基于半导体存储芯片K9WBG08U1M的大容量存储器简介

O 引言

随着航空航天航海等技术的发展，无论是星载还是舰载方面的技术要求，都迫切希望有一种能够在恶劣环境(高温、低温、振动)下正常工作，并且易于保存的大容量视频记录设备，以满足数据管理系统方面的要求。

早期的海量数据记录主要是使用磁带机，但存放在磁带机中的数据保存条件较高，它容易受到天气和湿度等环境的影响。而使用半导体存储芯片作为存储介质则具有存储密度高、无转动部件、可靠性高、体积小、重量轻等特点，因此，半导体存储芯片逐渐成为高可靠性数据记录器的主流方案。

基于半导体存储芯片K9WBG08U1M的大容量存储器，可以很好的满足工业控制或军事领域等恶劣环境下的使用要求。

1 大容量存储器的应用设计

1.1 系统组成

整个视频压缩与大容量数据存储系统一般由多路视频服务终端、中心控制分系统、大容量电子存储阵列等组成。其中，多路视频服务终端用于视频信号的采集和压缩，压缩后的视频数据通过网络送入存储阵列保存，也可以通过以太网送到指定的用户进行浏览;中心控制分系统以高性能嵌入式处理器BF537为核心，可完成视频服务终端的控制，存储阵列数据的读出。它通过百兆以太网与上位机进行高速数据交换;存储阵列可提供高达4T的存储深度，它由10块400MByte容量的独立存储板组成，可为多路视频服务终端提供同时存储服务，存储介质采用大容量非易失NAND-Flash芯片K9WBG08U1M，单片存储容量为32Gbit，每块存储板都可由视频服务终端写入，并由中心控制分系统读出。其系统组成框图如图1所示。

1.2 系统工作原理

摄像机输出的视频信号进入视频采集压缩卡后，首先通过A/D变换器进行视频信号采集，采样后输出的数字视频信号经FPGA整理后进入数字信号处理器DSP，然后对视频数据在DSP中按照MPEG4协议进行视频压缩，形成MPEG4格式的视频数据流;每块采集压缩板的视频数据流可实时保存到存储阵列中。如果有用户需要访问，则将该数据流打包后发送给指定的用户。

压缩和存储过程受主控计算机的控制。如果有用户需要浏览保存的视频数据，则需要向主控计算机发出浏览请求，主控计算机接受后，即可通过读数据逻辑选择存储阵列中的数据块，然后读出后打包并发送给指定的用户。主控计算机可以同时响应多个用户的请求。

2 大容量电子存储阵列设计

2.1 数据收发接口

存储板的数据收发可通过DSP实现。考虑到与前端芯片选择的一致性，本方案选择ADI公司的ADSP-BF533为数据收发处理器。执行存储操作时，BF533将从输入/输出总线并行外设接口(PPI)接收中心控制板发送的存储数据，并将其缓存到SDRAM，同时按照K9WBG08U1M的编程时序要求形成存储器的编程指令，再通过FPGA发送到K9WBG08U1M存储芯片;而在执行读操作时，BF533则通过FPGA向K9WBG08U1M发送读操作指令，以读取指定区域的数据并缓存到SDRAM存储器中，然后通过输入/输出总线(PPI)发送到中心控制分系统并将其回送给上位机进行浏览。
2.2 存储器访问控制接口

每块存储板的访问控制接口均可由两片FPGA实现。 由于板上有100片存储芯片K9WBG08U1M，而输入/输出总线只有一套，所以，对芯片的访问需要通过总线驱动和译码逻辑来实现。该逻辑可由ALTERA公司的Cyclong系列FPGA实现，具体型号为EP2C35F67218，它同时可通过EBIU总线与DSP进行数据交换。存储芯片写入或读出的数据需通过EP2C35。由于板上有100片存储芯片都连接到EP2C35的一套I/O引脚上，故会导致负载过大而无法工作，所以，可将存储芯片4个一组，共用一套EP2C35的I/O引脚驱动，以保证足够的驱动能力。来自总线的地址信号输入到地址译码器，用于选择存储芯片。输入为7位地址线，输出存储芯片选择信号csl～csl00其具体接口连接如图2所示。

　　3 文件管理

由于存储阵列的存储深度达4TB，而拍摄的文件时长和压缩后的文件大小是不固定的，因此，根据Flash器件的固有特性，可构建一个适合管理NAND Flash存储器的FAT文件系统，并通过改进FAT表的存储方式来延长存储器的使用寿命，提高系统存储的稳定性。但这因此需要对每次任务拍摄的视频文件进行管理，为此，可在本系统中设计一个简单的文件记录系统，包括文件名、存储地址、文件大小、对应摄像机号、拍摄时间和时长，记录下来的信息可保存在FLASH中的FAT表项区域中，用于满足基本的文件管理操作，如删除、拷贝、剪切、下载、阵列格式化等。

3.1 文件写入

当中心控制分系统接收到开始拍摄命令后，可通过网络发送开始命令给前端视频采集系统，同时依照摄像机号和存储阵列的对应关系发送开始命令给存储阵列，存储阵列创建文件索引表项后，即开始