星载固态存储系统自适应闪存转换层设计

传统星载存储系统闪存转换层（Flash Translation Layer, FTL）算法采用页级FTL映射方案和固定分区的文件管理策略,存在主机占用率高、系统响应时间长以及没有充分考虑FLASH磨损均衡等问题.为此,对传统星载存储系统方案和星载固态存储系统的工作原理深入分析研究,结合实际型号任务需求,提出了一种数据驱动的自适应超级块闪存转换层算法 (Data-driven Adaptive Superblock FTL, DASFTL).DASFTL算法采用自适应超级块的分级地址映射方案,其中超级块映射表（Superblock Mapping Table, SMT）作为一级映射,页地址映射表（Page Mapping Table, PMT）作为二级映射,以提高系统的响应速度;将超级块作为FLASH地址管理的最小单元,以减少存储系统对主机的依赖;引入动态块回收权重作为超级块分组和目标回收块选择的标准,以均衡FLASH芯片内各物理块的磨损程度,延长其使用寿命.搭建硬件测试平台对DASFTL算法进行验证,实验结果表明,提出的数据驱动的自适应超级块闪存转换层算法相比于传统星载FTL算法在主机占用率和系统响应速度上分别有51.7%、46.1%的提升.长时间工作下FLASH芯片内部各物理块的擦除次数更加均衡,有效避免部分物理块过早磨损,提升FLASH芯片使用寿命.     

双口RAM用于闪存实时数据存储研究

由于NAND闪存的数据写入是以页编程为基础,因而限制了前端采样频率的提高,为此提出了采用双口RAM的双单片机系统解决方案。方案中,主单片机负责A/D转换并在片上RAM缓存数据,满200字节时打包写入双口RAM;当双口RAM缓冲区中的数据达到闪存的页容量时,由单片机读取数据,从单片机以页编程方式一次写入闪存。解决了双口RAM的端口争用问题并讨论了极限采样频率,实现了主、从单片机数据共享,缓存采集信号,即使在较高采样频率下,仍能确保及时、可靠地存储实时信号。     

基于生命值敏感的闪存数据库缓冲区替换算法

针对现有面向闪存的缓冲区替换算法的不足,提出了一种基于生命值敏感的闪存数据库缓冲区替换算法LAB-LRU。该算法把缓冲区分为3个LRU链表来管理,为缓冲区中每个活跃页定义生命值,使高生命值的数据页在缓存中停留更久。生命值的定义充分结合了数据页的访问频度、新颖度(recency)和闪存的读写代价,并采用多线程技术和双阈值控制实现并行高效替换。采用符合Zipf分布的不同用例进行测试,实验结果表明:在缓存命中率、闪存读写次数和系统运行时间方面,本文提出的LAB-LRU算法与现有缓存算法相比性能得到了明显提高。     

星载大容量固态存储器快速可靠启动算法设计

为解决星载SSR启动缓慢,可靠性不足所带来的无法满足复杂、灵活的任务需求问题,研究星载大容量固态存储器(SSR)的索引建立机制,分析传统方案的优缺点并结合在轨运控需求、工作模式等特点,提出一种适合基于NAND FLASH的星载大容量固态存储器的快速启动算法.原有文件系统存储索引表来自于NAND FLASH空余区,算法增加新的保留区设计及相应的启动过程,避免重启时扫描空余区重新建立索引.针对空间环境单粒子效应带来的存储错误,NAND FLASH保留区的索引信息采取ECC编码、冗余备份、分区存储等可靠性措施,提高索引表的可靠性.本文介绍了应用保留区的启动工作机理以及不同模式下的更新方式,阐述了系统在功能性重启和故障性重启下的扫描方式,并建立数学模型分析算法的有效性,最后在使用欧比特NAND FLASH搭建的测试平台上进行验证.算法功能性重启索引建立耗时5.643 ms,故障重启索引建立73.985 ms,而传统算法重启索引建立50.37 s.实验结果表明,本算法显著减少了系统启动耗时.     

