高速大容量存儲系統設計

0 引言

在測量技術中，高速數字攝像機所拍攝到的大量數字圖像需要高速、大容量的圖像存儲設備來實時快速地存儲。用傳統的磁帶方式來記錄數據，其效率和安全性不高；靜態存儲器讀寫方便，但是存儲的數據會因斷電而丟失，所以不利于數據的長時間保存。而近幾年問世的閃存以其存儲容量大、體積小、可靠性高等優點，逐步向存儲系統進軍。

1 設計原理

設計中相機輸出LVDS串行數據通過接收電平轉換和串并轉換后得到10路×8 bit的并行數據流，其數據流速率最大為66 MHz。之后根據相機MC1311的性能指標可計算出Camera Link高速接口與數據存儲系統的存儲容量要求與存儲速度要求，即：單幀數據量為1280×1024×8 bit；每秒最大數據量為500×1280×1024×8 bit；Camera Link高速接口單路數據速率為65.536 MByte，如果需要連續存儲60秒的視頻數據，則需要40 G Byte存儲器容量。100 GByte的存儲容量最多大約可存儲2.5分鐘視頻數據。圖1為系統結構圖。

2 核心器件選擇

設計中的存儲芯片采用SAMSUNG公司的NAND FLASH芯片K9 K8G08UOI，它的外部接口最高速度為40 MHz，接口寬度8位。每個芯片有8192塊，每塊有64頁，每頁大小為(2K+64)Bytes，其中64 Bytes為空閑區，存儲容量為8Gbit。它以頁為單位進行讀寫，以塊為單位進行擦除。控制核心FPGA采用ALTERA公司STRATIXⅡ系列的EP2S30F672I4，它有著豐富的觸發器和LUT，非常適合復雜時序邏輯的設計，具有1.3Mbit的內置存儲RAM，可以緩存一定量的數據。

3 系統設計

NAND Flash的數據存儲采用頁編程方式寫入，K9K8G08UOI的頁寫入時序如圖2所示。