CN201465094U - 一种基于nand的存储板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于NAND的存储板，属于数据存储技术领域。该存储板通过FPGA实现了12个NAND控制器子模块完成对96片NAND的并行流水访问，达到单板最大384GB容量、存储带宽562.5MB/s的数据存储板卡，并且能够通过上位机实现对数据存储过程的控制和对NAND芯片的访问。本实用新型板卡基于标准CPCI协议，易于系统集成，构建高速数据采集系统，可应用于雷达、电子对抗等领域对数据存储带宽以及存储容量要求较高的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于NAND的存储板，属于数据存储技术领域。
背景技术
高速大容量数据存储板主要应用于信号采集中对存储带宽和存储容量要求较大的嵌入式应用场合，例如雷达、电子对抗等应用领域中对宽带信号进行连续采集存储。在这些应用中除了需要高速的数据存储带宽和超大的数据存储容量以外，由于受应用场合的限制故存储设备的体积和功耗要尽可能的小，而目前大多数的数据存储产品均采用磁盘作为存储介质，其单个磁盘的访问带宽只有几十兆字节/秒，而由此搭建的磁盘阵虽然在带宽上能够达到300～400MB/s，但随之而来带来的是体积和功耗上的增大。
发明内容
本实用新型的目的在于克服已有存储系统存储带宽低、设备体积功耗大的缺点，本实用新型所涉及的存储板基于NAND类型存储芯片，使用FPGA实现数据的交换、分发以及对多片NAND的并行控制和管理，并且可以通过PCI总线实现与上位机的通信。
一种基于NAND的存储板包括电源模块、主控模块、NAND控制器模块、NAND存储阵列模块、PCI接口模块和自定义接口模块，存储板功能模块框图及连接关系见图1，其中：
电源模块用于向存储板上的其他各功能模块提供工作电压；
主控模块用于控制整板工作，通过PCI总线与PCI接口模块相连，通过自定义总线与自定义接口模块相连，并与NAND控制器模块相连从而控制对NAND存储阵列模块的读写操作；
NAND控制器模块包括12个NAND控制器子模块，分别与主控模块和NAND存储阵列模块相连，负责接收主控模块传输的数据和指令信号，并按照主控模块的指令直接对NAND存储阵列模块进行操作；
NAND存储阵列模块包括12个NAND存储阵列子模块，分别与NAND控制器模块的12个NAND控制器子模块相连；
图1中省略了NAND控制器模块中的第2～第11个NAND控制器子模块，以及NAND存储阵列模块中的第2～第11个NAND存储阵列子模块。
该存储板的工作方式如下：
上位机通过PCI接口模块把控制指令传输到存储板上的主控模块，从而控制整个存储板的状态，如数据存储、数据转存、擦除等，并设置相关命令参数.当存储板处于数据存储状态时，采集得到的数据通过自定义接口模块进入主控模块，由主控模块完成数据的接收并根据上位机设置的相关参数形成命令帧，然后将命令帧分发至NAND控制器模块；NAND控制器模块中的12个独立的NAND控制器子模块，可并行执行对NAND存储阵列的读写操作，通过多个NAND控制器的流水操作实现数据的并行高速存储.当存储板处于数据转存状态时，主控模块根据上位机设置的相关命令参数产生数据读取命令帧，并分发至NAND控制器模块，NAND控制器模块将从NAND存储阵列模块读取的数据回传至主控模块，由主控模块通过自定义接口模块或通过PCI接口模块上传至上位机.
