框圖如圖1所示。