【摘要】：固態(tài)硬盤(pán)(Solid State Driver,SSD)采用半導(dǎo)體作為存儲(chǔ)介質(zhì)。其無(wú)需依賴任何機(jī)械裝置、不需要尋道,從而降低了 I/O請(qǐng)求訪問(wèn)延遲,同時(shí)以功耗低、抗震防摔、體積小等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代機(jī)械硬盤(pán)。SSD大多將閃存(NAND Flash)作為存儲(chǔ)媒介,NAND Flash的存儲(chǔ)方式依賴其物理特性,現(xiàn)有文件系統(tǒng)不能直接訪問(wèn)或操作SSD,為了文件系統(tǒng)能夠像訪問(wèn)機(jī)械硬盤(pán)一樣來(lái)訪問(wèn)SSD,需要在NAND Flash和文件系統(tǒng)之間增加一層軟件層(閃存轉(zhuǎn)換層,Flash Translation Layer,FTL)。FTL算法對(duì)整個(gè)SSD來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,且FTL的優(yōu)劣將直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的性能。首先介紹NAND Flash的物理結(jié)構(gòu)以及工作原理,然后介紹了 FTL算法中的多個(gè)重要模塊及其功能。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的幾種地址映射算法的研究與分析,最后在DFTL的基礎(chǔ)上,利用S666控制器硬件資源以及NAND Flash存儲(chǔ)特性設(shè)計(jì)了本文的FTL算法。本文從地址映射、垃圾回收、磨損均衡、出廠壞塊管理、錯(cuò)誤處理以及上電恢復(fù)這六大功能模塊方面對(duì)FTL算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并將此算法以固件的形式量產(chǎn)到NAND Flash中,再以SSD控制器來(lái)檢驗(yàn)本算法的可行性。在地址映射中,設(shè)計(jì)CMT、GMT、GTD以及CMTnum來(lái)優(yōu)化尋址,對(duì)CMT增加LEN屬性欄,將多條連續(xù)映射記錄合并成一條,有效降低對(duì)緩存槽的占用;CMTnum記錄CMT中的映射單元數(shù),按CMTnum最大值來(lái)批量剔除CMT中的映射單元,降低全局映射頁(yè)的更新頻率;二級(jí)緩存可用于服務(wù)文件系統(tǒng)的空間局部性請(qǐng)求,提高了 FTL對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)的處理能力。通過(guò)對(duì)NAND Flash進(jìn)行破壞性測(cè)試,建立剩余擦除次數(shù)模型,設(shè)計(jì)出RECT,RECT優(yōu)先選擇剩余壽命最高的物理塊,以保證磨損均衡,并使得所有物理塊能在同一時(shí)刻達(dá)到壽命極限。主動(dòng)垃圾回收完成冷熱數(shù)據(jù)交換,被動(dòng)垃圾回收通過(guò)回收最多無(wú)效頁(yè)的物理塊來(lái)降低垃圾回收的代價(jià)。壞塊管理提供三種掃描出廠壞塊的方式,壞塊管理以及錯(cuò)誤處理機(jī)制以確保NAND Flash中數(shù)據(jù)的可靠性。上電恢復(fù)系統(tǒng)讓SSD能夠恢復(fù)到上次掉電之前的情況,使得SSD再次啟動(dòng)時(shí)能夠快速進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。測(cè)試結(jié)果表明,將本算法應(yīng)用到SSD中,使得數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速率較快,且性能穩(wěn)定。
【圖文】：

２．２．１邋ＮＡＮＤ邋Ｆｌａｓｈ邋工作原理逡逑ＮＡＮＤ邋Ｈａｓｈ是一種非易失性存儲(chǔ)器，具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的特性ＮＡＮＤ邋Ｆｌａｓｈ基本逡逑存儲(chǔ)單元是一種雙層浮空柵（＇Ｆｌｏａｔｉｎｇ邋Ｇａｔｅ）邋ＭＯＳ管組成［３５］，，如圖２．１所示：逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｇａｔｅ逡逑邐Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邐逡逑Ｃ３邋１＝３邐Ｃ＝３邋ｒｍ邋Ｃ＝３邋Ｃ＝３邋１＝３逡逑１＝３邋Ｆｌｏａｔｉｎｇ邋Ｇａｔｅ逡逑ｃ＝ａ邋ｃａ邋ｃ＝ａ邋ｃ＝ａ邋ｃ＝ａ邋ｅ＝ａ邋ｃ＝ｓ逡逑Ｇａｔｅ邋Ｏｘｉｄｅ逡逑－一邐—邋，邋☆N炛蠳濶濶濶炲澹埽擼剩校齲幔歟裕體逡誨義襄危校鰨澹ⅲ

本文編號(hào)：2672583