高速大容量存儲系統(tǒng)設(shè)計

0 引言

在測量技術(shù)中，高速數(shù)字?jǐn)z像機所拍攝到的大量數(shù)字圖像需要高速、大容量的圖像存儲設(shè)備來實時快速地存儲。用傳統(tǒng)的磁帶方式來記錄數(shù)據(jù)，其效率和安全性不高；靜態(tài)存儲器讀寫方便，但是存儲的數(shù)據(jù)會因斷電而丟失，所以不利于數(shù)據(jù)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(yōu)點，逐步向存儲系統(tǒng)進軍。

1 設(shè)計原理

設(shè)計中相機輸出LVDS串行數(shù)據(jù)通過接收電平轉(zhuǎn)換和串并轉(zhuǎn)換后得到10路×8 bit的并行數(shù)據(jù)流，其數(shù)據(jù)流速率最大為66 MHz。之后根據(jù)相機MC1311的性能指標(biāo)可計算出Camera Link高速接口與數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的存儲容量要求與存儲速度要求，即：單幀數(shù)據(jù)量為1280×1024×8 bit；每秒最大數(shù)據(jù)量為500×1280×1024×8 bit；Camera Link高速接口單路數(shù)據(jù)速率為65.536 MByte，如果需要連續(xù)存儲60秒的視頻數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2 核心器件選擇

設(shè)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(qū)，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(fā)器和LUT，非常適合復(fù)雜時序邏輯的設(shè)計，具有1.3Mbit的內(nèi)置存儲RAM，可以緩存一定量的數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

NAND Flash的數(shù)據(jù)存儲采用頁編程方式寫入，K9K8G08UOI的頁寫入時序如圖2所示。