基于FLASH星載存儲(chǔ)器的高效管理研究

NAND FLASH開(kāi)始廣泛應(yīng)用于星載存儲(chǔ)器,針對(duì)FLASH的數(shù)據(jù)高效管理成為該類存儲(chǔ)器研究的重要組成部分。本文以商用文件系統(tǒng)YAFFS2為基礎(chǔ),結(jié)合空間應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn),引入文件系統(tǒng)的概念對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,制定了針對(duì)星載存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)管理方案,搭建了一個(gè)實(shí)際的星載存儲(chǔ)器對(duì)相應(yīng)的管理方案進(jìn)行了驗(yàn)證。

1. 引言

在航天航空任務(wù)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)占有重要的地位，高可靠的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備是衛(wèi)星上 的關(guān)鍵設(shè)備之一。由于半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片具有高集成度、高存儲(chǔ)密度、低功耗、防腐防震等突 出優(yōu)點(diǎn)，因而使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)成為星載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的主流設(shè)計(jì)方案。NAND FLASH 作為一種優(yōu)秀的半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片，同時(shí)具有掉電非易失的特性，而且它強(qiáng)調(diào)降低每比特?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)成本，提供更高的存儲(chǔ)密度和更好的性能，是理想的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介 質(zhì)。但NAND FLASH 自身具有一些特性，使得它不能像普通磁盤那樣進(jìn)行操作[1]，因而需 要設(shè)計(jì)專門的文件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行基于NAND FLASH 存儲(chǔ)器的管理，提高存儲(chǔ)器的可靠性和易 用性[2]。

本文的組織方式如下：第二節(jié)研究了空間應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的星載存儲(chǔ)器硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。第三節(jié)具體分析了YAFFS2[3]各個(gè)關(guān)鍵算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)空間應(yīng)用提出了相應(yīng)的修改方案。第四節(jié)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具體的空間存儲(chǔ)器系統(tǒng)，對(duì)第三節(jié)中的算法進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后第五節(jié)是對(duì)全文的總結(jié)。

2. 星載存儲(chǔ)器硬件結(jié)構(gòu)

2.1 空間任務(wù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)

隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)地觀測(cè)設(shè)備對(duì)星載存儲(chǔ)設(shè)備的要求越來(lái)越高。首先，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的要求逐步提高，各種觀測(cè)設(shè)備精度不斷增加，工作壽命不斷延長(zhǎng)，隨之產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量急劇增加，需要更高容量的存儲(chǔ)設(shè)備才能滿足要求；其次，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速率的要求較高，且需滿足實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能?？臻g飛行器往往需要同時(shí)執(zhí)行多種任務(wù)，產(chǎn)生高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，因而實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)處理能力是存儲(chǔ)器管理的重要能力之一；最后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)具有很高的可靠性，由于空間環(huán)境的惡劣性，空間電磁波或者粒子輻射會(huì)造成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的損害，因而必須提供可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)大容量存儲(chǔ)器硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 存儲(chǔ)器硬件結(jié)構(gòu)圖 由于單片F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)容量有限，因而采用多片F(xiàn)LASH 組成存儲(chǔ)陣列，提升存儲(chǔ)器的總?cè)萘俊?/span>