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一种基于忆阻器的2T2M存储阵列的设计研究

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延边大学学报（自然科学版） 2023年第3期49卷 257-261页

作者：蔡振扬刘苡萌徐红梅延边大学工学院吉林延吉133002

为了提高非易失性存储器的存储密度和存储效率,提出了一种基于忆阻器的2T2M存储阵列.该阵列采用10×10的交叉结构.Simulink仿真实验证明,该存储阵列不仅可以有效增加存储单元的存储密度和提高存储效率,而且电路结构简单;因此,该存储阵... 详细信息

为了提高非易失性存储器的存储密度和存储效率,提出了一种基于忆阻器的2T2M存储阵列.该阵列采用10×10的交叉结构.Simulink仿真实验证明,该存储阵列不仅可以有效增加存储单元的存储密度和提高存储效率,而且电路结构简单;因此,该存储阵列可为高存储密度电路和图像存储的设计提供参考.

关键词：忆阻器存储阵列 2T2M 读写操作存储单元存储密度

基于RAM存储阵列的并行多通道FIFO设计

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微电子学与计算机 2018年第12期35卷 27-32页

作者：袁亚鹏倪伟郑强强张多利宋宇鲲合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009

FPGA中Block RAM的块状特性决定了具有读写位宽转换功能的异步FIFO容易存在存储资源浪费.针对这个现象,本文提出一种基于存储阵列的新型并行FIFO结构——多通道FIFO共享多RAM(Multi-channelFIFO sharing Multiple RAM,MFMR).与通用FIFO... 详细信息

FPGA中Block RAM的块状特性决定了具有读写位宽转换功能的异步FIFO容易存在存储资源浪费.针对这个现象,本文提出一种基于存储阵列的新型并行FIFO结构——多通道FIFO共享多RAM(Multi-channelFIFO sharing Multiple RAM,MFMR).与通用FIFO IP相比,MFMR以仅增加少量通用Slice资源为代价,大幅度降低专有Block RAM(BRAM)存储资源消耗,成倍提升存储资源空间有效利用率,最大可达通用FIFO IP资源利用率的N倍,其中N=max(α,1/α),α是FIFO读位宽与写位宽的比值。

关键词：并行FIFO 位宽转换存储阵列存储浪费

基于高速图像数据Flash存储阵列无效块管理

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电视技术 2016年第4期40卷 38-42,79页

作者：任勇峰薄仕储成群李杰闫安斌中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051

针对高速图像数据FPGA大容量存储的需求,提出了两种基于高速并行化Flash大容量数据存储结构的无效块管理策略,并对比了在不同应用环境下,基于超级块地址映射的无效块管理及基于位索引的无效块管理的优缺点,列出了两种方式的数据无效块... 详细信息

针对高速图像数据FPGA大容量存储的需求,提出了两种基于高速并行化Flash大容量数据存储结构的无效块管理策略,并对比了在不同应用环境下,基于超级块地址映射的无效块管理及基于位索引的无效块管理的优缺点,列出了两种方式的数据无效块列表资源占用情况和存储容量损耗。通过多个工程项目的验证,这两种无效快管理策略各有所长,满足高速并行化存储Flash阵列的不同应用环境。

关键词：存储阵列无效块管理超级块地址映射位索引

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宽电压时序推测型SRAM存储阵列的设计

宽电压时序推测型SRAM存储阵列的设计

作者：郭易辰东南大学

学位级别：硕士

为满足片上系统(System on a Chip,SoC)的能效需求,低至近阈值区的宽电压静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)的设计在学术界引起了广泛的关注。存储阵列作为SRAM的关键模块,决定着SRAM的整体性能。随着电源电压降低,局... 详细信息

为满足片上系统(System on a Chip,SoC)的能效需求,低至近阈值区的宽电压静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)的设计在学术界引起了广泛的关注。存储阵列作为SRAM的关键模块,决定着SRAM的整体性能。随着电源电压降低,局部工艺波动导致电路需要的设计裕度越来越大,在近阈值区,过于悲观的设计裕度大大地增加了存储阵列的读出延时,SRAM的性能因此严重退化。时序推测方案能够在一定程度上降低过大的设计裕度对性能的影响,时序推测方案采用两次读出的方式,第一次读出为推测型读出,数据快速输出,用于降低存储阵列的延时,第二次读出为确认型读出,用于检错。现有的时序推测方案在近阈值区的检错延时过大,这限制了其在SoC芯片中的应用。本文提出了一种改进型的时序推测方案,该方案在推测型读出后通过快速调整灵敏放大器输入电压的极性实现快速检错,该方案可以大幅度降低存储阵列的读出延时,仿真结果表明:相比传统的读出方案,存储阵列的读出延时在低电压下(0.5V)和正常电压下(0.9V)分别降低了大约50%和10%。本文以时序推测型存储阵列为核心,基于TSMC 28nm工艺,完成了一款容量为256×32的宽电压SRAM的设计,并完成后仿真的验证,仿真结果表明:相比于传统方案,本文SRAM的整体读出延时在0.5V和0.9V工作电压下分别降低了36%和2%。与传统的方案相比,本文方案收益的综合指标(Figure of Merit,FoM)提升了1.96倍。与其他的时序推测方案相比,本文方案收益的FoM提升了1.75倍。

