固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)中閃存和內(nèi)存信號(hào)總線的驗(yàn)證和時(shí)序優(yōu)化思考

趙勇

摘要：固態(tài)硬盤(pán)設(shè)備的特點(diǎn)就是能耗較小、讀寫(xiě)的速度更快且外部具有抗摔抗震的效果，同時(shí)還方便攜帶，因而正在逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤(pán)。但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，固態(tài)硬盤(pán)傳輸數(shù)據(jù)的速度也進(jìn)一步加快，同時(shí)其數(shù)據(jù)的可靠性也必須提高標(biāo)準(zhǔn)，固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)的存儲(chǔ)主要分為兩個(gè)模塊，分為為內(nèi)存和閃存模塊，因而為了提高其傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，對(duì)內(nèi)存模塊和閃存模塊中的信號(hào)進(jìn)行質(zhì)量分析是必不可少的一項(xiàng)工作。本文主要利用固件的仿真方式來(lái)對(duì)閃存和內(nèi)存信號(hào)總線進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，優(yōu)化時(shí)序，確保閃存和內(nèi)存信號(hào)的質(zhì)量能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

關(guān)鍵詞：閃存信號(hào);內(nèi)存信號(hào);固態(tài)硬盤(pán)

引言：當(dāng)前，數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)是時(shí)代必不可少的一項(xiàng)工作，直接影響到人們的生活和工作，而固態(tài)硬盤(pán)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男瘦^高，因而得到廣泛運(yùn)用，基于此，本文對(duì)固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)的儲(chǔ)存信號(hào)總線驗(yàn)證和時(shí)序優(yōu)化進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

1.固件的仿真和信號(hào)總線驗(yàn)證

1.1搭建固件仿真的環(huán)境

對(duì)固件進(jìn)行仿真主要是依托于主機(jī)設(shè)備和仿真器設(shè)備來(lái)完成，將固態(tài)硬盤(pán)中的PCIe接口直接與主機(jī)設(shè)備相連接，然后再將固態(tài)硬盤(pán)通過(guò)JTAG接口來(lái)連接仿真器設(shè)備，仿真器設(shè)備和主機(jī)設(shè)備也要通過(guò)外部網(wǎng)口來(lái)連接，將所有設(shè)備連接完成后，就可以在主機(jī)設(shè)備上運(yùn)用仿真器設(shè)備的仿真功能來(lái)仿真固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)中的固件，搭建出固件仿真所需要的環(huán)境，如圖1所示。

其中，主機(jī)設(shè)備主要負(fù)責(zé)對(duì)固件的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)發(fā)揮出調(diào)試功能，還要完成固件的一系列測(cè)試，因而對(duì)主機(jī)設(shè)備的配置要求較高。主機(jī)設(shè)備配置主要包括操作系統(tǒng)、主板、CPU、固態(tài)硬盤(pán)的驅(qū)動(dòng)以及接口，在實(shí)際仿真的過(guò)程中，提前設(shè)計(jì)好的固件代碼會(huì)被主機(jī)翻譯成bin文件，最后通過(guò)文件來(lái)對(duì)固件下達(dá)指令，在固態(tài)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)的作用下，通過(guò)接口可直接下載到硬盤(pán)當(dāng)中，而固件一般存在于系統(tǒng)的閃存當(dāng)中，當(dāng)硬盤(pán)通電時(shí)，閃存中的固件會(huì)讀取DRAM然后執(zhí)行，當(dāng)固件已經(jīng)下載到硬盤(pán)中后，使用驅(qū)動(dòng)器和接口發(fā)送驗(yàn)證并進(jìn)行信號(hào)總線的測(cè)試工作。而仿真器設(shè)備的作用則是對(duì)固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)中固件的邏輯、數(shù)據(jù)傳輸以及固件運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行分析，仿真器設(shè)備可以在固件的代碼中直接映射出硬盤(pán)正在執(zhí)行的操作，然后分析固件代碼來(lái)判斷硬盤(pán)操作狀態(tài)是否正確，若存在不合理之處再對(duì)固件進(jìn)行調(diào)試。

1.2固件編譯和下載

運(yùn)用C語(yǔ)言來(lái)對(duì)固件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在編輯器當(dāng)中對(duì)固件進(jìn)行編輯，再通過(guò)仿真器設(shè)備來(lái)進(jìn)行固件的編譯工作，同時(shí)還能夠?qū)碳O(shè)計(jì)進(jìn)行語(yǔ)法檢測(cè)，確保其內(nèi)存使用的規(guī)范合理。編譯工作會(huì)在文件夾中自動(dòng)生成多個(gè)ELF文件和bin文件，其中有一個(gè)bin文件是下載到固態(tài)硬盤(pán)中的固件，在實(shí)際協(xié)議中對(duì)該固件的下載做出了固定指令，這項(xiàng)指令能夠?qū)⒃撐募苯訌?fù)制到硬盤(pán)的控制器當(dāng)中，而仿真器進(jìn)行調(diào)試工作主要是依托于ELF文件[1]。

