閃存磨損均衡算法研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類(lèi)產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)、娛樂(lè)業(yè)以及人們的日常生活等各方面。隨著嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題擺在設(shè)計(jì)人員面前。 閃存(Flash Memoty)是嵌入式系統(tǒng)中一種常用的存儲(chǔ)介質(zhì)，具有體積小、容量大、成本低、掉電數(shù)據(jù)不丟失等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)逐步取代其他半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件，成為嵌入式系統(tǒng)中的主要數(shù)據(jù)和程序載體。通常，一個(gè)閃存是

2、由若干個(gè)閃存塊組成，每個(gè)閃存塊又分為若干個(gè)物理頁(yè)。閃存塊是擦除操作的最小單位，而讀和寫(xiě)都是以頁(yè)為單位進(jìn)行，對(duì)一個(gè)物理頁(yè)進(jìn)行重寫(xiě)之前，必須先對(duì)該頁(yè)所在的塊執(zhí)行擦除操作。而每一個(gè)閃存塊的擦除次數(shù)是有限的，一般是在10萬(wàn)次到100萬(wàn)次之間，只要有一個(gè)閃存塊的擦除次數(shù)達(dá)到了上限，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就變得不可靠，會(huì)影響到整個(gè)閃存的讀寫(xiě)效率和性能。因此，需要設(shè)計(jì)高效的磨損均衡處理(wear—leveling)策略，盡可能讓各閃存塊保持相近的擦除次數(shù)以延長(zhǎng)閃存

3、的使用壽命。 本文首先介紹國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的磨損均衡算法，通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)比各算法的優(yōu)缺點(diǎn)。然后從理論上給出了在任何一個(gè)閃存塊達(dá)到擦除次數(shù)上限前，閃存可執(zhí)行的擦除操作次數(shù)的上下界，并對(duì)此進(jìn)行了證明。接著，對(duì)現(xiàn)有的算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了兩種基于不同目標(biāo)的磨損均衡算法： 1、閃存在每次初始化的時(shí)候，都需要將塊的擦除情況讀入到內(nèi)存中，然后根據(jù)這些信息實(shí)現(xiàn)塊的均勻擦除，但嵌入式設(shè)備的內(nèi)存非常有限，減少磨損均衡處理時(shí)的內(nèi)存消耗是磨損均衡策略

4、設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)題。本文創(chuàng)造性地在確定性算法中加入了隨機(jī)處理的成分，減少了算法執(zhí)行過(guò)程中的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。 2、節(jié)能是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)之一。嵌入式系統(tǒng)使用過(guò)程中不斷進(jìn)行著數(shù)據(jù)的存取，大量的能量消耗在作為外部存儲(chǔ)介質(zhì)的閃存的操作上。因此，減少嵌入式設(shè)備外部存儲(chǔ)介質(zhì)上的能耗是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要途徑。本文提出了一種基于低能耗的磨損均衡算法，既能夠使各物理塊有相近的擦除次數(shù)，從而延長(zhǎng)閃存的使用壽命，又能夠減少閃存操作上的能耗，從而延長(zhǎng)了