针对固态驱动器的NFTL算法性能优化

用于闪存的NFTL算法随着闪存技术的发展表现出空间利用率低、擦除效率不高等不足,为保证读速度牺牲Flash读性能上的优势,而且不适用于固态驱动器。基于此,提出一种改进方案,利用增加内存中存放的包括有效位图和反向映射表等元数据的方式改进NFTL算法使其适用于固态驱动器,取得一定的性能提升。     

一种针对块内日志存储模型的缓冲区管理方法

闪存的擦后写特性,使其对小粒度随机更新为主的数据库应用,存在较大的更新时延.基于块内日志的存储管理模型提出了一种使用日志的方法,有效地解决了该问题.但是由于没有考虑数据访问的冷热特性,使得热擦除块合并操作非常频繁,同时它们采用的强制日志刷新策略导致闪存日志区存在严重的碎片问题.针对上述问题,本文提出一种基于数据冷热检测的双链表缓冲区算法DLPA,它根据数据的访问特性动态地分配日志页大小,可以有效减少擦除块合并操作,同时在日志刷新至闪存时,结合两种日志打包策略,有效地改善了日志区碎片问题.实验显示,该算法在增加少量存储开销的前提下,显著地优于现有算法.     

一种基于YAFFS2的静态磨损均衡算法设计

针对已有算法大多基于FTL(Flash Translation Layer)闪存存储体系设计,无法直接应用到闪存文件系统的情况,基于YAFFS2闪存文件系统设计了一种静态磨损均衡算法。考虑不同数据冷热属性的差异,设计了两种不同的块分配策略,在减缓最大擦除次数增长速度的同时,加强对冷数据占用块的利用;利用闪存块擦除次数在物理空间上分布的随机性,简化了块分配策略中的搜索过程,降低了算法复杂度;采用不均衡度阈值作为算法触发条件,保证良好的均衡效果。实验结果表明,算法降低了擦除次数方差,提高了闪存磨损均衡度,可有效延长闪存寿命,提高闪存存储系统的可靠性。     

基于权重堆排序的NAND Flash静态磨损均衡机制

磨损均衡机制作为闪存转换层的基础机制之一,其主要功能是延长闪存块使用寿命和提高存储数据的可靠性。现有的磨损均衡机制着重于减少闪存块的擦除次数,忽略了在磨损均衡操作过程中选择擦除脏块的不合理所带来的不必要数据迁移开销,从而影响了固态硬盘的整体读写性能。针对该问题,提出了一种基于权重堆排序的 NAND Flash静态磨损均衡机制WHWL。首先,提出一种基于页数据访问频率和块擦除次数的权重的热度计算方法,有效地提高擦除次数少（冷块）且数据访问频率低（冷数据）的目标块命中率,避免了多余的数据迁移操作;其次,提出了一种基于权重的堆排序目标块选择算法,以加快目标块的筛选。实验结果表明,与现有的PWL和BET算法相比,在使用相同映射机制的条件下,WHWL能够分别提升固态硬盘寿命1.28、5.83倍,数据迁移次数也有明显的降低。     

一种基于功能表的高效FTL算法

FTL用于将闪存模拟成标准的块设备以屏蔽其写前进行擦除的特性。传统的FTL算法采用扫描冗余区的方式建立映射表,初始化速度慢,并通过单纯的映射表实现地址转换,只能部分改善空间利用率,有的甚至提高了块回收代价,使运行效率变得低效。本文提出了功能表的思想,通过状态表寻址直接建立块映射表和块信息来提高启动速度,降低空间复杂度。通过将映射表与块信息相结合来实现读写操作中地址的查找,均衡了空间利用率和回收代价。     

一种基于闪存的缓冲区管理算法

在大多数以磁盘为存储系统的操作系统中,缓冲区管理算法只考虑到了数据访问的命中率。然而,闪存的写操作代价远远大于读操作代价。为了提高闪存性能,本文提出的O CFLRU（Optimal CFLRU）算法对于CFLRU（Clean First LRU）算法做了优化。该算法用一种页 块混合的数据结构来分别管理缓冲区中的干净页面和脏的数据页面聚簇。当缓冲区空间不够时,优先置换干净页面,再置换出脏的数据页聚簇,从而减少了写回的次数和随机写带来的擦除次数,提高了闪存的性能。     

