[發明專利]高速大容量固態電子記錄器

無效

• 申請號: 201010143077.6
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN102214482A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 李和平;張弛;李先楚;董海;張琦
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G11C11/4063
• 分類號: G11C11/4063
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種高速大容量固態電子記錄器，包括通信控制模塊、數據分發模塊、存儲模塊、底板模塊和電源模塊；其特征在于，存儲介質為NandFlash芯片，包括多數個NandFlash芯片，整個記錄器的體系結構采用并行擴展和串行擴展相結合的方式，將多數個NandFlash芯片并行擴展提高存儲速度，串行擴展提高存儲容量；

其中，通信控制模塊采用ARM9作為微控制單元，通過RS422/RS485總線與上位機通信，使用自定義的ISA總線與存儲模塊和數據分發模塊通信，實現各種控制功能；

數據分發模塊充當外界的數據源和存儲模塊之間的橋接器作用，它接收外界輸入的數據流，然后按照存儲模塊的要求對數據進行組包處理后傳輸給存儲模塊；在存儲模塊處于編程的時候，將輸入數據緩存下來，等到存儲模塊空閑后，再將這些數據快速傳輸給存儲模塊；數據分發模塊由四個通道組成，每個通道的緩存大小為256MB，這四個通道在FPGA的控制下根據需要實現任意組合；

存儲模塊將輸入的數據存入到NandFlash芯片中，其中多數個NandFlash芯片采用串行擴展和并行擴展相結合的方式組織起來，由一片FPGA實現對多數個NandFlash芯片的控制，一個記錄器由若干個存儲模塊組成；

底板模塊在總線布局上采用級聯方式，保證當前存儲模塊是后面存儲模塊的主控制器，使便于擴展記錄器的存儲容量，并且不會因為模塊的增加而加重控制總線的負擔；

電源模塊提供整個記錄器所需要的全部電源。

2.如權利要求1所述的高速大容量固態電子記錄器，其特征在于，所述多數個NandFlash芯片，為128片，并行擴展總線為128bits。

3.如權利要求1所述的高速大容量固態電子記錄器，其特征在于，所述數據分發模塊用SDRAM作為緩存，采用FPGA控制SDRAM實現乒乓FIFO的功能，在一片FPGA內部集成了兩個SDRAM控制器，極大地節省了成本和功耗，能夠很好地滿足高速記錄器的要求。

4.如權利要求3所述的高速大容量固態電子記錄器，其特征在于，所述一片FPGA內部集成了兩個SDRAM控制器，是一個協議轉換器；SDRAM控制器提供兩個接口：應用接口和SDRAM接口；SDRAM接口具有控制SDRAM所需要的全部控制信號，包括地址和數據總線，產生的時序遵循SDRAM的操作時序，實現了與SDRAM的無縫連接；應用接口提供了非常簡單的類似于操作SRAM的控制時序，通過該接口，SDRAM控制器獲取目的地址和數據內容，然后將它們轉換成為SDRAM的控制時序，實現向SDRAM寫入或讀出數據的目的；

同時，SDRAM控制器在不需要用戶介入的情況下實現了對SDRAM的自動刷新，防止數據的丟失。SDRAM控制器對SDRAM進行了協議封裝，并且由于其使用硬件描述語言實現，可以在不同類型的FPGA上進行移植和復制，極大地簡化了對SDRAM的控制，提高了效率。

5.如權利要求1或2所述的高速大容量固態電子記錄器，其特征在于，所述NandFlash芯片遵循SD協議，每個芯片的物理接口由一根命令線和四根數據線組成，在FPGA內部集成了64個自主研發的SD控制器IP核，實現對64片NandFlash芯片的同時操作。

6.如權利要求5所述的高速大容量固態電子記錄器，其特征在于，所述FPGA內部集成了64個SD控制器IP核，通過這些IP核，控制程序可以實現對NandFlash芯片內部的存儲單元進行讀寫數據；

SD控制器是一個協議封裝器，它實現了SD協議規定的內容，能夠完成對SD卡的初始化、讀、寫和擦除操作；SD控制器提供兩個接口：應用接口和SD卡接口，通過應用接口，SD控制器獲取需要操作NandFlash的目的地址和數據內容，然后將它們轉換成為遵循SD協議的數據流，發送給NandFlash芯片，實現對數據的存取操作；SD控制器使用硬件描述語言編寫，在FPGA內部實現。

7.如權利要求1所述的高速大容量固態電子記錄器，其特征在于，其記錄速度達到GB/s量級，記錄容量達到TB量級。