[发明专利]一种闪存器件仿真设备以及闪存主控模块评测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种闪存器件仿真设备以及闪存主控模块评测方法。

背景技术

基于闪存的固态存储方式以其高抗震性、低功耗、高密度、高速等优点，得到了迅速的发展：从最初只有几MB容量的SmartMedia卡到MultiMedia卡，再到现在人们常用的GB量级容量MP3、U盘等产品，甚至可以构成容量高达几个TB的海量固态存储器等。闪存存储已经深入到了人们生产生活的方方面面，成为最具潜力的下一代主流存储方式之一。目前主流的闪存芯片主要有两种：NAND闪存和NOR闪存。NAND闪存存储密度高、写入速度快，适于海量数据存储和访问的场合；而NOR读取速度较快，支持单字节读写，适于作为程序代码存储器。

相对于传统的磁存储方式，闪存存储也具有其特有的局限性。首先，闪存所能承受的擦写次数有限，例如，常见的基于MLC架构的NAND闪存，其擦写次数仅有一万次，即使采用价格昂贵的SLC架构，擦写次数最多也只有10万次，这远小于磁存储介质所允许的擦写次数；其次，闪存介质可能存在有一定数量的坏块，这些坏块是不能可靠地写入或保存数据的，随着使用时间的增加，还会有新的坏块出现；再次，受内部结构的限制，闪存芯片的读写必须以页为单位进行，如常见的页容量为4KB，这给数据的随机访问带来了一定的不便。

由于闪存存在上述特性，基于闪存的固态存储系统一般采用如图1所示架构：存储系统接口201采用如IDE、SATA、1394、USB等方式；闪存主控模块202是存储系统的控制系统，主要负责存取负载(外界输入或输出的各种命令、数据、读写请求等)的解析、闪存器件的管理和调度等，一般包含损耗均衡，逻辑-物理地址映射，坏块管理、错误管理等功能；闪存阵列203由多个闪存213组成，负责存储数据。外界产生存取负载的系统一般为有数据存取需求的系统，如PC等。

在实际工作时，闪存主控模块202实时接收并解析由存储系统接口201输入的数据，并依据一定的管理策略，对闪存阵列203进行一系列适当的读、写、擦等操作，将外界系统输入的数据存入闪存阵列203中或从闪存阵列203中读出数据并输出给外界系统。闪存主控模块202一方面需要保证数据的高速、可靠访问，另一方面还要尽量均衡闪存介质各位置上的擦写次数，以延长闪存器件的整体使用寿命，另外，闪存主控模块202还要实时处理和预测各种突发性的读写错误。可以看出，闪存主控模块202的性能将直接影响存储系统的整体性能，对其的设计和优化是闪存存储系统设计中最为重要的一个环节。

然而，在实际系统中，由于闪存器件的各种特性如接口速度、误码率、坏块、突发性访问错误等都是不可控的，这就使得产品开发者无法高效全面地评价闪存主控模块202的性能，因此也无法有针对性地对系统性能进行进一步地优化设计，这给产品的开发带来了很大的困难。对此，现有解决方案是在计算机上构建软件仿真环境，模拟闪存器件各种可能的负载和突发状况，对管理算法进行测试。但这种软件模拟的方法与系统实际工作时的状况毕竟还有很大差别，仅能测试管理算法在理论上的表现，不能真实地反映其在实际系统中的表现以及整体系统的性能，因此测试的结果也就只能作为一种参考。

因此，现有的闪存存储系统的综合测评是比较困难的。首先，闪存主控模块对上层系统屏蔽了闪存的特性，使得上层系统无法直接得到底层闪存器件的信息，因而对应一定的存取负载，上层系统所能测到参数仅有该存储系统的数据吞吐速率，对于闪存具体执行了多少次读、写及擦除命令，上层系统无法直接得到；再者，存储系统需要实现闪存坏块管理、错误数据纠正、损耗均衡等功能，然而，闪存中出现坏块和存储数据错误情形在时间、空间上是完全随机且离散的，在无法控制闪存是否出现异常及异常出现的时间、位置和密度的情况下，评价存储系统的坏块管理和错误数据纠正等功能是没有意义的。同时，闪存器件允许擦除次数高达10,000-100,000次，在一定的存取负载下，在有限的时间内，很难准确评价系统中闪存器件的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种真实检测和评估闪存主控模块性能的装置以及对闪存主控模块的性能进行检测和评估的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开一种闪存器件仿真设备，包括：

闪存接口模拟模块，用于与闪存主控模块交换数据；

闪存存储特性模拟模块，用于模拟闪存的信号，并输出到所述闪存接口模拟模块；

数据存储模块，用于存储各种数据；

通信接口模块，用于与上位机交换数据；