嵌入式高速固态存储器的组成原理与设计实现

[导读] 信息化时代的到来，使得信息和数据成为推动社会发展的主要因素，对于数据的处理提出了更高的要求。 关键词：固态存储器嵌入式FPGA

信息化时代的到来，使得信息和数据成为推动社会发展的主要因素，对于数据的处理提出了更高的要求。为了适应时代发展的需求，现代数据信息处理技术必须具备快速的数据采样能力和较宽的数据带宽，这就使得嵌入式高速固态存储器得到了发展的机会。本文对嵌入式高速固态存储器的组成原理进行了分析，并提出了其设计实现的基本构造和可能性。

信息化时代的发展促进了市场竞争主要因素的转变，在当前市场环境变幻莫测的背景下，信息的及时性和准确性成为衡量企业市场竞争力的关键因素，科学技术成为第一生产力。为了提高信息数据的采集、传输和处理速度，对大量的数据进行存储和管理，嵌入式高速固态存储器得到了良好的发展机遇。

1 嵌入式高速固态存储器概述

所谓的嵌入式高速固态存储器，是一种数据存储设备，可以将被测量信号存储起来，便于之后进行分析处理、故障诊断、运行状态记录等，为大量数据的处理和存储提供了有效的手段。嵌入式高速固态存储器自身具备可靠性高、数据储存完整不易丢失等众多优点，适合高速、高精准度的测量系统，其采样速度的快速性和采样数据的大量性可以满足高保真数据还原的需求。同时，NAND FLASH作为一种安全、快速的数据存储媒介，自身具备大容量、小体积、低成本、抗高温等优点，在数据存储领域得到了广泛的普及和应用。本文提到的嵌入式高速固态存储器，正是以NAND FLASH为存储介质设计实现的，具有广阔的应用前景。

2 嵌入式高速固态存储器的组成原理

嵌入式高速固态存储器作为一种存储设备，其自身并不能对数据进行处理，因此并不存在复杂的软件组成，这里着重分析其硬件组成。在嵌入式高速固态存储器的设计构成中，使用的是NAND FLASH存储器，其主要数据存储载体是半导体材料，相比传统的数据存储设备，应用范围更加广泛，对于温度、压力、振动等的适应性较强，是实现存储设备高可靠性、高速度、低功耗和小型化的最佳选择。在设计时，由于其自身对于数据存储速度和容量方面的要求较高，单一的NAND FLASH无法满足，因此需要使用复数的NAND FLASH存储器，并对其进行适当的设计和排列，兼顾存储速度和容量，同时也不能使设备的构成过于复杂。

因此，可以使用现场可编程门阵列（即FPGA）作为主控制器，通过片上系统设计，实现数据的高速传输和对FLASH存储阵列的数据存储。

3 嵌入式高速固态存储器的设计实现

3.1 硬件设计

存储器的硬件部分可以由8片NAND FLASH器件共同构成，对其存储容量和速度进行相应的扩展，组成64位DDR接口界面，并且形成一组FLASH块，接入FPGA。同时，可以将64片 NAND FLASH器件等分成8个部分，之后分别接人FPGA中，为数据的存储和传输提供4种接口形式，扩展其使用范围。可以在设备上串行高级技术附件，以及USB接口，用于计算机的访问和连接。存储器上的网络接口可以用来与网络进行连接，实现对数据的管理和远程处理。

3.2 FPGA设计

FPGA系统对于数据的要求较高，必须可以进行高速数据率的连续访问，而对于数据管理和整片存储器的擦除速度要求较低，因此，在设计时，可以优先考虑连续访问速度，文件管理和擦除可以低速进行。体现在对FLASH的操作中，即通过电路实现FLASH页面的读写功能，通过片上处理器，运用相应的软件程序，实现文件管理、块擦除、格式化等功能。

在嵌入式高速固态存储器设计实现后，为了保证其功能和使用效果，还需要对存储器的相关性能进行分析。本文通过相应的方法，以 MT29F256G08AUAAA器件为例，对存储器的速度和容量进行分析，以确保存储器的正常使用。假设存储器在读取数据时，每页数据的读取时间为 35，对每页数据进行处理和编程的时间为350，接口处的数据传输速度为400M/s。由于使用DDR进行操作，假定数据选取时间为5ns，每页数据总量为8640字节，包含连续区的8192字节和离散区的448字节。

首先，对存储速度进行分析。在对NAND FLASH进行操作时，其操作一般可以分为两个部分，即片内缓冲区数据访问部分，以及页面编程部分。缓冲区数据访问需要的时间为：8640字节 /400MT/s=2106。在对数据进行读取操作时，以35为最大处理时间，采用乒乓切换的方式进行外部缓冲，则64片系统的数据读取速度为8640字节/35 x64=15GB。而在进行数据的写操作时，同样以35为最大读取时间，使用乒乓切换的方式进行外部缓冲，因而在对数据进行读取操作时，最大处理时间为 350，则64片系统的数据读速度为8640字节/350x64=1.5GB。

其次是容量分析。单片容量为2048GB，假设平均最大坏块数为640块，每块的容量为1024字节，则无效容量为42GB。存储器系统设计容量约为2000GB，若以1.5GB的速度对数据进行操作，则可以得出，系统的最大可存储时间为22min。

4 小结

综上所述，本文从NAND FLASH出发，对嵌入式高速固态存储器进行了系统的设计和实现，并对其数据存储速度和容量进行了分析计算，为相应的设计提供了参考依据。而随着科学技术的不断发展，数据存储技术也会不断进步，存储器的性能也会不断得到提高，需要相关技术人员的努力，推动数据存储技术的发展。