一种闪存器件仿真设备以及闪存主控模块评测方法技术

本发明专利技术提供一种闪存器件仿真设备以及闪存主控模块评测方法。闪存器件仿真设备，包括：闪存接口模拟模块（１０１），用于与闪存主控模块（２０２）交换数据；闪存存储特性模拟模块（１０２），用于模拟闪存的信号，并输出到所述闪存接口模拟模块（１０１）；数据存储模块（１０３），用于存储各种数据；操作监测模块（１０５），用于接收由所述闪存接口模拟模块（１０１）输入的信号；系统配置模块（１０４），用于控制所述闪存存储特性模拟模块（１０２）、数据存储模块（１０３）和操作监测模块（１０５）的工作；以及通信接口模块（１０６），用于与上位机（３００）交换数据。本发明专利技术能够准确、高效地评测闪存存储系统的各种性能参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
基于闪存的固态存储方式以其高抗震性、低功耗、高密度、高速等优点，得到了迅速的发展从最初只有几MB容量的SmartMedia卡到 MultiMedia卡，再到现在人们常用的GB量级容量MP3、 U盘等产品，甚至 可以构成容量高达几个TB的海量固态存储器等。闪存存储已经深入到了人 们生产生活的方方面面，成为最具潜力的下一代主流存储方式之一。目前 主流的闪存芯片主要有两种:NAND闪存和N0R闪存。NAND闪存存储密度高、 写入速度快，适于海量数据存储和访问的场合；而NOR读取速度较快，支 持单字节读写，适于作为程序代码存储器。相对于传统的磁存储方式，闪存存储也具有其特有的局限性。首先， 闪存所能承受的擦写次数有限，例如，常见的基于MLC架构的NAND闪存， 其擦写次数仅有一万次，即使采用价格昂贵的SLC架构，擦写次数最多也 只有10万次，这远小于磁存储介质所允许的擦写次数；其次，闪存介质可 能存在有一定数量的坏块，这些坏块是不能可靠地写入或保存数据的，随 着使用时间的增加，还会有新的坏块出现；再次，受内部结构的限制，闪 存芯片的读写必须以页为单位进行，如常见的页容量为4KB，这给数据的 随机访问带来了 一定的不便。由于闪存存在上述特性，基于闪存的固态存储系统一般采用如图l所 示架构存储系统接口 201采用如IDE、 SATA、 1394、 USB等方式；闪存主 控模块202是存储系统的控制系统，主要负责存取负载(外界输入或输出 的各种命令、数据、读写请求等)的解析、闪存器件的管理和调度等，一 般包含损耗均衡，逻辑-物理地址映射，坏块管理、错误管理等功能；闪存 阵列203由多个闪存213组成，负责存储数据。外界产生存取负载的系统 一般为有数据存取需求的系统，如PC等。在实际工作时，闪存主控模块202实时接收并解析由存储系统接口201 输入的数据，并依据一定的管理策略，对闪存阵列203进行一系列适当的 读、写、擦等操作，将外界系统输入的数据存入闪存阵列203中或从闪存 阵列203中读出数据并输出给外界系统。闪存主控模块202 —方面需要保 证数据的高速、可靠访问，另一方面还要尽量均衡闪存介质各位置上的擦 写次数，以延长闪存器件的整体使用寿命，另外，闪存主控模块202还要 实时处理和预测各种突发性的读写错误。可以看出，闪存主控模块202的 性能将直接影响存储系统的整体性能，对其的设计和优化是闪存存储系统 设计中最为重要的一个环节。然而，在实际系统中，由于闪存器件的各种特性如接口速度、误码率、 坏块、突发性访问错误等都是不可控的，这就使得产品开发者无法高效全 面地评价闪存主控模块202的性能，因此也无法有针对性地对系统性能进 行进一步地优化设计，这给产品的开发带来了很大的困难。对此，现有解 决方案是在计算机上构建软件仿真环境，模拟闪存器件各种可能的负载和 突发状况，对管理算法进行测试。