ECC嵌入BCH码的NAND闪存纠错算法

针对现有闪存基于硬件ECC纠错算法的纠错能力差,而基于RS码和BCH码纠错算法的译码耗时长的问题,提出一种适于空间应用的硬件ECC嵌入BCH码的闪存纠错算法.分析了闪存内部组织结构特点及闪存硬件ECC纠错原理,提出了一种嵌入BCH(2084,2048,3)码的闪存纠错算法.采用一种蝶形阵列处理机制来迭代计算BCH校验码.使用地面检测设备对闪存纠错算法进行了试验验证.结果表明,纠错算法能快速稳定、可靠地工作,在Flash单页2 kB/页下,可以纠正24b错误.该纠错提高了空间相机图像存储系统的可靠性.     

闪存磨损均衡算法综述

为了延长闪存的使用寿命,普遍采用磨损均衡算法对各块进行管理.将当今该领域的研究成果分为随机性算法和确定性算法两大类,确定性算法进一步分为周期型算法和全局型算法两类.分析了几个典型的算法,指出了各自的优缺点.通过仿真试验,对各类算法从执行时内存消耗、块擦除次数标准差、闪存寿命等几个方面进行了比较.最后提出了进一步可以研究的课题.     

提高SRAM PUFs密钥生成可靠性的方法

在基于PUFs的密钥生成与存储系统中,密钥生成的可靠性由PUFs响应的错误率决定.通过对不同长度下的SRAM PUFs响应进行最大错误率统计和最小熵统计发现,SRAM PUFs内部错误分布不均,导致难以选择合适的纠错码;提出使用地址块选择算法来选取错误率低的地址块,降低SRAM PUFs响应错误率,使用参数化的辅助数据算法（HDA）提高纠错能力.实验结果表明,当SRAM PUFs最大错误率为15%时,通过改变参数寄存器的长度,纠错模块可以降低11%的错误率,有效提高密钥生成的可靠性.     

WinCE 6.0的大容量NAND Flash驱动开发

该文阐述了一种基于Windows CE 6.0的车载全球定位导航器内大容量NAND Flash驱动程序开发。介绍了Marvell公司的PXA310嵌入式处理器与三星公司NAND Flash存储器的硬件连接方式,详细分析了WinCE6.0下NAND Flash驱动程序结构,为增强代码可移植性,设计了FMD分层模型,同时解决了WinCE内核空间和用户空间在同一块大容量Flash上的共享问题。经实验证明,所设计的大容量闪存驱动程序能够可靠运行,达到了预期目标。     

一种宽范围、高精度的带宽自适应式四相DLL

NAND Flash存储器具有读写速度高、容量大、可靠性高等优点,被广泛用于固态硬盘、存储卡、U盘等应用中,成为数据中心和消费电子的核心存储元件.开放NAND闪存接口国际标准作为NAND Flash与控制器之间通用接口协议,严格定义了数据传输相关的控制指令、工作时序、电平要求等规范.根据当前ONFI 4.2国际协议标准...     

延长闪存寿命的数据库数据复制协议

针对传统数据库系统中数据复制协议未充分考虑取决于数据块擦写次数的闪存寿命问题的不足,提出基于上下文的数据复制协议(CBRP).CBRP分析在一定时间窗口内数据复制写操作之间的上下文关系,以闪存数据块大小为基准合并针对相同表的同类操作,以每个操作数据集之间的覆盖或回滚关系为依据消除不必要的操作,在处理结果递交到其他线程进行并行提交后,即刻开始新一轮的处理过程.基于完整实现CBRP的MySQL数据库系统的实验结果表明,在不同的工作负载下,CBRP与经典数据复制协议相比,在从节点上降低了20%～50%的块写操作数,数据复制性能有20%～40%的提升.证明CBRP是对延长闪存寿命行之有效的数据库数据复制协议.     