关键词：静态随机存储器存储阵列近阈值时序推测

基于MPC8377E的网络电子存储阵列关键技术研究

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基于MPC8377E的网络电子存储阵列关键技术研究

作者：王恒亮西安电子科技大学

学位级别：硕士

现今,在电子信息科学和移动互联网技术领域正在发生着的高速变革和发展,使得包括军事科技、测量探测和民用通讯等在内的各行各业都催生出了大容量数据的存储需求,有许多还要提供方便的联网下载功能。纵览目前已存在的和正在蓬勃发展中... 详细信息

现今,在电子信息科学和移动互联网技术领域正在发生着的高速变革和发展,使得包括军事科技、测量探测和民用通讯等在内的各行各业都催生出了大容量数据的存储需求,有许多还要提供方便的联网下载功能。纵览目前已存在的和正在蓬勃发展中的大容量存储技术,如RAID阵列排布、网络存储和新兴磁介质存储等,其各有利弊,或各自在擅长的领域独自发挥着作用,或刚刚研发成功正在进入市场的过程中,也有一些并没有提供合适的联网下载能力。基于这一现状,本文在网络大容量存储方面提出了一种新的解决方案。本文以Freescale(飞思卡尔)公司的PowerPC构架处理器MPC8377E为主控芯片,以嵌入式Linux系统为主控系统,以SATA接口的固态硬盘为存储介质,设计了网络电子存储阵列实现方案。重点对阵列所涉及的主控芯片MPC8377E软件系统移植、对外网络数据接口以及阵列内部的PCI Express总线数据交互等关键技术进行了研究实现。本网络电子存储阵列由1块管理板和10块存储板构成,所有板卡都是以MPC8377E为主控芯片而设计实现的,基于MPC8377E处理器内部集成的SATA控制器、千兆以太网控制器和PCI Express总线控制器等模块,均可以通过嵌入式linux系统统一管理使用,本方案中管理板通过千兆以太网与外部实现数据交互,阵列内部利用PCI Express总线实现管理板与10块存储板之间的数据交互,每个存储板最终将PCI Express总线交互的数据通过SATA接口实现了固态盘的数据存储。该阵列实现的关键是MPC8377E的软件系统方面,本文以嵌入式Linux为主导,从引导加载程序U-Boot移植开始,逐步在包括管理板和存储板的各个板卡内分别移植了嵌入式Linux系统,这其中包括Linux内核镜像文件,PowerPC构架下特有的,U-Boot引导程序与嵌入式Linux内核之间的桥梁文件——DTB设备树文件,还有内核启动后第一个要挂载的根文件系统镜像。并基于该根文件系统,完成了PCI Express驱动程序源代码的编译和驱动模块的生成,在嵌入式Linux系统的基础上编写了本存储阵列对外数据交互的接口,一个与传统FTP不同的自定义的FTP服务程序,并针对PowerPC构架交叉编译了可执行的二进制文件,最终完成了本网络电子存储阵列的软件移植和设计。总体上实现了与上位机的FTP联网通信和固态SATA硬盘阵列中数据的下载。本系统共包含10个MPC8377E存储板,每个存储板管理两路容量为500GB的SATA接口固态盘,从整体上构成了一个总容量达10TB的存储阵列,并在此基础上移植了嵌入式Linux系统,对外实现了基于FTP协议的网络数据下载。基于以上功能特性,本文中研究实现的基于MPC8377E主控芯片的网络电子存储阵列可以在大容量数据存储领域中提供一个新的问题解决思路和参考。

关键词： MPC8377E 存储阵列嵌入式Linux FTP

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一种可堆叠存储阵列及其分布式存储管理

一种可堆叠存储阵列及其分布式存储管理

作者：贾效玲太原理工大学

学位级别：硕士

伴随着互联网+的提出,数据海量增长,对存储系统提出了新的要求。单个存储设备由于受到工艺水平的制约,提升性能的空间有限,存储阵列成为当前一种重要的设备结构。对于扩大存储系统的容量,目前存储阵列结构有较多解决方案,但是如何在扩... 详细信息