但这种软件模拟的方法与系统实际工作 时的状况毕竟还有很大差别，仅能测试管理算法在理论上的表现，不能真 实地反映其在实际系统中的表现以及整体系统的性能，因此测试的结果也 就只能作为一种参考。因此，现有的闪存存储系统的综合测评是比较困难的。首先，闪存主 控模块对上层系统屏蔽了闪存的特性，使得上层系统无法直接得到底层闪 存器件的信息，因而对应一定的存取负载，上层系统所能测到参数仅有该 存储系统的数据吞吐速率，对于闪存具体执行了多少次读、写及擦除命令， 上层系统无法直接得到；再者，存储系统需要实现闪存坏块管理、错误数 据纠正、损耗均衡等功能，然而，闪存中出现坏块和存储数据错误情形在 时间、空间上是完全随机且离散的，在无法控制闪存是否出现异常及异常 出现的时间、位置和密度的情况下，评价存储系统的坏块管理和错误数据 纠正等功能是没有意义的。同时，闪存器件允许擦除次数高达 10， 000-100， 000次，在一定的存取负载下，在有限的时间内，很难准确评 价系统中闪存器件的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种真实检测和评估闪存主控模块性能的装置以及对闪存主控模块的性能进行检测和评估的方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 本专利技术公开一种闪存器件仿真设备，包括-闪存接口模拟模块，用于与闪存主控模块交换数据；闪存存储特性模拟模块，用于模拟闪存的信号，并输出到所述闪存接 口模拟模块；数据存储模块，用于存储各种数据； 通信接口模块，用于与上位机交换数据；操作监测模块，用于接收由所述闪存接口模拟模块输入的信号，并把 该信号传送到所述通信接口模块；以及系统配置模块，用于控制所述闪存存储特性模拟模块、数据存储模块 和操作监测模块的工作。所述闪存存储特性模拟模块所模拟闪存的信号，对应闪存的内部功 能，所述内部功能包括访问速度、读写延迟等接口特性参数，总容量、 页容量、坏块数量、位置、原始误码率、数据错误、坏块、写入操作失败、 读出操作失败以及突发错误概率。所述操作监测模块还处理分析所接收的闪存主控模块所输出的数据， 并把处理结果通过所述通信接口模块传送给所述上位机。所述系统配置模块保存有用于控制闪存存储特性模拟模块的存储特 性参数的配置参数；所述存储特性参数包括访问速度、读写延迟等接口 特性参数，总容量、页容量、坏块数量和位置、原始误码率，以及突发错 误概率。所述上位机通过通信接口模块向所述系统配置模块写入所述配置参数。所述通信接口模块采用USB接口 。所述数据存储模块采用DRAM或硬盘，所述闪存接口模拟模块、闪存 存储特性模拟模块、系统配置模块和操作监测模块集成在同一片FPGA上。本专利技术还公开一种闪存主控模块评测方法，包括如下步闪存器件仿真设备通过闪存接口模拟模块与闪存主控模块连接；A. 闪存器件仿真设备向闪存主控模块发出模拟闪存的信号并接收闪 存主控模块输出的信号；B. 对闪存主控模块输出的信号进行统计与分析。 闪存器件仿真设备包括通信接口模块、数据存储模块、系统配置模块、操作监测模块和闪存存储特性模拟模块；该方法还包括如下步骤-上位机通过所述通信接口模块向所述系统配置模块输入用于控制闪 存存储特性模拟模块的存储特性参数的配置参数，所述存储特性参数包括访问速度、读写延迟等接口特性参数，总容量、页容量、坏块数量和位置、 原始误码率，以及突发错误概率。所述步骤A包括所述操作监测模块负责接收并处理通过所述闪存接口模拟模块输入的所述闪存主控模块的数据；所述闪存存储特性模拟模块将由所述闪存主 控模块输入的闪存地址转化数据存储模块的物理地址，当所述闪存主控模 块命令写入数据时，所述闪存存储特性模拟模块产生写入数据相关的冗余 信息，与由所述闪存主控模块所要写入数据一起写入到所述数据存储模块； 当所述闪存主控模块命令读出数据时，所述闪存存储特性模拟模块对由所 述数据存储模块读出数据进行冗余信息去除；所述闪存存储特性模拟模块 根据所述系统配置模块的命令产生对应相应的存储特性参数的信号，该信 号通过所述闪存接口模拟模块传送给所述闪存主控模块； 所述步骤B包括所述闪存主控模块输出的信号由所述闪存器件仿真设备处理后传送给上位机，由所述上位机进行统计与分析。