某系统大容量数据存储器设计

论文摘要

大容量、低功耗、高速、高密度、低成本的信息记录存储技术是卫星以及其他航空航天设备获取信息、融合信息、传输信息和处理信息的关键部件之一。该项技术也可以应用于其他许多科研领域。早期,大量的数据记录工作主要是靠磁带机完成,直到二十世纪八十年代末期和九十年代初期,各航天大国才逐渐开始研究和使用磁盘、磁光盘和固态记录器。随着电子技术的飞速发展以及半导体存贮器存储密度的提高,人们普遍认为以FLASH、DRAM为主的固态大容量数据存储器无疑是解决数据记录存储的主流方案。如果要设计一个满足要求的大容量存储器,来解决海量的数据存储的问题,首先必须解决以下的一些技术关键：第一是如何构造大容量数据存储器并对其进行有效的管理；第二是如何提高数据的输入输出速率；第三是如何提高大容量存储器的安装密度以减少体积和重量；第四是如何降低大容量存储器的维持功耗；第五是研究针对大容量存储器的更有效的纠错编码技术。本文中以大容量存储测试系统宏观设计原则和系统状态设计理论为指导,设计和研究了某系统高速大容量数据存储器。该系统主要完成车载实验过程中12路振动、4路冲击、4路噪声信号的测量和存储任务,对这些参数进行采集、存储、编码,并且能够将数据信息长时间保持,用于事后回收读取数据。在认真深入的调研了国内外最新相关资料,详细的分析了应用需求后,本文根据国际上研制大容量存储器的先进经验和技术,结合国内的实际情况以及FLASH的技术特点,提出了一种基于FLASH的高速大容量数据存储器的设计与实现方案,设计中采用了流水线操作和并行扩展技术,使用高性能FIFO缓冲高速数据流的波动,用单片FPGA实现了系统控制逻辑。该方案采用了模块化的设计思想,具有可移植,易扩展的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 课题的性质、来源
• 1.3 国内外发展状况
• 1.3.1 国外大容量固态存储器的发展状况
• 1.3.2 国内研究状况
• 1.4 固态记录器的发展方向
• 1.5 论文的内容和主要工作
• 2 大容量数据存储器总体设计方案
• 2.1 大容量数据存储器总技术要求
• 2.1.1 输入信号接口要求
• 2.1.2 大容量数据存储器工作状态要求
• 2.2 大容量存储器测量系统组成
• 2.2.1 大容量数据存储器的工作模式设计
• 2.2.2 基本存储芯片及采集芯片的选型及应用
• 2.3 大容量数据存储器关键技术解决方案
• 2.3.1. 高速缓存FIFO设计
• 2.3.2. USB接口
• 3 系统硬件设计及实现
• 3.1 系统总体硬件设计方案
• 3.2 模拟信号采集接口硬件电路设计
• 3.2.1 信号调理模块的设计
• 3.2.2 多路复用模拟开关电路设计
• 3.2.3 AD采集电路设计
• 3.3 工作状态控制电路
• 3.3.1 工作状态控制电路及电源电路设计
• 3.3.2 长线RS-422数据回读硬件电路设计
• 3.4 地面单元测试台设计
• 3.5 设备壳体设计
• 4 中央控制逻辑的设计与实现
• 4.1 大容量数据存储器整体逻辑设计
• 4.2 模拟信号采集控制模块
• 4.3 数字信号解码接收模块
• 4.4 数字FPGA内部FIFO逻辑控制模块
• 4.4.1 FIFO地址控制时序设计
• 4.4.2 FIFO控制模块时序设计
• 4.4.3 写FIFO控制模块时序设计
• 4.5 FLASH读写控制模块
• 4.5.1 FLASH擦除控制模块时序设计
• 4.5.2 FLASH写操作控制模块时序设计
• 4.5.3 FLASH读操作控制模块时序设计
• 5 功能测试及系统试验
• 5.1 系统软硬件调试
• 5.2 可靠性保障措施
• 5.2.1 环境应力试验
• 5.2.2 抗高过载工艺处理
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