基于NAND闪存存储器的一种超级块闪存翻译层机制研究

NAND闪存的存储系统中,软件中间层闪存翻译层通常被用来隐藏写前必须先擦除的NAND闪存特性。介绍一种新的闪存翻译层机制,它会将相邻的逻辑块合并为一个块,称之为超级块,该超级块在闪存翻译层机制下是粗颗粒度映射,而其中的页是被细颗粒度映射到物理块的任意位置。为了减少额外的存储和闪存操作,细颗粒度映射信息被保存在NAND闪存的空闲区域。使用该混合映射技术不仅具有细颗粒度的灵活性而且只需要占用粗颗粒度的存储空间。实验结果研究表明,与其他闪存翻译层技术相比,该闪存翻译层机制减少了多达40%的垃圾回收操作。     

闪存数据库缓冲区置换算法综述

随着闪存技术的发展和闪存容量的不断增大,闪存存储被广泛应用,给闪存数据库管理带来机遇和挑战。因为闪存和磁盘读写方式不同,读写性能也有差别,所以对于闪存缓冲区的管理成为一个亟待解决的问题。为了提高闪存的访问性能,缓冲区置换算法在保证命中率的同时要尽量减少写和擦除操作的次数。对主流的闪存数据库缓冲区置换算法进行分析,比较了几种算法的优点和不足,并给出了未来研究的方向。     

OEBS:一种闪存磨损均衡算法

闪存诞生以来得到了广泛应用,它的特性包括:块擦除次数有限和擦除后重写.这两个特性都会影响闪存的使用寿命.针对这一问题,本文提出并实现了一种新颖的磨损均衡算法-OEBS(Outstanding Erase Block Set) -显性擦除块集.该方法通过高低频数据互换,有效均衡了擦除分布;使用显性擦除块集保护显性擦除块,避免了互换颠簸;将显性擦除块集和非显性擦除块集分开管理,提高了效率.模拟实验数据结合量化了的使用寿命延长度,表明数据块的擦除分布均匀,效率较高,有效延长了闪存的使用寿命.     

高效的闪存空间分配与回收方法

随着闪存容量的不断增长以及企业计算、Web数据管理等新型闪存应用的出现,如何管理大容量闪存的存储空间已成为一个迫切需要解决的问题.针对已有闪存空间管理方法存在的低垃圾回收效率和低空间利用率等问题,提出了一种新的高效的闪存空间分配与回收方法,称为BSFTL.BSFTL将数据块区分为冷热两种类型并采用不同的存储管理方式.实验结果表明,BSFTL方法可以显著降低垃圾回收的代价,同时提供了较高的闪存空间利用率.     

LSB page refresh based retention error recovery scheme for MLC NAND Flash

NAND Flash memories present inevitable decline in reliability due to scaling down and multilevel cell (MLC) technology. High retention error rate in highly program/erase (P/E) cycled blocks induces stronger ECC requirement in system, causing higher spare bits cost and hardware overhead. In this paper, a least significant bit (LSB) page refresh based retention recovery scheme is proposed to improve the retention reliability of highly scaled MLC NAND Flash. As in the scheme, LSB page refresh operation induces floating gate electron re-injection to compensate charge leakage during long retention time, and realizes retention error rate reduction. Experiment result on 2x-nm MLC NAND Flash exhibits more than 78% retention error rate reduction. Comparing with reported retention error recovery scheme, the proposed scheme presents 2.5 times recovery efficiency promotion and 60% latency reduction.     

大容量NAND Flash文件系统转换层优化设计

针对基于NAND Flash转换层(NFTL)架构的Flash文件系统在大容量NAND Flash设备上存在的性能不足,本文分析了NFTL的存储管理机制,基于vxworks嵌入式系统平台提出了对NFTL模块的优化设计方法并进行了具体实现。实验表明,优化后的NFTL模块有效提高了文件系统的读写性能,缩短了加载时间。     

NAND FLASH编程实现研究分析

以阐明编程支持NAND FLASH的方法为目的。总览了NAND FLASH层次结构;讨论了NAND FLASH的写操作过程,这种写操作的特点也是FLASH有别于其它存储介质的地方,同时也对NAND FLASH的擦除操作做了介绍;在对整体的框架和特点有了了解之后,进一步对编程支持NAND FLASH的过程中会遇到的一些概念和细节给出了具体的说明。对NAND FLASH的编程支持有一定的复杂性,但只要了解了它的工作方式,也并非难事。     

