嵌入式系统新一代存储技术解析
佳使用寿命是五年，因此系统设计人员一般都要求闪存驱动器的"保质期"至少有五年。 尽管闪存的速度很快，但是6Gbps SATA和多通道PCI Express等接口正在推动着SSD控制器技术的发展。除了性能和可靠性之外，MLC闪存控制器还面临着诸多挑战。 区块循环和负载均衡是驱动器具有长使用寿命的关键。甚至温度管理对使用寿命也有影响。SandForce是一家闪存控制器供应商。该公司的DuraClass RAISE(独立硅元素冗余阵列)技术采用了RAID架构来实现闪存区块故障的恢复。 NOR闪存的应用范围已经覆盖到更严苛的环境中。Spansion公司的65nm MirrorBit GL-s 2Gb技术，可用于温度范围为–40°C至105°C的汽车车内应用。它现在采用9mm×9mm BGA封装。 此外，NOR闪存还拥有支持直接从闪存执行代码的优势。三星等公司正在结合使用SRAM和NAND闪存，从而向NOR闪存提出挑战。三星的OneNAND在其NAND控制器中集成了3KB SRAM缓冲器。必要时，开发人员可以通过此控制器的接口连接外部NOR闪存。 两线和四线串行外设接口(SPI)也会影响非易失性存储器的应用领域，非易失性存储器一般用来替代并行存储器芯片。大多数非易失性存储器都附带这类接口。 NXP公司基于Cortex-M3的LPC1800微处理器甚至可以从四线SPI存储器运行，而不仅仅是引导。最近，LPC1800还强调在微控制器中混合使用存储器。此器件具有片上ROM、一次性可编程(OTP)存储器、闪存和SRAM。 OTP存储器是另一种往往被人们所忽略的非易失性存储器技术。Kilopass和Sidense等公司可以为各种应用提供反熔丝OTP技术。OTP可以实现安全和低功耗的运行，还能够方便地整合到大多数厂商支持的现有CMOS制造流程中。该技术通常用于密钥或配置存储器，还可以用来替代ROM。 磁盘驱动器容量节节攀升 Seagate公司的6Gbps、3TB Barracuda XT硬盘驱动器(HDD)在容量上突破了Windows XP的2.1TB极限。值得庆幸的是，像Windows 7和Linux等大多数64bit操作系统都不存在大容量3TB分区的问题。 不过3TB驱动器带来了统一可扩展固件接口(UEFI)BIOS。设计UEFI旨在解决PC BIOS的局限性。它可以处理GUID分区表(GPT)，并且可以提供更快的引导时间，同时支持独立驱动器。 这些大硬盘在旧操作系统中的应用有可能实现。硬盘附带的Seagate DiscWizard软件通过分区和设备驱动程序软件来实现这一点。这种转变很有可能推动众多设计人员使用更新的平台。 Seagate发布的大硬盘产品强调的另一个问题，是从传统的512B扇区转向4kB扇区。除了提供更高的吞吐能力之外，4Kb扇区还能够更好地满足操作系统要求。 大多数母板都已经支持4KB扇区，甚至Windows XP也支持。所有目前的台式电脑和服务器操作系统亦然。操作系统的虚拟内存支持一般采用4kB页面大小或者该大小的倍数进行配置。 有些驱动器同时支持两种扇区大小。这些驱动器一般实现4kB扇区，需要时可以将较小的扇区大小映射到这些驱动器上。驱动器将采用一种模式或另外一种模式工作。 由于成本的原因，很少有闪存驱动器的容量达到3TB，但是从总体来看，闪存驱动器的采用量在上升。芯片价格低是一大因素，但是SSD控制器芯片性能获得提升也是一个因素。推动存储器发展到新领域的另一个方面是闪存能力适合新的应用领域。 Viking Module Solutions公司的SATADIMM和SATACube3，可以实现更加紧凑的嵌入式解决方案(图5)。SATADIMM插入DDR3插座获取电源。它包含SATA线缆连接。设计合理的系统可以在未使用的DIMM插座引脚上运行SATA接口。SATACube3为定制系统设计提供耐用型存储器。 像Seagate公司的Momentus XT等混合驱动器，在单个封装中整合了闪存和硬盘，但这种技术不是实现混合驱动器技术的唯一方法。Marvell公司的SATA控制器HyperDuo技术就是另外一种途径。HyperDuo可以应用在新型母板和HighPoint的RocketHybrid这样的PCI Express适配器上(图6)。 Marvell的双端口SATA控制器可以像传统控制器一样处理任何类型的SATA驱动器。其HyperDuo模式与一个闪存驱动器和一个硬盘驱动器配合使用。操作系统是微软最新支持NTFS的操作系统中的一种。 HyperDuo可以在"安全"或"容量"模式下工作。安全模式的工
图3：SFF-SIG的RS-RIMM模块可将移动存储器应用到耐用型应用中。
图4：Rambus FlexMode架构将采用同样的内存外形尺寸和连接，但是会用差分信号替代单端通信。这需要增加一倍的线缆。实现该目的的具体做法是：减小控制/寻址(C/A)信号的宽度，同时提高其吞吐能力。
图5：Viking Module Solutions SATADIMM(a)和SATACube(b)将SATA闪存驱动器放至相关位置。SATADIMM插入DDR3插座。