纠单个相邻对换错误置换码构造与编译码方法

等级调制方案是一种利用置换表示信息的编码方法，用来高效地写入和存储闪存设备的数据。该方案中，信息由单元电荷值的相对等级表示，而不是由单元电荷绝对值来表示。因此，可以构造置换上的等级调制码来缓解闪存单元的过度编程问题与电荷泄漏产生的相邻对换错误问题。从而，等级调制方案下的置换码可以提高闪存系统的可靠性。但是，对于多级存储单元的闪存系统，现有的纠单个相邻对换错误的等级调制置换码缺乏有效的编译码算法。为了解决这个问题，通过交织置换符号集的划分块集合上的两个置换码，提出了一种新的Kendallτ距离度量下可纠正单个相邻对换错误置换码的构造方法。然后，借助unranking映射与置换码的交织技术，提出了一种该类置换码的编码算法。同时，利用置换的ranking映射，提出了一种该类置换码的有效译码算法。所提出的置换码具有简单的结构，而且，通过计算实例验证了所提出的置换码构造方法及其编译码算法的有效性。     

一种基于业务感知和可调节跳数的虚拟化层构建算法

在网络功能虚拟化环境中,网络拓扑抽象是构建一致性视图、屏蔽底层无关细节的重要保证.针对服务功能链的映射问题,从网络拓扑抽象化的角度出发,提出一种基于业务感知和可调节跳数的虚拟化层构建算法.通过分析服务功能链功能需求,建立节点映射,通过可调节跳数的非冗余链路映射方法进行链路映射.仿真实验在所构建的虚拟化层上使用分层图算法...     

FusionCache: 采用闪存的iSCSI存储端融合缓存机制

针对原生的iSCSI目标端控制器缺乏独立的缓存模块问题,为了进一步提高存储区域网的整体性能,在iSCSI target软件中引入了一种基于闪存的融合缓存机制FusionCache.FusionCache利用闪存和DRAM组成统一的融合缓存架构,闪存充当DRAM的扩展空间,DRAM分为缓存块元数据区和前端缓存区.元数据区基于基数树管理缓存块元数据,用于加速缓存块的查找;前端缓存区基于回归拟合统计并预测缓存块访问热度,并吸收大量写入对闪存带来的冲击,只允许热点数据进入闪存.FusionCache采用改进的LRU算法对缓存块进行替换,并且在写回过程中考虑iSCSI会话状态.实验结果表明:FusionCache能降低对后端磁盘设备的访问频率,提高I/O响应的速度和吞吐.与只采用DRAM的缓存机制以及原生iSCSI target相比,FusionCache的I/O访问延时分别降低了33%和60%,吞吐分别提高了25%和54%;相较于Facebook提出的Flashcache机制,FusionCache的吞吐性能提高了18%,延时降低了27%;FusionCache还具有良好的读缓存命中率;此外,FusionCache能够减少闪存的写入次数,提高闪存使用寿命.FusionCache提供良好的网络存储效率,并且降低了使用成本.     

一种用于图像篡改定位的半脆弱数字水印算法

设计并实现了一种用于数字图像内容认证的半脆弱水印方案。算法中,图像块的水印选择Logistic映射作为混沌系统从该图像块本身产生一系列混沌序列,作用于水印的嵌入;每个图像块产生的水印按照Torus,自同构映射嵌入另一个映射块的LSB(Least Significant Bit),对应关系通过密钥来确定,这样建立起图像块之间的相关性;利用混沌对初值极端敏感性的特点,能够定位检测对加入水印图像的篡改,且水印提取不需要原始图像。实验结果表明,嵌入水印后的图像的视觉好;算法具有图像内容局部篡改检测的有效性、敏感性以及良好的篡改定位能力。     

带权网络的个性化PageRank计算

Page Rank是衡量网络节点重要性的指标之一,个性化Page Rank是普通Page Rank的推广形式.目前关于(个性化)Page Rank的研究主要集中在无权网络,而关于带权网络的研究结果较少.有鉴于此,基于矩阵变换和蒙特卡罗方法,分别给出了在静态和动态带权网络中个性化Page Rank计算方法,并从理论上分析了算法的性能.实验结果显示,两种算法都优于传统的幂迭代算法.     

