基于FPGA的PCIeSSD设计与实现_李硕

《基于FPGA的PCIeSSD设计与实现_李硕》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第９卷第４期中国科技论文Ｖｏｌ．９Ｎｏ．４２０１４年４月ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲＡｐｒ．２０１４基于ＦＰＧＡ的ＰＣＩｅＳＳＤ设计与实现李硕，刘芳，肖侬（国防科学技术大学高性能计算国家重点实验室，长沙４１００７３）摘要：为满足大数据时代数据密集型应用日益增长的存储需求，设计与实现了一个高性能固态盘原型系统。该固态盘以闪存为存储介质，与主机通过ＰＣＩｅ接口进行通信，主控逻辑基于ＦＰＧＡ实现。在ＦＰＧＡ内部实现了ＰＣＩｅ接口模块、缓存控制器、闪存转换层和闪存控制器。介绍了ＰＣＩｅ接口、闪存转换层和闪存同步控制器等模块

2、的设计与实现。测试结果表明，该固态盘原型系统写带宽达到２．６ＧＢ／ｓ，读带宽达到２．９３ＧＢ／ｓ，读写ＩＯＰＳ（ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｐｅｒｓｅｃｏｎｄ）达到３０００００，能够满足高带宽高吞吐率的存储需求。关键词：固态盘；闪存；现场可编程逻辑门阵列；高速外设互联总线中图分类号：ＴＰ３９４．５文献标志码：Ａ文章编号：２０９５－２７８３（２０１４）０４－０４０３－０４ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＦＰＧＡ－ｂａｓｅｄＰＣＩｅＳＳＤＬｉＳｈｕｏ，ＬｉｕＦａｎｇ，ＸｉａｏＮｏｎｇ（Ｓｔａ

3、ｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｈａｎｄｌｅｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｔｏｒａｇｅｎｅｅｄｓｏｆｄａｔａ－ｉｎｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｅｒａｏｆｂｉｇｄａｔａ，ｗｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙ－ｂａｓｅｄｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ（ＳＳＤ）

4、ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅＦＰＧＡ－ｂａｓｅｄＳＳＤｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙｃｈｉｐｓ，ａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅｈｏｓｔｔｈｒｏｕｇｈＰＣＩｅ．ＰＣＩｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｏｄｕｌｅ，ＤＲＡＭｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｆｌａｓｈｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒａｎｄｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅＦＰＧＡ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＰＣＩｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｆｌａｓｈｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒａｎｄ

5、ｓｙｎｃｈｒｏ－ｎｏｕｓｆｌａｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＳＳＤｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｍｅｅｔｈｉｇｈ－ｂａｎｄｗｉｄｔｈａｎｄｈｉｇｈ－ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｓｔｏｒａｇｅｎｅｅｄｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ２．６ＧＢ／ｓｗｒｉｔｅｂａｎｄｗｉｄｔｈ，２．９３ＧＢ／ｓｒｅａｄｂａｎｄｗｉｄｔｈａｎｄ３０００００ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅＩＯＰＳ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ；ＮＡＮＤｆｌａｓｈ；ＦＰＧＡ；Ｐ

6、ＣＩｅｘｐｒｅｓｓ［１］社交网络、移动电子设备、传感器等的蓬勃发展百万级。但是其ＳＳＤ基于自主的虚拟存储层（ｖｉｒ－导致数据呈爆炸式增长。图灵奖得主ＪｉｍＧｒａｙ分析ｔｕａｌｓｔｏｒａｇｅｌａｙｅｒ）技术，闪存转换层（ｆｌａｓｈｔｒａｎｓｌａ－称，未来每１８个月产生的数据量将等于有史以来数ｔｉｏｎｌａｙｅｒ）的功能通过软件实现在主机端，占用了大据量的总和。这些数据普遍具有多样化、非结构化量主机端的ＣＰＵ和内存资源。的特点，如何快速地传输、可靠地存储和有效地利用ＰＣＩｅＳＳＤ以其优越的性能，在未来的存储市场这些数据，对计算

7、机系统提出了前所未有的挑战。中将占有更加重要的地位。面向高带宽、高吞吐率回顾计算机的发展，计算单元的性能基本遵循摩尔存储需求，本文自主设计和实现了一款高性能的定律，呈指数式增长，而存储单元发展滞后成为整个ＰＣＩｅＳＳＤ，并设计和开发了内部的ＰＣＩｅ接口、闪存系统的瓶颈。基于磁盘的存储系统在性能上无法满足转换层和闪存控制器等主要模块，对闪存转换层优大数据时代的需求，固态存储特别是闪存（ｆｌａｓｈｍｅｍ－化和闪存并行性挖掘进行了深入的研究。ｏｒｙ）技术快速发展，在一定程度上可解决该问题。闪１相关工作存具有低延迟、高并发、低功

8、耗的优势，随着制造工艺的发展，其存储密度也显著提升，成本稳步下降。闪存分为ＮＯＲ型和ＮＡＮＤ型。ＮＯＲ型优势目前Ｆｕｓｉｏｎ－ｉｏ、Ｉｎｔｅｌ和Ｓａｍｓｕｎｇ等公司已推出在于读延迟低，适用于读操作为主的应用；ＮＡＮＤ型了ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ）产品，其中，Ｓａｍｓｕｎｇ的存储密度高，适用于构建大容量、