基于FLASH星載存儲器的高效管理研究

NAND FLASH開(kāi)始廣泛應用于星載存儲器,針對FLASH的數據高效管理成為該類(lèi)存儲器研究的重要組成部分。本文以商用文件系統YAFFS2為基礎,結合空間應用的數據存儲特點(diǎn),引入文件系統的概念對存儲器數據進(jìn)行管理,制定了針對星載存儲器的數據管理方案,搭建了一個(gè)實(shí)際的星載存儲器對相應的管理方案進(jìn)行了驗證。

1. 引言

在航天航空任務(wù)中，數據存儲占有重要的地位，高可靠的大容量數據存儲設備是衛星上 的關(guān)鍵設備之一。由于半導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(diǎn)，因而使用半導體存儲芯片作為數據存儲介質(zhì)成為星載數據存儲設備的主流設計方案。NAND FLASH 作為一種優(yōu)秀的半導體存儲芯片，同時(shí)具有掉電非易失的特性，而且它強調降低每比特數據的存儲成本，提供更高的存儲密度和更好的性能，是理想的數據存儲介 質(zhì)。但NAND FLASH 自身具有一些特性，使得它不能像普通磁盤(pán)那樣進(jìn)行操作[1]，因而需 要設計專(zhuān)門(mén)的文件系統來(lái)進(jìn)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：第二節研究了空間應用的數據存儲特點(diǎn)，并提出了相應的星載存儲器硬件設計結構。第三節具體分析了YAFFS2[3]各個(gè)關(guān)鍵算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對空間應用提出了相應的修改方案。第四節實(shí)現了一個(gè)具體的空間存儲器系統，對第三節中的算法進(jìn)行 了實(shí)驗驗證。最后第五節是對全文的總結。

2. 星載存儲器硬件結構

2.1 空間任務(wù)的數據存儲特點(diǎn)

隨著(zhù)對地觀(guān)測技術(shù)的發(fā)展，對地觀(guān)測設備對星載存儲設備的要求越來(lái)越高。首先，數據存儲容量的要求逐步提高，各種觀(guān)測設備精度不斷增加，工作壽命不斷延長(cháng)，隨之產(chǎn)生的數據量急劇增加，需要更高容量的存儲設備才能滿(mǎn)足要求；其次，數據存儲速率的要求較高，且需滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性數據存儲功能?？臻g飛行器往往需要同時(shí)執行多種任務(wù)，產(chǎn)生高速的實(shí)時(shí)數據流，因而實(shí)時(shí)高效的數據處理能力是存儲器管理的重要能力之一；最后，數據存儲應具有很高的可靠性，由于空間環(huán)境的惡劣性，空間電磁波或者粒子輻射會(huì )造成存儲數據的損害，因而必須提供可靠的數據保護。

2.2 硬件結構的設計

根據空間數據存儲的特點(diǎn)，設計大容量存儲器硬件結構如圖 1 所示。

圖 1 存儲器硬件結構圖 由于單片FLASH 存儲容量有限，因而采用多片FLASH 組成存儲陣列，提升存儲器的總容量。