摘要：相变内存是一种新兴的存储技术.相对于动态随机访问内存,相变内存具有高可扩展性和低功耗等特点,因此被认为是最有潜力的下一代存储技术.相变内存面临的挑战之一是其存储单元只能经受有限次写操作.因此,如何提高相变内存的耐久性成为亟待解决的问题.提出了一种基于代数映射的相变内存矩阵磨损均衡方法.该方法在每一列和每一行分别进行磨损均衡.通过从行和列两个维度进行两级地址映射,任意逻辑块都可以既在某个列地址空间中进行地址重映射,而被映射到任意一个行中;同时又可以在某个行地址空间中进行地址重映射,而被映射到任意一个列中.设计并实现了一个仿真系统来验证该方法,并进行了详细的功能正确性和抗攻击性能测试.矩阵磨损均衡有效地实现了相变内存抗不均衡写访问、抗恶意写攻击和降低磨损均衡引起的额外写访问开销等目标.

摘要：在采用SLC(Single-Level-Cell)和MLC(Multi-Level-Cell)闪存的混合固态硬盘设计中,SLC和MLC之间的写数据分配和磨损均衡是混合固态硬盘闪存转换层设计的关键问题之一.针对此问题,提出一种具有磨损均衡意识的混合固态硬盘闪存转换层算法——WLAFTL(Wear Leveling Aware Flash Translation Layer).首先,它提出了一种动态的基于磨损均衡思想和请求大小融合的数据分配机制,即根据SLC和MLC的磨损速率来动态调整热数据识别阈值的大小,然后将小的写请求分配到SLC、大的写请求分配到MLC.其次,它提出了一种基于磨损均衡思想与数据先进先出(FIFO)调度策略融合的SLC冷数据回收/迁移机制,减少由SLC向MLC迁移的数据量.实验结果显示,与ComboFTL和CFTL算法相比,在使用相同地址映射机制的条件下,WLAFTL算法的平均响应时间分别平均有13.6%和12.7%的改善,总的擦除次数分别平均减少9.2%和20.4%,同时能够更好地实现SLC和MLC之间的磨损均衡.

摘要：自旋转移力矩磁存储器(spin transfer torque random access memory,STTRAM)和磁阻式随机存储器(magnetic random access memory,MRAM)等新型存储器具有接近于DRAM的访问速度,是构建高性能外存系统和提高计算机系统性能的重要手段,但有限的写次数是其重要局限之一.设计了文件系统级磨损均衡机制,使用Hash函数分散文件在外存中的存储,避免在创建和删除文件时反复分配某些存储块,通过分配文件空间时选择写次数较低的存储块,避免写操作的集中;使用主动迁移策略,在外存系统I/O负载较低时主动迁移写次数较高的数据块,减少磨损均衡机制对I/O性能的影响.最后在开源的基于对象存储设备Open-osd上实现了面向新型存储器文件系统级磨损均衡机制的原型,使用存储系统通用测试工具filebench和postmark的多个通用数据集进行了测试与分析,验证了基于新型存储器的文件系统级磨损均衡机制能稳定地将存储块写次数差减少到原来的1/20左右,同时最高仅损失了6%的I/O性能和增加了0.5%的额外写操作,具有高效和稳定的特性.

摘要：为延长作为终端外部存储设备的闪存介质的使用寿命,采用分组—循环擦写的思想设计了一种闪存磨损均衡算法。该算法将闪存物理块分成若干组,在满足态势信息快速存取要求的前提下,使不同组中同一用户的信息存储区域循环地参与擦写。仿真实验结果表明该算法能够使得擦写操作较为均匀地发生在闪存上。

摘要：针对已有算法大多基于FTL(flash translation layer)闪存存储体系设计,无法直接应用到闪存文件系统的情况,基于YAFFS2闪存文件系统设计了一种静态磨损均衡算法。考虑不同数据冷热属性的差异,设计了两种不同的块分配策略,在减缓最大擦除次数增长速度的同时,加强对冷数据占用块的利用;利用闪存块擦除次数在物理空间上分布的随机性,简化了块分配策略中的搜索过程,降低了算法复杂度;采用不均衡度阈值作为算法触发条件,保证了良好的均衡效果。实验结果表明,算法降低了擦除次数方差,提高了闪存磨损均衡度,可有效延长闪存寿命,提高闪存存储系统的可靠性。