伴随着互联网+的提出,数据海量增长,对存储系统提出了新的要求。单个存储设备由于受到工艺水平的制约,提升性能的空间有限,存储阵列成为当前一种重要的设备结构。对于扩大存储系统的容量,目前存储阵列结构有较多解决方案,但是如何在扩容的同时提升存储访问带宽,仍是十分棘手的难题。为了设计新型高速大容量的存储系统,使得存储阵列能够在扩容的同时,同步提升I/O带宽的访问速度,本论文提出了一种可堆叠存储介质的方案,然后基于可堆叠存储介质设计了可堆叠存储阵列,是一种扩容同步提速的存储阵列解决方案。可堆叠存储介质必须是消息连接的设备。传统的并行接口存储介质如ATA硬盘,升级成为SATA硬盘后,访问控制器从主机端转移到设备上,成为消息连接的存储介质。但是SATA硬盘还不是可堆叠存储介质,由于SATA的消息协议中不包含存储介质的地址字段,多个SATA硬盘堆叠连接在一起是无法区分的。Marvell公司于2012年推出SATA端口倍增器PM,设置了端口地址用来区别多个不同的SATA硬盘,实现了多个SATA硬盘的堆叠连接。但是这样堆叠在一起的SATA设备是通过PM控制选通方式工作的,存储介质本身并不是可堆叠的,因此PM方案只能扩容,不能提升I/O访问带宽。本论文提出一种新的存储访问消息协议MES,在其中设置了存储设备的目标地址字段,包括群group,组set和通道channel(或设备),按照群组通道gsc方式设置阵列参数,并通过新定义的消息结构mes传递参数,访问阵列,形成一种支持存储介质和存储阵列堆叠的消息交换结构。在此基础上进行可堆叠存储阵列的具体设计,10个通道(或设备)的系统i/o访问带宽可达48g,并且仍有很大提升空间。目前样机正在制作中。论文完成了以下工作:1.提出存储设备和存储阵列的可堆叠思想,介绍了可堆叠控制芯片pm,详细分析pm工作原理,实现了pm的硬盘访问;2.提出可堆叠存储阵列的gsc组织方式,建立了扇区堆和超扇区的实施方案;3.定义了可堆叠存储阵列的消息交换结构mes,分析划分了可堆叠存储阵列的各模块,定义了各自的结构和功能。4.将可堆叠存储阵列与pm的端口倍增功能结合起来,并充分利用fpga的并行处理能力实现扩容和提速,提高了系统的灵活性和可扩展性。并为分布式文件管理奠定了基础。5.利用xilinxkintex-7fpga和marvell88sm9705可堆叠控制芯片,搭建了ccs2040硬件平台;使用mentordxdesigner电路设计工具设计了电源、时钟、复位、88sm9705、ddr3、flash以及jtag、pcie、sata和sas接口的硬件电路,完成可堆叠存储阵列系统的结构设计。ccs2040通过pcie2.0x4硬核或pcie3.0x4软核接口与t2080开发板交换mes消息,通过t2080的4个10gbit光纤接口接入网络,可另外通过2个12gbps的sas接口接入主机,实现高带宽的主机接口与低速率的存储设备的平滑对接。目前,系统原型机设计已经定型,样机正在布线制板过程,FPGA程序设计已经完成,正在等待样机验证调试。

关键词：可堆叠存储阵列 GSC 超扇区 MES 带宽汇聚卸载

基于PowerPC大容量网络电子存储阵列关键技术

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基于PowerPC大容量网络电子存储阵列关键技术

作者：王锏西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着信息技术与网络技术的高速发展,人们需要存储的网络数据量急剧增加,这样对于大容量网络数据存储设备的需求日渐凸显。然而,现有数据存储设备大多数都受限于数据存储量不够大、不支持网络且不易扩展维护等缺点,因此,设计一款针对大... 详细信息

随着信息技术与网络技术的高速发展,人们需要存储的网络数据量急剧增加,这样对于大容量网络数据存储设备的需求日渐凸显。然而,现有数据存储设备大多数都受限于数据存储量不够大、不支持网络且不易扩展维护等缺点,因此,设计一款针对大容量网络数据存储设备具有极高的工程应用价值。本文为了解决大容量网络数据存储的需求,研究了针对大容量网络数据存储的PowerPC大容量网络电子存储阵列实现的关键技术。本存储阵列实现过程中关键技术包括:存储阵列内部多板之间的高速PCIe通信、存储阵列对外冗余网络接口以及存储阵列文件管理FTP服务器。针对存储阵列实现的关键技术,论文主要工作如下:1.根据实际用户要求完成基于MPC8377大容量网络电子存储阵列的总体设计方案并分别阐述了该阵列三个组成部分管理板、存储板以及母板的设计方案。2.研究MPC8377的PCIe技术与PCIe总线扩展技术,完成了存储阵列内部一个管理板与多个存储板之间的高速PCIe通信设计方案。同时,根据PCIe通信方案详细阐述该实现方案的硬件设计和软件设计。3.研究MPC8377的网络模块,完成PHY网络驱动移植实现存储阵列网络数据传输,在基于网络传输的实现后采用双PHY和CPLD设计与实现双冗余网络。4.研究Linux网络编程以及FTP协议原理并根据存储阵列内部数据存储特征以及内部文件管理要求,设计与实现一款适用于本存储阵列的自定义FTP服务器。论文最后对存储阵列PCIe数据传输、网络数据传输、网络切换以及FTP服务器进行了测试,测试结果表明,存储阵列满足设计要求。

关键词：大容量存储阵列 PCIe 双冗余网络 FTP服务器