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一种基于NAND Flash存储器的抗辐射软件加固方法研究

作　者: 易伟
导　师: 徐欣
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: NAND Flash 抗辐射差错控制编码软件加固
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

数据存储设备是航天器的关键设备,为空间试验的数据采集和存储提供支撑平台。NAND Flash存储器具有功耗小、速度快、非易失性等特点,在宇航领域有广阔的应用前景。但是太空环境中辐射非常严重,为保证能正常工作,必须对NAND Flash存储的数据进行加固处理。本文根据NAND Flash在辐射环境中的单粒子效应和总剂量效应,分析了NAND Flash不同错误模式的特点。结合NAND Flash的控制方式和构造原理,提出一种基于差错控制编码的软件加固方式,采用基于伽罗华域GF(24)的缩短RS(12,4)系统码对存储数据进行加固。本文主要研究成果如下:⑴结合NAND Flash的读写方式,研究一种基于查找表的系统码并行编码方法,减小了编码电路关键路径的延时,大大提高了编码器的编码速率。⑵比较RS码的不同译码方式,设计一种改进的余式译码方法。采用并行的余式计算方式和改进的余式译码关键方程,减少错误多项式求解的迭代次数,缩短了译码的时间开销。⑶根据RS(12,4)码的特点,结合NAND Flash流水线管理方式,将信息码元和校验码元存储于不同芯片中,使存储器具备抗芯片功能中断错误的能力,而且不影响存储器的连续读写速率。最后,本文实现了固态存储器的软件加固方法,模拟不同辐射效应的错误模式,对存储器注入单比特错误、多比特错误和芯片功能中断错误,测试了软件加固存储器的抗辐射性能。测试表明,该软件加固方式能将存储器抗辐射性能提升5到6个量级。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-15
  1.1 引言  10-11
  1.2 抗辐射软件加固的意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
  1.4 本课题研究内容及论文结构  14-15
第二章辐射环境与NAND Flash 辐射效应  15-26
  2.1 空间辐射环境  15-16
    2.1.1 宇宙射线  15-16
    2.1.2 太阳风  16
    2.1.3 范?艾伦辐射带  16
  2.2 NAND Flash 原理简介  16-18
  2.3 NAND Flash 辐射效应  18-20
    2.3.1 单粒子效应  18-20
    2.3.2 总剂量效应  20
  2.4 NAND Flash 的错误模式分析  20-25
    2.4.1 单一辐射源诱发错误模式  21-24
    2.4.2 多辐射源诱发错误模式  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章抗辐射软件加固方法设计  26-51
  3.1 NAND Flash 存储系统软件加固方式  26-31
    3.1.1 软件加固方式简介  26-28
    3.1.2 软件加固方式设计  28-30
    3.1.3 基于RS(12,4)码的软件加固方式实现  30-31
  3.2 RS(12,4)码编码器设计  31-38
    3.2.1 RS(12,4)码编码原理  31-33
    3.2.2 RS(12,4)码并行编码器设计  33-37
    3.2.3 编码器性能分析  37-38
  3.3 RS(12,4)码译码器设计  38-50
    3.3.1 RS 码译码原理  38-41
    3.3.2 改进余式译码算法设计  41-47
    3.3.3 改进RS(12,4)码译码器实现  47-49
    3.3.4 改进余式译码算法性能分析  49-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章软件加固固态存储器实现与验证  51-62
  4.1 验证平台概述  51-52
  4.2 基于NAND Flash 的存储器实现  52-56
    4.2.1 NAND Flash 流水线管理  52-54
    4.2.2 软件加固固态存储器的结构  54-56
  4.3 软件加固存储器抗辐射性能分析  56-61
    4.3.1 抗TID 效应测试  56-57
    4.3.2 抗单粒子效应测试  57-60
    4.3.3 模拟卫星轨道辐射环境测试  60-61
  4.4 本章小结  61-62
结束语  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
作者在学期间取得的学术成果  67

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