1.3固件仿真操作

對(duì)固件進(jìn)行仿真時(shí)，主要是使用仿真器來(lái)判斷固件的運(yùn)行狀態(tài)，包括其寄存器的值、變量的值以及發(fā)出的相關(guān)命令是否符合要求，進(jìn)而做出相應(yīng)調(diào)試。一般來(lái)說(shuō)閃存驗(yàn)證固件的過(guò)程較為復(fù)雜，其仿真的內(nèi)容也是比較多，而內(nèi)存驗(yàn)證主要是一些邏輯驗(yàn)證，需要運(yùn)用到運(yùn)算方法，仿真的內(nèi)容也相對(duì)較少。在實(shí)際仿真過(guò)程中先將仿真器進(jìn)行合理設(shè)置，先打開(kāi)計(jì)算機(jī)的MULTI界面，然后在固態(tài)硬盤(pán)的控制核心上連接ELF文件，最后可獲得在不同核心中的固件狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)固件進(jìn)行調(diào)試。在設(shè)計(jì)完仿真器后，就可以對(duì)閃存固件和內(nèi)存固件進(jìn)行仿真，對(duì)于閃存固件的仿真驗(yàn)證主要是判斷轉(zhuǎn)移機(jī)的轉(zhuǎn)移狀態(tài)是否良好，閃存的發(fā)送操作是否符合要求;對(duì)于內(nèi)存固件的仿真，主要是進(jìn)行邏輯仿真和設(shè)計(jì)中寄存器的仿真。

1.4信號(hào)總線的驗(yàn)證

固件在進(jìn)行仿真調(diào)試后，確保固件滿(mǎn)足預(yù)期的功能要求，然后將仿真的固件下載到固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)當(dāng)中，給硬盤(pán)連接電源，等到系統(tǒng)初始化完成后，通過(guò)主機(jī)向固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)驗(yàn)證命令，即可執(zhí)行信號(hào)驗(yàn)證操作。在進(jìn)行閃存驗(yàn)證的過(guò)程中，通過(guò)得到的驗(yàn)證結(jié)果來(lái)分析信號(hào)的完整區(qū)間以及整個(gè)區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)比值，進(jìn)而來(lái)判斷信號(hào)的質(zhì)量，架設(shè)固件仿真閃存信號(hào)的區(qū)間基本上都大于75%，則可判斷閃存信號(hào)的質(zhì)量達(dá)標(biāo);對(duì)于內(nèi)存信號(hào)的驗(yàn)證，其驗(yàn)證結(jié)果會(huì)保留到硬盤(pán)的緩存當(dāng)中，通過(guò)訪問(wèn)緩存地址即可查看其驗(yàn)證結(jié)果，內(nèi)存信號(hào)質(zhì)量的判斷同樣是檢測(cè)型號(hào)的區(qū)間和區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)比值，若其區(qū)間基本都大于50%，則可判斷內(nèi)存信號(hào)的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.對(duì)驗(yàn)證和時(shí)序優(yōu)化的展望

本文主要是利用固件仿真的方法來(lái)對(duì)閃存和內(nèi)存信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證，而對(duì)于時(shí)序優(yōu)化的展望，應(yīng)當(dāng)在下一步的工作中，實(shí)現(xiàn)利用硬件電路來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，就是將硬件電路加入到固態(tài)硬盤(pán)的系統(tǒng)當(dāng)中，能夠進(jìn)一步提高信號(hào)總線驗(yàn)證和優(yōu)化的效率，減輕硬盤(pán)的控制器CPU負(fù)載[2]。

結(jié)論：綜上所述，對(duì)固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)中的內(nèi)存信號(hào)和閃存信號(hào)進(jìn)行質(zhì)量分析，是保證數(shù)據(jù)傳輸更加可靠的必要工作。由本文分析可知，文中主要利用仿真器和主機(jī)設(shè)備來(lái)對(duì)固態(tài)硬盤(pán)固件進(jìn)行仿真，進(jìn)而通過(guò)仿真結(jié)果來(lái)驗(yàn)證信號(hào)的可靠性，最后根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行時(shí)序優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]吳亞全. 基于固態(tài)硬盤(pán)系統(tǒng)中閃存和內(nèi)存信號(hào)總線的驗(yàn)證和時(shí)序優(yōu)化[D].西安電子科技大學(xué)，2019.

[2]辛敏成，鄒田驥，張海濤.NAND閃存固態(tài)硬盤(pán)空間環(huán)境效應(yīng)分析及測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航天器環(huán)境工程，2018，35（06）：581-587.

南京中興軟件有限責(zé)任公司