嵌入式高速固態(tài)存儲器的組成原理與設計實(shí)現

信息化時(shí)代的到來(lái)，使得信息和數據成為推動(dòng)社會(huì )發(fā)展的主要因素，對于數據的處理提出了更高的要求。為了適應時(shí)代發(fā)展的需求，現代數據信息處理技術(shù)必須具備快速的數據采樣能力和較寬的數據帶寬，這就使得嵌入式高速固態(tài)存儲器得到了發(fā)展的機會(huì )。本文對嵌入式高速固態(tài)存儲器的組成原理進(jìn)行了分析，并提出了其設計實(shí)現的基本構造和可能性。

信息化時(shí)代的發(fā)展促進(jìn)了市場(chǎng)競爭主要因素的轉變，在當前市場(chǎng)環(huán)境變幻莫測的背景下，信息的及時(shí)性和準確性成為衡量企業(yè)市場(chǎng)競爭力的關(guān)鍵因素，科學(xué)技術(shù)成為第一生產(chǎn)力。為了提高信息數據的采集、傳輸和處理速度，對大量的數據進(jìn)行存儲和管理，嵌入式高速固態(tài)存儲器得到了良好的發(fā)展機遇。

1 嵌入式高速固態(tài)存儲器概述

所謂的嵌入式高速固態(tài)存儲器，是一種數據存儲設備，可以將被測量信號存儲起來(lái)，便于之后進(jìn)行分析處理、故障診斷、運行狀態(tài)記錄等，為大量數據的處理和存儲提供了有效的手段。嵌入式高速固態(tài)存儲器自身具備可靠性高、數據儲存完整不易丟失等眾多優(yōu)點(diǎn)，適合高速、高精準度的測量系統，其采樣速度的快速性和采樣數據的大量性可以滿(mǎn)足高保真數據還原的需求。同時(shí)，NAND FLASH作為一種安全、快速的數據存儲媒介，自身具備大容量、小體積、低成本、抗高溫等優(yōu)點(diǎn)，在數據存儲領(lǐng)域得到了廣泛的普及和應用。本文提到的嵌入式高速固態(tài)存儲器，正是以NAND FLASH為存儲介質(zhì)設計實(shí)現的，具有廣闊的應用前景。

2 嵌入式高速固態(tài)存儲器的組成原理

嵌入式高速固態(tài)存儲器作為一種存儲設備，其自身并不能對數據進(jìn)行處理，因此并不存在復雜的軟件組成，這里著(zhù)重分析其硬件組成。在嵌入式高速固態(tài)存儲器的設計構成中，使用的是NAND FLASH存儲器，其主要數據存儲載體是半導體材料，相比傳統的數據存儲設備，應用范圍更加廣泛，對于溫度、壓力、振動(dòng)等的適應性較強，是實(shí)現存儲設備高可靠性、高速度、低功耗和小型化的最佳選擇。在設計時(shí)，由于其自身對于數據存儲速度和容量方面的要求較高，單一的NAND FLASH無(wú)法滿(mǎn)足，因此需要使用復數的NAND FLASH存儲器，并對其進(jìn)行適當的設計和排列，兼顧存儲速度和容量，同時(shí)也不能使設備的構成過(guò)于復雜。

因此，可以使用現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(即FPGA)作為主控制器，通過(guò)片上系統設計，實(shí)現數據的高速傳輸和對FLASH存儲陣列的數據存儲。

3 嵌入式高速固態(tài)存儲器的設計實(shí)現

3.1 硬件設計

存儲器的硬件部分可以由8片NAND FLASH器件共同構成，對其存儲容量和速度進(jìn)行相應的擴展，組成64位DDR接口界面，并且形成一組FLASH塊，接入FPGA。同時(shí)，可以將64片 NAND FLASH器件等分成8個(gè)部分，之后分別接人FPGA中，為數據的存儲和傳輸提供4種接口形式，擴展其使用范圍?？梢栽谠O備上串行高級技術(shù)附件，以及 USB接口，用于計算機的訪(fǎng)問(wèn)和連接。存儲器上的網(wǎng)絡(luò )接口可以用來(lái)與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接，實(shí)現對數據的管理和遠程處理。

3.2 FPGA設計

FPGA系統對于數據的要求較高，必須可以進(jìn)行高速數據率的連續訪(fǎng)問(wèn)，而對于數據管理和整片存儲器的擦除速度要求較低，因此，在設計時(shí)，可以?xún)?yōu)先考慮連續訪(fǎng)問(wèn)速度，文件管理和擦除可以低速進(jìn)行。體現在對FLASH的操作中，即通過(guò)電路實(shí)現FLASH頁(yè)面的讀寫(xiě)功能，通過(guò)片上處理器，運用相應的軟件程序，實(shí)現文件管理、塊擦除、格式化等功能。

在嵌入式高速固態(tài)存儲器設計實(shí)現后，為了保證其功能和使用效果，還需要對存儲器的相關(guān)性能進(jìn)行分析。本文通過(guò)相應的方法，以 MT29F256G08AUAAA器件為例，對存儲器的速度和容量進(jìn)行分析，以確保存儲器的正常使用。假設存儲器在讀取數據時(shí)，每頁(yè)數據的讀取時(shí)間為 35，對每頁(yè)數據進(jìn)行處理和編程的時(shí)間為350，接口處的數據傳輸速度為400M/s。由于使用DDR進(jìn)行操作，假定數據選取時(shí)間為5ns，每頁(yè)數據總量為8640字節，包含連續區的8192字節和離散區的448字節。

首先，對存儲速度進(jìn)行分析。在對NAND FLASH進(jìn)行操作時(shí)，其操作一般可以分為兩個(gè)部分，即片內緩沖區數據訪(fǎng)問(wèn)部分，以及頁(yè)面編程部分。緩沖區數據訪(fǎng)問(wèn)需要的時(shí)間為：8640字節 /400MT/s=2106。在對數據進(jìn)行讀取操作時(shí)，以35為最大處理時(shí)間，采用乒乓切換的方式進(jìn)行外部緩沖，則64片系統的數據讀取速度為8640字節/35 x64=15GB。而在進(jìn)行數據的寫(xiě)操作時(shí)，同樣以35為最大讀取時(shí)間，使用乒乓切換的方式進(jìn)行外部緩沖，因而在對數據進(jìn)行讀取操作時(shí)，最大處理時(shí)間為 350，則64片系統的數據讀速度為8640字節/350x64=1.5GB。

其次是容量分析。單片容量為2048GB，假設平均最大壞塊數為640塊，每塊的容量為1024字節，則無(wú)效容量為42GB。存儲器系統設計容量約為2000GB，若以1.5GB的速度對數據進(jìn)行操作，則可以得出，系統的最大可存儲時(shí)間為22min。

4 小結

綜上所述，本文從NAND FLASH出發(fā)，對嵌入式高速固態(tài)存儲器進(jìn)行了系統的設計和實(shí)現，并對其數據存儲速度和容量進(jìn)行了分析計算，為相應的設計提供了參考依據。而隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數據存儲技術(shù)也會(huì )不斷進(jìn)步，存儲器的性能也會(huì )不斷得到提高，需要相關(guān)技術(shù)人員的努力，推動(dòng)數據存儲技術(shù)的發(fā)展。