嵌入式NAND Flash存储系统的设计与实现

论文摘要

随着信息技术的发展和数字产品的普及,嵌入式系统已经成为当今计算机技术研究与应用的一大热点。NAND Flash存储器作为一类非易失性存储器,具有功耗低、读写快、容量大、成本低、抗震性好等优点而被广泛应用于各种嵌入式系统。NAND Flash存储器的管理主要有两种方法：一种是将NAND闪存存储器通过闪存翻译层(FTL)模拟成可随意读写的块设备,使用传统的文件系统进行管理；另一种就是针对NAND闪存的存储特性,使用专门设计的文件系统进行管理。本课题设计就是利用FTL层的方法为移动上网设备设计并实现了基于嵌入式Linux的NAND Flash存储系统,包括块设备层,FTL层,LLD层的设计与实现。本论文首先主要介绍了嵌入式系统当前的背景及发展现状,以及嵌入式NAND Flash存储系统开发课题的项目背景、该课题的选题意义和主要工作。然后,主要介绍主流的Flash技术和Flash存储设备,对最主流的NOR Flash和NAND Flash进行了对比,并着重介绍了NAND Flash的使用,最后介绍了我们设计中采用的NAND Flash芯片。接下来,重点分层具体详细的介绍了这次课题的NAND Flash存储系统的设计与实现方法,并重点介绍了对于块接口层的改写、缓存算法的改进、对地址映射表存放策略的优化以及一种我们使用的负载均衡算法。最后,对课题的研究情况进行了总结,并对系统的后续开发,从硬件改进和系统整合等方面进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.1.1 嵌入式系统
• 1.1.2 嵌入式存储系统
• 1.2 课题内容与主要工作
• 1.3 论文组织结构
• 第二章 Flash存储设备介绍
• 2.1 Flash存储器
• 2.1.1 Flash存储器概述
• 2.1.2 Flash存储器技术分类
• 2.1.3 NOR技术与NAND技术比较
• 2.2 NAND Flash的使用
• 2.2.1 使用条件和要求
• 2.2.2 设计中所采用的NAND Flash芯片介绍
• 第三章 嵌入式Linux存储系统概述
• 3.1 块设备驱动
• 3.1.1 块设备驱动介绍
• 3.1.2 块设备驱动接口
• 3.1.3 块设备驱动的请求处理方法
• 3.2 针对Flash存储设备的嵌入式Linux存储系统
• 3.2.1 Flash转换层技术
• 3.2.2 闪存日志文件系统
• 第四章 NAND Flash存储系统
• 4.1 NAND Flash存储系统的总体设计
• 4.2 块设备驱动层
• 4.3 FTL层
• 4.3.1 地址映射
• 4.3.2 缓存及缓存换出算法改进
• 4.3.3 坏块管理
• 4.3.4 负载均衡
• 4.3.5 垃圾收集
• 4.3.6 ECC纠错
• 4.4 LLD层
• 4.5 硬件层
• 4.6 结果与分析
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文