一种适用FADEC的NAND Flash文件存储系统

NAND Flash具有容量大、存取数据快的优点.但是,在使用过程中NAND Flash会产生坏块,且坏块是随机分布的.因此,操作NAND Flash需要相当的技巧,不能往坏块里写入数据.同时,NAND Flash更容易发生位翻转,需要使用ECC算法确保信息的正确性.在航空发动机上NAND Flash主要用来记录发动机控制(FADEC)的历史数据.FADEC的历史数据记录要求大容量、实时性和正确性.提出的适用FADEC的NAND Flash的文件存储系统(FFS_N)可以有效地解决NAND Flash使用上的问题,同时满足航空发动机控制历史数据记录要求.     

一种高效的星载高速固态存储器坏块管理算法

随着卫星技术的发展和功能的多样化,星载固态存储器需要存储的数据量越来越大,存储速率越来越高,在轨寿命越来越长。基于NAND Flash的星载固态存储器的并行存储方案得到广泛应用。但是由于NAND Flash存在初始坏块,且Flash芯片中坏块分布离散性较大。当固态存储器存储速率较高,并行存储的Flash芯片数增多,坏块经叠加映射后,使固态存储器有效容量损失较大。针对高速固态存储器的坏块问题,提出了一种高效的坏块管理算法,通过对坏块进行地址映射和替换,使固态存储器初始有效容量与装机容量的比值在高速并行存储的情况下仍能保持在97%左右,提高了Flash芯片存储容量的利用率,延长了大容量星载高速固态存储器的使用寿命。     

支持Yaffs2文件系统的U-Boot的实现

为了在大容量NAND Flash存储器中运行Yaffs2(yet another flash file system)文件系统,分析了Yaffs2文件系统的结构、原理、性能和嵌入式系统中启动代码U-Boot的功能.在此基础上对U-Boot进行了改进.实现了在嵌入式系统的开发过程中用U-Boot向大容量NAND Flash中写入Yaffs2文件系统,并将其成功应用在正在开发的嵌入式手持设备中,从而可以方便地使用大容量的NAND Flash存储器.     

NAND Flash控制器的BCH编/译码器设计

提出一种应用于NAND Flash控制器的并行BCH编/译码器,在译码阶段引入流水线操作和分组预取译码操作,提升BCH码的译码效率。实验结果表明,在NAND Flash的2 KB页读取操作中,该编/译码器纠正8 bit的随机错误只需要565个周期的译码时间,是采用按页预取译码方式所需时间的1/4。     

基于阈值控制的损耗均衡算法设计

由于NAND Flash块的擦除次数是有限的,必须采用损耗均（Wear-Leveling）算法,使各个块的擦除次数近似均衡,以提高其使用寿命。本文对损耗均衡问题做了详细的分析,提出了一种基于阈值控制的损耗均衡算法。实验证明,该方法能有效解决损耗均衡问题。     

基于NAND Flash的CPU安全启动设计与实现

NAND Flash存储器以其容量大、成本低和速度快的优势,在嵌入式系统中得到广泛的应用。但是,由于NAND Flash固有的器件特性,必须要有驱动才能对其进行读写,存储于其上的代码不能直接执行,因此其并不适合作为系统启动代码的存储介质。一般采用NOR Flash存储启动代码并直接执行,然后再引导存储于NAND Flash中的操作系统镜像,这增大了系统成本和功耗。设计并实现了一种基于NAND Flash的CPU安全启动方法。该方法首先通过软硬件结合的方式,在片内NAND Flash控制器中增加块映射表结构,并由NAND Flash中第1块空间存储的代码进行好块寻找和块映射表填写,使NAND Flash的一部分存储空间可以直接映射为硬件可访问的内存空间,从而使得NAND Flash可以作为系统启动的存储介质,实现仅需NAND Flash存储的系统。还提出了一种扩展BootROM的方案,结合NAND Flash地址映射结构,将片内BootROM的一部分扩展到NAND Flash的第1块存储空间中,并通过Hash比对验证BootROM,从而有效降低了片内BootROM的设计复杂度,减少了代码量。通过提出的方法,可以有效地实现单NAND Flash系统的安全启动,降低了系统成本,提高了系统的安全特性。