基于SSD存储设备的网络接口设计-电子与通信工程专业论文.docxVIP

目录 目录 中文摘要 I Abstract ． II 第1章绪论 ．1 1．1课题研究的背景和意义 I 1．2国内外研究现状 1 1．3课题研究内容和安排 2 第2章SSD存储设备设计方案 5 2．1存储器芯片 6 2．1．1 Flash存储器分类 ．7 2．1．2 Flash存储器技术分析 ．8 2．2 ECC错误检查和纠正 ．．1 0 2．3 RAID独立冗余磁盘阵列 12 2．4以太网接口 ．．14 2．4．1以太网网络协议 14 2．4．2以太网体系结构 l 8 2．5本章小结 一20 第3章SSD系统硬件设计 一22 3．1系统整体介绍 一22 3．2 RocketI／O接口 ．23 万方数据  黑龙江大学硕士学位论文 3．3 NAND Flash 24 3．3．1 Flash组织结构 24 3．3．2坏块管理 26 3．3．3损耗均衡 28 3．3．4页编程和读操作 29 3．4 10／100／1000兆网口 ．．30 3．4．1以太网硬件连接 30 3．4．2 PHY芯片88E1 5 1 8 ．30 3．5本章小结 ．．32 第4章网络接口的设计与实现 33 4．1客户机／服务器模式 ．33 4．1．1字节流模式 ．34 4．1．2数据报模式 ．36 4．2多线程与线程同步 一38 4．2．1 Windows下的多线程与线程同步 ．38 4．2．2 Linux下的多线程与线程同步 4l 4．3 MFC集成开发环境 一43 4．4程序设计实现 一43 4．4．1客户端程序设计 43 4．4．2服务器端程序设计 46 4．5客户端和服务器通信的实现 一48 4．6本章小结 一5 1 ．【V． 万方数据  目录 第5章网络接口性能测试 52 5．1单机测试 ．．52 5．2下载板网口测试 ．．55 5．3本章小结 一58 结论 59 参考文献 ．60 致谢 ．67 独创性声明 ．68 万方数据  第1章绪论 第1章绪论 1．1课题研究的背景和意义 现代科学技术的不断进步，使得计算机技术得到了普遍的应用。在进行网络 通信的同时，系统对信息存储的速率和容量也提出了更高的要求。虽然计算机存 储系统的容量已经得到了很大的改善，但是传统磁盘存储器在数据传输速度方面 还存在着一定的缺陷。固态硬盘的出现带来了新的变革，其在功耗、抗震性、数 据存储等方面较传统硬盘相比具有明显的优势。 得益于半导体技术的飞速发展，固态硬盘得到了更加广泛的使用【l】1。固态硬盘 是以半导体存储器为存储介质，硬盘内部没有可运动部件，与借助磁头旋转来访 问数据的传统硬盘相比，固态硬盘半导体存储器抗震性强、可靠性高、有更长的 使用寿命，硬盘内部没有机械旋转部件，寻道时间几乎为零，提高了I／O传输的速 率，缓解了硬盘存储系统的性能问题f扪。 本论文的研究是基于SSD高速电子盘的网络接口设计与实现。FPGA为SSD 电子盘的主控制器，采用基于无效坏块的擦除管理、块的损耗均衡、页编程和读 操作方式，提高了SSD存储设备的可靠性，实现了数据高速、稳定的传输。数据 输出采用千兆以太网接口，方便与计算机互连，实现在线式低带宽的数据导出。 1．2国内外研究现状 传统的机械硬盘由于其特殊的构造，功耗大、体积大、抗震性差，无法满足于 存储设备对数据高速访问的要求，而且能耗大，无法适应于特殊的环境。固态硬 盘采用半导体存储芯片作为存储介质，内部构造与传统硬盘截然不同，相比之下 具有抗震、功耗低、存取速度快等优点[31。早在20世纪80年代，SSD存储设备就 已经开始在军事通讯、航空航天领域使用，直到l 993年才逐步进入工业和产业应 用领域。随着计算机科学技术的飞速发展，SSD存储设备技术愈发地成熟，引起 万方数据  黑龙江大学硕士学位论文 了众多企业的研究兴趣。许多厂商都开始研发属于自己的产品。在CES2008国际 消费电子产品展上，TDK公司、SAMSUNG公司、SanDisk公司都展示出新型固 态硬盘产品，Micron公司与Intel公司联合推出固态硬盘产品，希捷公司在2009 年也推出了基于服务器使用的固态硬盘电子产品。2008年，固态硬盘开始采用多 层存储闪存芯片，降低了约40％左右的制造成本。在同一年，NAND闪存的生产 正式进入30nm制程时代，带来了更高的产能。 目前，国内也已有多家企业单位和科研实验室在研制SSD存储设备【4】。20世 纪九十年代初期，中科院空间中心开始针对SSD大容量存储电子盘展开研究。国 防科技大学电子科学与工程学院较早地就成立了嵌入式系统与固态硬盘存储工程 技术研究中心，并专注于固态硬盘存储研究。2006年初，忆正科技股份有限公司 着手于SSD存储设备的研发，并提出SSD电子盘可以取代传统机械式硬盘【51。而 且凭借自身的