基于FPGA的高速大容量固态存储设备设计

对Flash的读写操作都是基于页的，读写操作的时序分别如图5和图6所示。计算机通过CPCI总线发送出读或写命令后， FPGA 内部根据接收到的命令执行相应操作。写Flash时，外部采集的数据输入RAM1，RAM1满后，开始向RAM2写入数据，同时选通第一条总线上第一组Flash的写模块，在写模块中通过计数器产生ALE、CLE、WE、RE等控制写Flash的相应时序，将数据从RAM中编程到Flash内存，并令页地址加1，依次循环(循环流程见图3)。当总线上的第4组Flash的页地址为64时，块地址加1，并读取无效块信息，如果为无效块，则屏蔽此块，重新读取下一块信息，直至读取到正常块为止。如果是正常块，则向此块中写入数据，同时将页地址清零。读操作与写操作类似，只不过是将Flash中的数据读出先送到RAM，然后依循环次序读取RAM即可。

       3.5 PCI9054操控部分的设计

       通过编写PCI9054专用的驱动和应用软件，实现由计算机通过CPCI总线操控存储板卡。在应用软件中，对Flash读写或者擦除等命令自定义为对CPCI总线发送特定的数据。而在FPGA内部根据PCI9054发送的局部端数据线上的特定数据判断是何种操作，并执行相应操作。FPGA和PCI9054通信的主要信号线有LHOLD、LHOLDA、READY、ADS、ADDR、DATA，利用这些信号线可以实现PCI9054局部端和FPGA握手。将数据写到计算机中。在PCI9054专用的驱动和应用软件中，利用DMA方式读取Flash，读取速度可提高至1.3 MHz×16 bit。

       4 结束语

       本设计采用流水、并行处理技术，利用FPGA内部嵌入的存储块设计一组高速数据缓冲区，使得多个慢速的存储器件并行工作，令系统内外部数据的速率匹配，避免了外置高速缓存，简化了硬件电路，且极大地提高了存储数据的速率。大容量高密度闪存器件可使单片存储板容量高达128 Gbit。在FP-GA内部设计中，建立Flash无效块信息列表，并在此基础上对Flash进行读、写、擦除及重建无效块信息等操作。使系统具有集成度高、灵活性好、可移植性强、速度快等特点。通过CPCI总线采取DMA方式读取，极大地提高了读取速度。当接收到的数据带宽很大，速度很高时，可将存储板并联起来，多个存储板级联可满足更大的存储容量需求，也可将级联并联二者结合起来以满足不同系统的要求。整个系统基于CPCI工控机箱，更适合于野外的工作环境，并能及时保存、分析数据。

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