基于FLASH星载存储器的高效管理研究

NAND FLASH开始广泛应用于星载存储器,针对FLASH的数据高效管理成为该类存储器研究的重要组成部分。本文以商用文件系统YAFFS2为基础,结合空间应用的数据存储特点,引入文件系统的概念对存储器数据进行管理,制定了针对星载存储器的数据管理方案,搭建了一个实际的星载存储器对相应的管理方案进行了验证。

1. 引言

在航天航空任务中，数据存储占有重要的地位，高可靠的大容量数据存储设备是卫星上 的关键设备之一。由于半导体存储芯片具有高集成度、高存储密度、低功耗、防腐防震等突 出优点，因而使用半导体存储芯片作为数据存储介质成为星载数据存储设备的主流设计方案。NAND FLASH 作为一种优秀的半导体存储芯片，同时具有掉电非易失的特性，而且它强调降低每比特数据的存储成本，提供更高的存储密度和更好的性能，是理想的数据存储介 质。但NAND FLASH 自身具有一些特性，使得它不能像普通磁盘那样进行操作[1]，因而需 要设计专门的文件系统来进行基于NAND FLASH 存储器的管理，提高存储器的可靠性和易 用性[2]。

本文的组织方式如下：第二节研究了空间应用的数据存储特点，并提出了相应的星载存储器硬件设计结构。第三节具体分析了YAFFS2[3]各个关键算法的优缺点，并针对空间应用提出了相应的修改方案。第四节实现了一个具体的空间存储器系统，对第三节中的算法进行 了实验验证。最后第五节是对全文的总结。

2. 星载存储器硬件结构

2.1 空间任务的数据存储特点

随着对地观测技术的发展，对地观测设备对星载存储设备的要求越来越高。首先，数据存储容量的要求逐步提高，各种观测设备精度不断增加，工作寿命不断延长，随之产生的数据量急剧增加，需要更高容量的存储设备才能满足要求；其次，数据存储速率的要求较高，且需满足实时性数据存储功能。空间飞行器往往需要同时执行多种任务，产生高速的实时数据流，因而实时高效的数据处理能力是存储器管理的重要能力之一；最后，数据存储应具有很高的可靠性，由于空间环境的恶劣性，空间电磁波或者粒子辐射会造成存储数据的损害，因而必须提供可靠的数据保护。

2.2 硬件结构的设计

根据空间数据存储的特点，设计大容量存储器硬件结构如图 1 所示。

图 1 存储器硬件结构图 由于单片FLASH 存储容量有限，因而采用多片FLASH 组成存储阵列，提升存储器的总容量。