本文關鍵詞：星載固態(tài)存儲文件化管理方案應用研究　出處：《中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 星載固態(tài)存儲器 文件化管理 高速并行存儲 鏈表式索引 文件傳輸協議

【摘要】：隨著空間科學的不斷發(fā)展,空間探測任務逐步豐富,呈現出有效載荷性能快速提升、任務形式多樣化等新的趨勢,對星載固態(tài)存儲器的存儲管理模式提出了挑戰(zhàn)。傳統星載固態(tài)存儲方案基于數據碼流設計,采用固定分區(qū)存儲方式,靈活性差、適用范圍有限,多源、多任務、高速海量數據等特點迫使提出新的存儲管理方案應對航天任務需求。課題針對高速多路載荷數據輸入、數據存儲管理動態(tài)靈活等需求,以實際工程應用為導向,對星上載荷數據基于任務的文件化組織管理策略、靈活動態(tài)存儲方案、文件可靠傳輸協議等多方面進行創(chuàng)新性研究。為解決多路高速載荷數據并行存儲的問題,對基于NAND FLASH的固態(tài)存儲器的吞吐率瓶頸進行分析,設計采用四級流水線操作和總線并行擴展方案,提高了系統的吞吐率和存儲容量;對已有緩存方案的不足進行分析,提出了基于SDRAM的高速多通道緩存與存儲協同調度方案,實現了多載荷同時任務時高速數據的并行接收緩存與自主調度存儲,提高了系統的載荷支撐能力。為實現對載荷數據的文件化高效組織管理,研究分析了基于塊設備的文件系統與日志結構文件系統,梳理了星上存儲文件化管理的方案需求,提取了新型文件化管理系統的關鍵技術,并對FLASH空余區(qū)、塊使用分配表、塊使用鏈表以及軟硬件中斷信息交互機制進行關鍵設計,最終提出了一種基于Vx Works嵌入式操作系統與FPGA硬件支撐相結合的新型星載固態(tài)存儲文件化管理方案架構。針對多文件存儲靈活性和存儲有效吞吐率問題,提出了自主虛擬動態(tài)存儲+固定分區(qū)存儲的混合存儲模式,打破了固定分區(qū)的界限;提出了有效載荷科學數據與文件信息分離存儲策略,保證了FLASH在數據存儲時的高速運行;并對方案架構的物理層進行了設計實現,完成了對FPGA的功能模塊劃分與硬件研制,實現了系統對多路高速數據的并行接收緩存、自主虛擬動態(tài)存儲以及按指令進行文件回放、擦除等功能。針對文件系統的高效索引與可靠運行,提出了樹形目錄索引+文件鏈表式高效索引方案,支持系統按目錄、文件、時間段任意點播回放、擦除,存儲管理快速靈活;設計了系統壞塊管理、損耗均衡、快速啟動、意外掉電恢復等管理策略,提高了系統健壯性;并對存儲控制管理軟件進行了設計,實現了系統初始化、文件存儲、文件回放和文件擦除等功能。課題最終建立了科學的、符合空間探測任務需求的系統框架,突破了系統對多路有效載荷數據的高速并行緩存、自主虛擬動態(tài)存儲、文件化組織管理和鏈表式快速索引等關鍵技術,實現了CFDP文件協議的延時可靠傳輸模式方案,完成了基于任務模式的星載固態(tài)存儲文件化管理系統原理樣機研制,解決了傳統數據組織管理方式單點支持信源量小、分區(qū)存儲靈活性差等問題,對實際工程應用具有一定指導意義。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP333

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