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简述SSD 控制器架构

2017-6-21 04:07 356 0
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摘要: 本文主要专注于通用SSD控制器的主要部件及其与NAND闪存的连接,不代表所有控制器的组成结构。控制器功能因产品的类型而异。一个简单的消费级SSD控制器是为了成本而且在某些情况下进行设计的。对于这个应用程序,在硅 ...

本文主要专注于通用SSD控制器的主要部件及其与NAND闪存的连接,不代表所有控制器的组成结构。控制器功能因产品的类型而异。


一个简单的消费级SSD控制器是为了成本而且在某些情况下进行设计的。对于这个应用程序,在硅片上添加一个加密和解密引擎作者认为将是一个不必要的投入,当然如果涉及到自销毁或者其它方面的则另请关注。


在其他情况下,如安全军用SSD,加密和解密是绝对必要的。其他应用程序依赖于SMART数据来预测将来即将发生的故障,因此可以在意外故障之前更换SSD。本文主要简述通用SSD控制器的主要部件。


上图显示了SSD的基本块。下面给出了每个块的简要描述。


Host Interface :控制器的主机接口通常被设计为一个特定的接口规范。有几个接口用于解决不同的系统和设计要求。最受欢迎的是SATA,SD,USB,PATA / IDE和PCIe。


SMART(Self-Monitoring,Analysis and Reporting):某些控制器中提供的SMART功能监视和记录有关SSD和内存的许多属性的数据。一个例子是能够监控SSD中剩余周期的百分比,因为这是剩余寿命的关键决定因素。


Wear  Leveling:磨损均衡是能够在整个可用NAND中平均写入的周期数。由于每个NAND块具有有限数量的擦除/写入周期,因此如果仅连续写入一个物理块,则它将快速耗尽其耐久周期。控制器的磨损均衡算法对不同物理NAND块的写入起着监视和扩展的作用。


Read & Program Disturb随着NAND闪存更细的走线宽度,维持NAND单元的数据内容出现了更多的问题。读取和编程干扰发生在读取或写入cells时会导致与相邻cell的交叉偶联、并偶尔出现改变其值的情况。控制器需要算法,然后在某些情况下需要电路补偿这种现象。


Encrypt & Decrypt Engine:对于更高的安全性应用,硬件加密和解密引擎通常内置在控制器的硅中。加密引擎通常以硬件实现,以确保加速/解密的速度。而今天SDD最受欢迎的加密方法是AES256。


Buffer/Cache:控制器通常具有用于缓冲SSD的读取和/或写入数据的高速SRAM / DRAM缓存缓冲器。由于该缓存使用易失性存储器,所以如果电源意外丢失,则会使数据丢失。通常能看到控制器芯片本身的内部缓存以及外部缓存芯片。


CPU / RISC Processor:每个SSD的核心是主要的处理核心。这可以是CPU或RISC处理器。CPU / RISC处理器的大小和性能决定了控制器的能力。


ECC Engine:错误检查和纠正是今天SSD的关键部分。ECC将纠正每块数据的一定数量的位。没有ECC,许多使用非常便宜的memory的低成本消费闪存卡是不可能的。


Write Abort :写入中止是在写入NAND闪存时SSD的电源丢失的时间。没有电池或SuperCap支持的缓存,传输中的这些数据很可能会丢失。更重要的方面是确保SSD的内部元数据和固件保持不变。写入中止电路的功能主要发生在工业级产品中。


Miscellaneous I/O:用于NAND组件的简单功能(如片选引脚)可通过多个输入/输出引脚进行处理。还有一些IO函数用于初始编程和生产。


NAND Memory Interface:它将专注于SSD控制器和NAND闪存之间的连接。SSD设计中有许多NAND配置,它对SSD的总体功耗,性能和成本有很大的不同。根据控制器的不同,可以有多达10个或更多的单个NAND通道。每个通道可以具有一个或多个NAND芯片。


Defect Management:每个控制器都需要一种方法来处理坏的内存块和新的缺陷。在一个NAND块变得不可用的情况下,SSD控制器的缺陷管理将发生作用。在某些情况下,备用扇区替换故障块。在糟糕的控制器设计中,SSD出现故障。每个控制器都有其处理缺陷的方法。


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    TylerDong

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    这个人很懒什么都没写!
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