一种基于NAND FLASH的星载固存多源数据文件系统技术方案

一种基于NAND FLASH的星载固存多源数据文件系统，包括多源载荷数据流控制模块、多源数据多文件地址管理模块、系统信息表创建模块、文件目录表创建模块、文件地址信息表创建模块。本发明专利技术系统打破了传统星载固存在多源载荷数据同时输入时不能按照载荷类型进行独立生成文件限制，解决了传统固存对载荷任务执行时的约束、操作实现流程复杂及对星上硬件资源的要求高的问题，实现了星上多源载荷数据的融合处理以及对用户关心的某一种或几种特定载荷数据的快速下传。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NANDFLASH的星载固存多源数据文件系统
本专利技术涉及航天器数据存储领域，特别是一种基于NANDFLASH的星载固存多源数据文件系统。
技术介绍
随着卫星遥感技术的高速发展，载荷原始数据速率高达几Gbps甚至几十Gbps，受卫星对地传输通道的速率限制和地面接收站数量有限的制约，卫星载荷数据无法实现对地快速下传。目前遥感卫星通过星载固态存储器将原始高速数据进行实时记录，在过境或过站时将固存中记录的数据进行低速回放下传。固存的这种“快记慢放”数据缓存策略在遥感卫星数传任务中发挥了重要的作用，为了方便在轨任务的有效管理，固存的文件管理成为了一种通用配置。随着卫星携带的探测载荷种类越来越多和星上在轨处理任务的智能化程度越来越高，为了方便不同在轨处理任务的实现，固存接收前端不同类型载荷输入的多源高速数据进行记录时，需要同时对不同信源数据分别构建独立的文件；在固存数据回放时，也需要可根据信源类型选取一个或多个文件进行同时回放。而按照传统星载固存设计，为了实现固存按照载荷类型独立生成文件，需要前端输入的某一种载荷在某个时间段内进行单独开机执行任务；针对多载荷同时执行任务时，一般将多源数据进行统一的复接合路形成统一的数据格式进行混合存放，某一时间段的多源载荷数据形成一个文件。传统固存文件系统的设计方法不仅对载荷任务执行有一定的约束，而且这种文件系统管理方式给星上多源载荷数据的融合处理以及对用户关心的某一种或几种特定载荷数据的快速下传带来较大的困难，具体操作实现起来流程复杂，对星上硬件资源的要求高。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于NANDFLASH的星载固存多源数据文件系统，打破了传统星载固存在多源载荷数据同时输入时不能按照载荷类型进行独立生成文件限制，解决了传统固存对载荷任务执行时的约束、操作实现流程复杂及对星上硬件资源的要求高的问题，实现了星上多源载荷数据的融合处理以及对用户关心的某一种或几种特定载荷数据的快速下传。本专利技术的技术解决方案是：一种基于NANDFLASH的星载固存多源数据文件系统，包括多源载荷数据流控制模块、多源数据多文件地址管理模块、系统信息表创建模块、文件目录表创建模块、文件地址信息表创建模块；其中：多源载荷数据流控制模块接收到固存记录指令后，按照信源载荷数据种类分别建立独立的FIFO缓存，每路信源数据通过独立的FIFO缓存进行跨时钟变换到本地时钟；基于NANDFLASH按照页读写、按照块擦除的特点和固存可按照文件进行删除的操作需求，构建固存文件操作最小颗粒度为“块”的数据流控制管理；通过对每路信源载荷数据的FIFO内缓存数据量进行依次轮询，若对应某路FIFO内缓存的数据量大于NANDFLASH的最小页操作NKB，则开始启动读取该路载荷数据所在的缓存FIFO；多信源数据根据载荷数据种类分别独立的开辟缓存空间，缓存空间大小根据多源数据的总速率、读取缓存速率以及每次读取缓存的最小数据量共同来决定；通过数据轮询调度，将对应信源的缓存数据分时写入到固存的存储空间；每种信源数据分别构建独立的文件，并且每种信源数据在NANDFLASH存储空间上分别占用独立的块区；N种信源同时输入时分别建立对应载荷类型的N个文件，每个文件在NANDFLASH存储空间上分别占用独立的存储空间；多源数据多文件地址管理模块分为多文件的记录文件管理和回放文件管理两部分；在文件记录时，将固存的存储空间进行统一地址管理；在同时生成多个文件时，分别对各信源文件数据进行独立的地址管理；针对M路信源数据输入时，同时构建的存储地址表有M份，每份地址表由块地址Addrblock和页地址Addrpage组成；在对固存发送记录的指令后，地址管理单元根据固存地址空间的使用情况，分别给每路信源数据分配一个初始的块地址Addrblock，初始块地址对应的Addrpage地址均从0开始计数；每次前端FIFO输出8KB数据时，均在地址管理单元中对应文件的页地址Addrpage增加1，直到计数到128时Addrpage跳转到0，此时地址管理单元给该路载荷数据分配一个新的块地址AddrNewblock；通过对每路信源数据写入到存储芯片时均构建独立的地址管理，实现每路信源数据对应文件的地址链表建立；系统信息表创建模块，作为文件的系统信息表用来反映NANDFLASH存储空间的概要属性信息，包括固存中的总文件个数、任务执行次数、总容量、已用容量、可用容量、块大小、页大小；通过文件的系统信息表反映出存储空间芯片及存储的文件信息状况；文件目录表创建模块，用来记录固存中某个具体文件的信息，其包括文件的状态、任务号和信源号、文件号、文件大小、文件起始地址、文件的结束地址、文件的起始时间、文件的结束时间和预留；其中每生成一个文件，均对应一个文件目录表；文件地址信息表创建模块由三部分组成：上一个块区地址、下一个块区地址、块区状态；该表项纪录了NANDFLASH当前块区的记录状态，其中每个块区的状态标记了当前块区所在文件号，以及所在文件当前操作的上一个地址和下一个地址；每个文件在NANDFLASH中占用的最小单位为一个区块，在同一个时间t2时，只有一种信源数据写入到固存中，并且基于上文描述的地址管理策略，存储对应的某一块地址也只有一种信源数据；每次开始操作当前的块区时，更新对应的地址信息表；结合文件目录表和文件地址信息表，检索出对应文件所在固存的地址空间。所述的多源载荷数据流控制模块通过独立的FPGA内部缓存实现，每路信源的内部缓存空间大于单位时间内轮询的载荷，并通过轮询调度算法读取每路缓存的数据；并读取每路信源缓存的速率大于所有路信源的速率平均速率。所述的多源数据多文件地址管理模块通过FPGA并行逻辑、FPGA内置的硬核CPU或软核CPU来实现，系统信息表创建模块、文件目录表创建模块、文件地址信息表创建模块通过FPGA内置的硬核CPU或软核CPU实现。本专利技术与现有技术相比的优点在于：与现有技术相比，本专利技术在固存记录时可对多源载荷同时输入的不同类型数据分别生成独立的文件，在固存回放时可根据需要选择一个或多个文件进行同时回放，基于NANDFLASH存储介质构建的多源数据文件系统管理应用灵活，并且可基于某一种或几种载荷属性进行数据的检索，提升了固存使用的灵活性，方便了复杂的在轨智能处理，同时本专利技术在接收前端载荷一路数据源时可兼容传统星载固存的文件系统应用。目前本专利技术文件系统的实现方法通过了地面验证，该方法使星上固存实现了类似地面计算机的多文件同时操作处理，使星上的融合、处理操作更加的快速、灵活。附图说明图1为基于NANDFLASH的固存多源数据文件系统；图2为多源载荷的数据流写入缓存调度；图3为多文件数据同时回放的数据流；图4为多源数据的文件数据地址调度管理；图5为边记边放模式时的时间轴示意图；图6为文件系统的文件记录和删除工作流程。具体实施方式本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于NANDFLASH的星载固存多源数据文件系统，该方法面向星上在轨处理任务的智能化应用，实现了多源载荷数据的文件独立构建和按照多信源数据类型的文件回放、删除需求。本专利技术根据NANDFLASH存储介质按照页读写、按照块擦除的特点，构建文件最小颗粒度为“块”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于NAND FLASH的星载固存多源数据文件系统，其特征在于包括多源载荷数据流控制模块、多源数据多文件地址管理模块、系统信息表创建模块、文件目录表创建模块、文件地址信息表创建模块；其中：多源载荷数据流控制模块接收到固存记录指令后，按照信源载荷数据种类分别建立独立的FIFO缓存，每路信源数据通过独立的FIFO缓存进行跨时钟变换到本地时钟；基于NAND FLASH按照页读写、按照块擦除的特点和固存可按照文件进行删除的操作需求，构建固存文件操作最小颗粒度为“块”的数据流控制管理；通过对每路信源载荷数据的FIFO内缓存数据量进行依次轮询，若对应某路FIFO内缓存的数据量大于NAND FLASH的最小页操作N KB，则开始启动读取该路载荷数据所在的缓存FIFO；多信源数据根据载荷数据种类分别独立的开辟缓存空间，缓存空间大小根据多源数据的总速率、读取缓存速率以及每次读取缓存的最小数据量共同来决定；通过数据轮询调度，将对应信源的缓存数据分时写入到固存的存储空间；每种信源数据分别构建独立的文件，并且每种信源数据在NAND