与现有技术相比本专利技术的优点在于，本专利技术的闪存器件仿真设备对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闪存器件仿真设备，用于监测闪存主控模块（２０２）的工作状态，其特征在于，包括：　闪存接口模拟模块（１０１），用于与闪存主控模块（２０２）交换数据；　闪存存储特性模拟模块（１０２），用于模拟闪存的信号，并输出到所述闪存接口模拟 模块（１０１）；　数据存储模块（１０３），用于存储各种数据；　通信接口模块（１０６），用于与上位机（３００）交换数据；　操作监测模块（１０５），用于接收由所述闪存接口模拟模块（１０１）输入的信号，并把该信号传送到所述通信接 口模块（１０６）；以及　系统配置模块（１０４），用于控制所述闪存存储特性模拟模块（１０２）、数据存储模块（１０３）和操作监测模块（１０５）的工作。

【技术特征摘要】
1、一种闪存器件仿真设备，用于监测闪存主控模块(202)的工作状态，其特征在于，包括闪存接口模拟模块(101)，用于与闪存主控模块(202)交换数据；闪存存储特性模拟模块(102)，用于模拟闪存的信号，并输出到所述闪存接口模拟模块(101)；数据存储模块(103)，用于存储各种数据；通信接口模块(106)，用于与上位机(300)交换数据；操作监测模块(105)，用于接收由所述闪存接口模拟模块(101)输入的信号，并把该信号传送到所述通信接口模块(106)；以及系统配置模块(104)，用于控制所述闪存存储特性模拟模块(102)、数据存储模块(103)和操作监测模块(105)的工作。2、 根据权利要求1所述的闪存器件仿真设备，其特征在于，所述闪 存存储特性模拟模块(102)所模拟闪存的信号，对应闪存的内部功能，所 述内部功能包括数据的写入、读出、坏块、突发读写错误和原始误码。3、 根据权利要求1所述的闪存器件仿真设备，其特征在于，所述操 作监测模块(105)还处理分析所接收的闪存主控模块(202)所输出的数 据，并把处理结果通过所述通信接口模块(106)传送给所述上位机(300)。4、 根据权利要求1所述的闪存器件仿真设备，其特征在于，所述系 统配置模块(104)保存有用于控制闪存存储特性模拟模块(102)的存 储特性参数的配置参数；所述存储特性参数包括访问速度、读写延迟等 接口特性参数，总容量、页容量、坏块数量和位置、原始误码率、数据错 误、写入操作失败、读出操作失败以及突发错误概率。5、 根据权利要求1所述的闪存器件仿真设备，其特征在于，所述上 位机(300)通过通信接口模块(106)向所述系统配置模块(104)写入所 述配置参数。6、 根据权利要求l、 2、 3、 4或5所述的闪存器件仿真设备，其特征 在于，所述通信接口模块(106)采用USB接口。7、 根据权利要求6所述的闪存器件仿真设备，其特征在于，所述数据存储模块(103)采用DRAM或硬盘，所述闪存接口模拟模块(101)、闪 存存储特性模拟模块(102)、系统配置模块(104)和操作监测模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪凯，马建设，王怀涛，张海光，林家用，崔铭常，张松，程雪岷，毛乐山，林喜荣，符英文，李慧平，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，东莞市智盾电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]