基于SoftSSD的快速固态硬盘固件原型开发（英文）

近年来,固态硬盘已被广泛用于新兴的数据处理系统中。从本质上讲,固态硬盘是一个复杂的嵌入式系统,涉及硬件和软件设计。对于软件设计来说,固件模块如闪存转换层协调了内部操作和闪存管理,并对固态硬盘的整体输入/输出性能至关重要。尽管市场上新的固态硬盘功能发展迅速,但由于缺乏真实和可扩展的固态硬盘开发平台,闪存固件的研究大多是基于模拟方法实现。本文提出SoftSSD,一个面向软件的用于快速闪存固件原型开发的固态硬盘开发平台。SoftSSD的核心是一个具有事件驱动编程模型的新型框架。通过该编程模型,新的闪存转换算法可以被直接集成到全功能的闪存固件中。由此产生的闪存固件可以部署到一个通过外设组件互连总线连接到主机系统的硬件开发板上并对其进行评估。不同于现有的面向硬件的开发平台,SoftSSD通过软件方式实现了大部分的固态硬盘功能组件。因此,曾经被限制在硬件中的数据流和内部状态现在可以用软件调试器来检查以提供更好的可观察性和可扩展性,这对闪存固件的快速原型设计和研究至关重要。我们描述了SoftSSD的编程模型和硬件设计,在原型开发板上进行了实际应用工作负载的实验,以展示SoftSSD的性能和实用性,并...     

XML与关系型数据库数据转换技术的研究

基于XML文档的数据转换算法和模型分析一种基于元素树的数据转换方法,使用DTD元素树来刻画XML文档的结构,并在此基础上建立XML文档与关系型数据库数据的结构映射关系,从而完成数据转换.基于元素树方法,在.NET开发环境中实现XML文档与关系型数据库数据相互转换的应用系统.该系统为用户指定的DTD自动生成其对应的元素树,在此基础上,根据用户定义或系统自动生成的元素与数据库字段的映射关系,实现XML文档与关系型数据的相互转换.     

广义Mandelbrot集和Logistic映射在图像压缩中的应用

目的在构造压缩字典时,改变传统的一幅图像固定一张量化表、一幅图像对应一个压缩字典的分形图像压缩方法,将广义M集和Logistic映射应用于分形图像压缩编码.方法采用函数f（z）=z3＋c,生成M集曲线,使用Logistic混沌映射生成的量化表量化M集曲线,生成图像块,构成压缩字典.将自适应合并算法应用于图像的分类,将量化后的M集图像块与压缩字典中的图像块进行匹配,选出满足条件的图像块,然后对该图像块进行编码;解码时读取压缩字典,重建图像.结果实验证明本算法实现简单、可行,图像压缩比高、重建图像质量好.结论该算法生成的图像块数量多、种类全,构造的压缩字典丰富,解码图像质量高,并且比传统分形图像压缩算法压缩比高,解码速度快.     

嵌入式设备的FAT文件系统设计

随着嵌入式系统的复杂性的不断提高，在嵌入式系统中也需要存储和管理大量数据。闪存的众多特性使其成为嵌入式系统的首选存储设备，而FAT文件系统又以其短小精悍的特点被广泛应用的资源有限的嵌入式系统。该文重点讨论了以磁盘为载体的文件系统向以闪存芯片为载体的嵌入式文件系统移植过程中所需要解决的缓冲问题，并最终采用了一种结构上属于哈希双向链表，结合二次机会算法与最久未使用替换算法的动态维护的缓冲区。     

一种具有任意倍升采样的高速率脉冲成型算法

针对高速数字通信系统中实现任意倍采样率的信号脉冲成型滤波问题,文章提出一种基于查找表思想的可灵活改变采样率的高速通用实现算法.该算法采用FIR滤波器结构,通过将不同采样率转换映射为对查找表地址的寻址问题,实现一定范围内的任意倍采样率的灵活变换;同时结合流水线结构和改进的全并行分布式算法,实现高速率脉冲成型滤波功能,并在硬件平台上进行验证.所提算法具有占用资源低、实现速率高、性能稳定、且可在一定范围实现任意倍可变采样率的特点.