FLASH存储空间上分别占用独立的块区；N种信源同时输入时分别建立对应载荷类型的N个文件，每个文件在NAND FLASH存储空间上分别占用独立的存储空间；多源数据多文件地址管理模块分为多文件的记录文件管理和回放文件管理两部分；在文件记录时，将固存的存储空间进行统一地址管理；在同时生成多个文件时，分别对各信源文件数据进行独立的地址管理；针对M路信源数据输入时，同时构建的存储地址表有M份，每份地址表由块地址Addrblock和页地址Addrpage组成；在对固存发送记录的指令后，地址管理单元根据固存地址空间的使用情况，分别给每路信源数据分配一个初始的块地址Addrblock，初始块地址对应的Addrpage地址均从0开始计数；每次前端FIFO输出8KB数据时，均在地址管理单元中对应文件的页地址Addrpage增加1，直到计数到128时Addrpage跳转到0，此时地址管理单元给该路载荷数据分配一个新的块地址AddrNewblock；通过对每路信源数据写入到存储芯片时均构建独立的地址管理，实现每路信源数据对应文件的地址链表建立；系统信息表创建模块，作为文件的系统信息表用来反映NAND FLASH存储空间的概要属性信息，包括固存中的总文件个数、任务执行次数、总容量、已用容量、可用容量、块大小、页大小；通过文件的系统信息表反映出存储空间芯片及存储的文件信息状况；文件目录表创建模块，用来记录固存中某个具体文件的信息，其包括文件的状态、任务号和信源号、文件号、文件大小、文件起始地址、文件的结束地址、文件的起始时间、文件的结束时间和预留；其中每生成一个文件，均对应一个文件目录表；文件地址信息表创建模块由三部分组成：上一个块区地址、下一个块区地址、块区状态；该表项纪录了NAND FLASH当前块区的记录状态，其中每个块区的状态标记了当前块区所在文件号，以及所在文件当前操作的上一个地址和下一个地址；每个文件在NAND FLASH中占用的最小单位为一个区块，在同一个时间t2时，只有一种信源数据写入到固存中，并且基于上文描述的地址管理策略，存储对应的某一块地址也只有一种信源数据；每次开始操作当前的块区时，更新对应的地址信息表；结合文件目录表和文件地址信息表，检索出对应文件所在固存的地址空间。...

【技术特征摘要】
1.一种基于NANDFLASH的星载固存多源数据文件系统，其特征在于包括多源载荷数据流控制模块、多源数据多文件地址管理模块、系统信息表创建模块、文件目录表创建模块、文件地址信息表创建模块；其中：多源载荷数据流控制模块接收到固存记录指令后，按照信源载荷数据种类分别建立独立的FIFO缓存，每路信源数据通过独立的FIFO缓存进行跨时钟变换到本地时钟；基于NANDFLASH按照页读写、按照块擦除的特点和固存可按照文件进行删除的操作需求，构建固存文件操作最小颗粒度为“块”的数据流控制管理；通过对每路信源载荷数据的FIFO内缓存数据量进行依次轮询，若对应某路FIFO内缓存的数据量大于NANDFLASH的最小页操作NKB，则开始启动读取该路载荷数据所在的缓存FIFO；多信源数据根据载荷数据种类分别独立的开辟缓存空间，缓存空间大小根据多源数据的总速率、读取缓存速率以及每次读取缓存的最小数据量共同来决定；通过数据轮询调度，将对应信源的缓存数据分时写入到固存的存储空间；每种信源数据分别构建独立的文件，并且每种信源数据在NANDFLASH存储空间上分别占用独立的块区；N种信源同时输入时分别建立对应载荷类型的N个文件，每个文件在NANDFLASH存储空间上分别占用独立的存储空间；多源数据多文件地址管理模块分为多文件的记录文件管理和回放文件管理两部分；在文件记录时，将固存的存储空间进行统一地址管理；在同时生成多个文件时，分别对各信源文件数据进行独立的地址管理；针对M路信源数据输入时，同时构建的存储地址表有M份，每份地址表由块地址Addrblock和页地址Addrpage组成；在对固存发送记录的指令后，地址管理单元根据固存地址空间的使用情况，分别给每路信源数据分配一个初始的块地址Addrblock，初始块地址对应的Addrpage地址均从0开始计数；每次前端FIFO输出8KB数据时，均在地址管理单元中对应文件的页地址Addrpage增加1，直到计数到128时Addrpage跳转到0，此时地址管理单...

【专利技术属性】
技术研发人员：方火能，袁素春，王琦，邵应昭，璩泽旭，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61