有益效果：
本实用新型所涉及的一种基于NAND的存储板采用单体存储量大的NAND，通过FPGA实现对多片NAND的并行流水访问和管理，并通过PCI接口模块实现了上位机与存储板内部主控模块的通信，从而使得该存储板易于系统集成。本存储卡不仅存储带宽高、存储容量大、易于管理，而且克服了传统盘阵类存储系统设备复杂、功耗体积大的缺点。
附图说明
图1是本实用新型的模块功能框图；
图2是本实用新型的NAND控制器子模块与NAND存储阵列子模块连接示意图；
图3是本实用新型的命令帧分发及时序图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步详细描述：
一种基于NAND的存储板的主控模块包括一片Xilinx公司的XC4VLX25型FPGA，它以自定义的方式通过CPCI板卡的J4、J5连接器实现板间基于源同步传输方式的互联，同时还以自定义的方式通过一个PMC接口的JN3和JN4连接器实现与PMC背板的基于源同步传输方式的互联；数据通过这些自定义接口进入主控模块，并由主控模块完成命令帧的组装，而后传输给NAND控制器模块。
NAND存储阵列模块包括96片K9WBG08U1M型NAND芯片，单片存储容量为4GB，实现单板384G的存储容量。每8片NAND芯片为一组，共分为12组NAND存储阵列子模块。
NAND控制器模块包括两片Xilinx公司的XC3S4000型FPGA芯片，每片FPGA芯片内部实现6个NAND控制器子模块，一共12个NAND控制器子模块。存储板上的12组NAND存储阵列子模块平均地挂接在两片XC3S4000型FPGA芯片上，FPGA内部的每个NAND控制器子模块对应NAND存储阵列模块中的一个NAND存储阵列子模块的8片NAND，这8片NAND的6个控制信号(CE、ALE、CLE、RE、WE、R/B)连接在一起，数据线分为8×8bit的独立结构，从而实现NAND控制器子模块对每一个NAND存储阵列子模块中8片NAND的并行访问，NAND控制器子模块与NAND存储阵列子模块的连接关系如图3所示。
PCI接口模块包括一片PLX公司的PCI9656型芯片，其PCI端连接至CPCI板的J1和J2连接器，它的局部总线接口则连接至主控模块，这样上位机即可通过J1和J2连接器访问主控模块的XC4VLX25型FPGA，并对数据存储过程进行控制。
为了提高数据存储带宽，设计中采用并行流水的方式实现对NAND的访问，即当存储板处于数据存储状态时，主控模块一旦接收到数据，就会根据上位机预先设定的地址信息自动产生地址并将接收到的数据打包形成命令帧发送给指定的NAND控制器子模块，由于将数据写入NAND需要较长时间，因此当下一帧数据到来时，主控模块自动将该帧数据发往下一个NAND控制器，从而保证整个数据存储通路的畅通。依次类推，当整个流水线被填满时，12组NAND控制器同时都在访问NAND，从而达到最大的存储带宽，最大存储带宽能达到562.5MB/s。命令帧的分发和流水如图4所示。
Claims (3)
1.一种基于NAND的存储板，其特征在于包括：电源模块、主控模块、NAND控制器模块、NAND存储阵列模块、PCI接口模块和自定义接口模块，其中：
电源模块用于向存储板上的其他各功能模块提供工作电压；
主控模块用于控制整板工作，通过PCI总线与PCI接口模块相连，通过自定义总线与自定义接口模块相连，并与NAND控制器模块相连从而控制对NAND存储阵列模块的读写操作；
NAND控制器模块包括12个NAND控制器子模块，分别与主控模块和NAND存储阵列模块相连，负责接收主控模块传输的数据和指令信号，并按照主控模块的指令直接对NAND存储阵列模块进行操作；
NAND存储阵列模块包括12个NAND存储阵列子模块，分别与NAND控制器模块的12个NAND控制器子模块相连；
该存储板的信号流向如下：
上位机通过PCI接口模块把控制指令传输到存储板上的主控模块，从而控制整个存储板的状态，如数据存储、数据转存、擦除等，并设置相关命令参数；
当存储板处于数据存储状态时，采集得到的数据通过自定义接口模块进入主控模块，由主控模块完成数据的接收并根据上位机设置的相关参数形成命令帧，然后将命令帧分发至NAND控制器模块，NAND控制器模块中的12个NAND控制器子模块独立执行对NAND存储阵列的读写操作；
当存储板处于数据转存状态时，主控模块根据上位机设置的相关命令参数产生数据读取命令帧，并分发至NAND控制器模块，NAND控制器模块将从NAND存储阵列模块读取的数据回传至主控模块，由主控模块通过自定义接口模块或通过PCI接口模块上传至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种基于NAND的存储板，其特征在于：每个NAND存储阵列子模块包括8片NAND芯片，每个NAND控制器子模块上挂接一个NAND存储阵列子模块，在数据存储的过程中，主控模块以流水的方式将数据分发给12组NAND控制器子模块，从而实现对存储板上96片NAND的并行访问，达到最大的存储带宽。
3.根据权利要求1所述的一种基于NAND的存储板，其特征在于：主控模块包括一片Xilinx公司的XC4VLX25型FPGA芯片；NAND存储阵列模块包括96片K9WBG08U1M型NAND芯片；NAND控制器模块包括两片Xilinx公司的XC3S4000型FPGA芯片；PCI接口模块包括一片PLX公司的PCI9656型芯片，单板实现了最大384GB容量和存储带宽562.5MB/S。
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| CN2009201090226U CN201465094U (zh) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | 一种基于nand的存储板 |
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| CN201465094U true CN201465094U (zh) | 2010-05-12 |
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| CN (1) | CN201465094U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101980139A (zh) * | 2010-11-12 | 2011-02-23 | 北京理工大学 | 一种基于nand的存储板 |
| CN111258504A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-06-09 | 西安电子科技大学 | 一种基于sata接口固态硬盘的存储控制系统 |
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2009
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