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基于閃存的星載大容量存儲器的研究和實現
摘要：就閃存應用于星載大容量存儲器時的寫入速度慢、存在無效塊等關鍵問題探討了可行性解決方案，并在方案討論的基礎上論述了一個基于閃存的大容量存儲器的演示樣機的實現。關鍵詞：閃速存儲器 固態記錄器 并行 流水線 無效塊
空間飛行器的數據記錄設備是衛星上的關鍵設備之一。自２０世紀９０年代初起，各航天大國開始研制固態記錄器（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ，簡稱ＳＳＲ）。由于ＳＳＲ使用半導體存儲芯片作為存儲介質，所以其存儲密度高、無轉動部件、可靠性高、體積小、重量輕，因而逐漸成為空間飛行器的數據記錄器的主流方案。閃速存儲器（簡稱閃存）作為一種新興的半導體存儲器件，以其獨有的特點得到了迅猛的發展，其主要特點有：（１）具有非易失性，掉電時數據不丟失，可靠性高；（２）功耗小，不加電的情況下可長期保持數據信息；（３）壽命長，可以在在線工作情況下進行寫入和擦除，標準擦寫次數可達十萬次；（４）密度大、成本低，存儲單元由一個晶體管構成，具有很高的容量密度，且價格也在不斷降低；（５）適應惡劣的空間環境，具有抗震動、抗沖擊、溫度適應范圍寬等特點。由于閃存的這些特點，使它受到了航天領域研究人員的關注。２０世紀９０年代中期，Ｆｉｒｅｃｈｉｌｄ公司就曾為Ｆ－１６偵察星成功設計了ＳＳＲ?２?，使用的主要存儲芯片就是閃存；國內的ＦＹ－２衛星也曾采用閃存作為該星的固態存儲器的存儲介質。雖然有這些成功的應用案例，但是閃存也存在一些明顯的缺點，如寫入速度較慢、使用過程中會出現無效塊等。本文將探討如何解決和突破這些缺點，并依此給出一個具體的系統實現方案。
１ 閃存構成星載大容量存儲器的關鍵問題
１．１ 寫入速度問題
目前閃存有多種技術架構，其中以ＮＯＲ技術和ＮＡＮＤ技術為主流技術?３?。ＮＯＲ型閃存是隨機存取的設備，適用于代碼存儲；ＮＡＮＤ型閃存是線性存取的設備，適用于大容量數據存儲?４?。ＮＡＮＤ型閃存有一定的工業標準，具有一些統一的特點，現以三星公司的Ｋ９Ｋ１Ｇ０８Ｕ０Ｍ型芯片為例進行介紹。該芯片容量為１Ｇｂｉｔ，由８１９２個塊組成，每塊又由３２個頁組成，一頁有（５１２＋１６）×８ｂｉｔ，該片的８位Ｉ／Ｏ總線是命令、地址、數據復用的。讀寫操作均以頁為單位，擦除操作則以塊為單位，寫入每頁的典型時間為２００μｓ?４?，平均每寫一個字節約需４００ｎｓ，即約２０Ｍｂ／ｓ。這樣的寫入（編程）速度對于要求高速的應用場合來講是難以滿足的，因此必須采取一定的技術措施。
１．１．１ 并行總線技術
并行總線技術亦稱寬帶總線技術，即通過拓寬數據總線的帶寬實現數據宏觀上的并行操作。比如，由四片Ｋ９Ｋ１Ｇ０８Ｕ０Ｍ型閃存芯片組成一個３２位寬的閃存子模塊，它們共用相同的控制信號，包括片選信號、讀寫信號、芯片內部地址等。子模塊總是被看做一個整體而進行相同的操作，只是數據加載的時候是不同的數據。這樣，數據量將是使用單獨一塊芯片時的４倍，所以理論上速度也將是非并行時的４倍。
１．１．２ 流水線技術
借鑒現今高
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