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固态盘的闪存转换层设计与优化

作　者: 涂丹辉
导　师: 冯丹
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 固态盘闪存闪存转换层缓冲区管理
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

固态盘(Solid State Disk,SSD)作为大容量存储介质具有读写速度快、功耗低、防震抗摔等优点，其性能主要由闪存芯片、主控芯片以及固件程序决定。其中主控芯片的接口速度是提高固态盘性能的主要因素之一；固件程序中的闪存转换层(Flash Translation Layer,FTL)将闪存模拟成与磁盘类似的块设备，屏蔽闪存的特性，更好地向上兼容文件系统。选用Xilinx高性能FPGA作为固态盘的主控芯片，移植微处理器MicroBlaze，通过片内总线AXI连接各功能模块，搭建固态盘控制器SOPC系统架构。以固态盘SOPC系统为硬件平台，设计实现了闪存转换层。闪存转换层提供初始化、命令解析地址映射、缓冲区管理、垃圾回收以及坏块管理功能：通过命令解析和地址映射，将文件系统发送的命令传递给闪存控制单元；通过引入缓冲区管理，降低直接读写闪存的开销；通过垃圾回收和坏块管理对闪存芯片的使用空间进行控制和管理。经过测试，验证了闪存转换层的基本功能。闪存转换层的性能直接影响固态盘的性能，为了提高固态盘的效率，针对闪存转换层的缓冲区管理提出并实现了改进的LRU算法：即在LRU算法基础上，利用数据的冷热属性和更新属性选取替换块。通过在固态盘模拟器SSDsim上运行真实的数据负载，验证算法在命中率、擦除次数以及平均响应时间等方面的性能，相比LRU算法和CFLRU算法都有所提升。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 固态盘简介  8-11
  1.2 固态盘控制器及接口发展趋势  11-13
  1.3 闪存转换层关键技术  13-17
  1.4 本文研究内容  17-18
2 固态盘总体架构设计  18-24
  2.1 固态盘 SOPC 系统架构  18-20
  2.2 固态盘控制器工作流程  20-23
  2.3 本章小结  23-24
3 闪存转换层设计  24-41
  3.1 闪存转换层总体架构  24-26
  3.2 基本数据结构  26-29
  3.3 功能模块  29-38
  3.4 实验与测试  38-40
  3.5 本章小结  40-41
4 改进的缓冲区算法  41-51
  4.1 针对闪存的缓冲区替换算法  41-42
  4.2 改进的 LRU 算法  42-45
  4.3 实验与测试  45-49
  4.4 本章小结  49-51
5 总结  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-56

固态盘的闪存转换层设计与优化

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