基于FLASH星載存儲器的高效管理研究

NAND FLASH開始廣泛應(yīng)用于星載存儲器,針對FLASH的數(shù)據(jù)高效管理成為該類存儲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)存儲特點,引入文件系統(tǒng)的概念對存儲器數(shù)據(jù)進行管理,制定了針對星載存儲器的數(shù)據(jù)管理方案,搭建了一個實際的星載存儲器對相應(yīng)的管理方案進行了驗證。

1. 引言

在航天航空任務(wù)中，數(shù)據(jù)存儲占有重要的地位，高可靠的大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備是衛(wèi)星上 的關(guān)鍵設(shè)備之一。由于半導(dǎo)體存儲芯片具有高集成度、高存儲密度、低功耗、防腐防震等突 出優(yōu)點，因而使用半導(dǎo)體存儲芯片作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)成為星載數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的主流設(shè)計方案。NAND FLASH 作為一種優(yōu)秀的半導(dǎo)體存儲芯片，同時具有掉電非易失的特性，而且它強調(diào)降低每比特數(shù)據(jù)的存儲成本，提供更高的存儲密度和更好的性能，是理想的數(shù)據(jù)存儲介 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行操作[1]，因而需 要設(shè)計專門的文件系統(tǒng)來進行基于NAND FLASH 存儲器的管理，提高存儲器的可靠性和易 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)存儲特點，并提出了相應(yīng)的星載存儲器硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)。第三節(jié)具體分析了YAFFS2[3]各個關(guān)鍵算法的優(yōu)缺點，并針對空間應(yīng)用提出了相應(yīng)的修改方案。第四節(jié)實現(xiàn)了一個具體的空間存儲器系統(tǒng)，對第三節(jié)中的算法進行 了實驗驗證。最后第五節(jié)是對全文的總結(jié)。

2. 星載存儲器硬件結(jié)構(gòu)

2.1 空間任務(wù)的數(shù)據(jù)存儲特點

隨著對地觀測技術(shù)的發(fā)展，對地觀測設(shè)備對星載存儲設(shè)備的要求越來越高。首先，數(shù)據(jù)存儲容量的要求逐步提高，各種觀測設(shè)備精度不斷增加，工作壽命不斷延長，隨之產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量急劇增加，需要更高容量的存儲設(shè)備才能滿足要求；其次，數(shù)據(jù)存儲速率的要求較高，且需滿足實時性數(shù)據(jù)存儲功能?？臻g飛行器往往需要同時執(zhí)行多種任務(wù)，產(chǎn)生高速的實時數(shù)據(jù)流，因而實時高效的數(shù)據(jù)處理能力是存儲器管理的重要能力之一；最后，數(shù)據(jù)存儲應(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造成存儲數(shù)據(jù)的損害，因而必須提供可靠的數(shù)據(jù)保護。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)空間數(shù)據(jù)存儲的特點，設(shè)計大容量存儲器硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

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