摘要：相变存储器(PCM)凭借低功耗的优势有望成为新一代主存储器,但是耐受性的缺陷成为其广泛应用的重要障碍。现有的随机存取存储器(DRAM)缓存技术和磨损均衡分别从减少PCM写数量以及均匀化写操作分布两个角度延长PCM使用寿命,但前者在写回数据时未考虑数据的读写倾向性,后者在空间局部性较强的应用场景下存在数据交换粒度、空间开销、随机性等诸多问题。因此,设计一种全新的混合存储架构,结合最近最少使用(LRU)算法和带有时间变化的最不经常使用(LFU-Aging)算法提出区分数据读写倾向性的缓存策略,并且基于布隆过滤器(BF)设计针对强空间局部性工作集的动态磨损均衡算法,在有效减少冗余写操作的同时实现低空间开销的组间磨损均衡操作。实验结果表明,该策略能够减少PCM上13.4%~38.6%的写操作,同时有效均匀90%以上分组的写操作分布。

摘要：利用低延迟、低功耗、高可靠的闪存芯片构建闪存存储阵列是实现高性能存储系统的有效手段。但应用传统磁盘阵列技术构建闪存存储阵列,会引入磨损均衡、校验数据更新频繁导致阵列生命周期降低等问题。针对闪存固有的读写特性,设计实现了一种基于NAND Flash的高性能磁盘阵列机制——基于缓存的可重构磁盘阵列策略。该机制采用可重构条带的思想,利用存储等级的内存作为缓存,对数据顺序重组。实验结果表明:该策略能够有效降低垃圾回收开销,提高闪存阵列的性能和使用寿命。

摘要：针对嵌入式数据采集系统对NAND Flash进行读写控制时出现的坏块问题和磨损失衡问题,对数据采集系统的工作特点进行分析,借鉴闪存转换层的思想,提出了一种基于地址映射的NAND Flash控制方法,通过建立、维护、查询NAND Flash存储块逻辑地址与物理地址之间的映射关系表,实现NAND Flash的坏块管理和磨损均衡功能,同时介绍了使用地址映射方法的NAND Flash控制器设计过程;仿真测试和实际应用结果表明,基于地址映射方法设计的NAND Flash控制器能够识别、管理出厂坏块和突发坏块,均衡存储块的磨损,提高嵌入式数据采集系统的可靠性;该方法实现过程简单,无需移植文件系统,硬件资源要求低,为嵌入式数据采集系统中NAND Flash的读写控制提供了新的思路。

摘要：固态硬盘(solid state drive,SSD)是一种以闪存芯片为存储介质的存储设备。作为SSD核心技术之一,控制器内部管理算法(flash translation layer,FTL)负责地址映射、坏块管理、垃圾回收、磨损均衡等关键功能,管理算法的优劣直接影响SSD的性能和寿命。近年来,随着闪存技术的不断发展,FTL的算法也在不断演进,根据映射表的特点,将其划分页(page)映射算法、块(block)映射算法和页块混合映射算法。根据逻辑区域划分,可分为分区映射和全区映射,同时冷热数据分类存储也成为FTL的一个重要功能。基于此,介绍了近年来具有代表性的研究成果,并对于各类算法的优缺点以及在适配3D闪存所遇到的问题进行分析,为进一步设计更加完善的FTL算法提供指南。

摘要：为在水文自动测报系统遥测站的遥测终端机中基于NOR Flash存储器可靠地存放系统运行参数,分析遥测终端机中常用固态存储器的读写特点和KV键值数据库的实现方式,设计一种基于W25Q256存储器实现KV键值数据库的解决方案。方案充分应用NOR Flash存储器的读写特点,针对同一个地址重复写入的最小编程颗粒度为1 bit,结合KV键值实现一个键值对状态的顺序变化,进而通过在存储器的一段空间内顺序增加地址存放KV键值对,实现KV键值对的新增、修改、删除和检索操作,达到磨损均衡和异常掉电恢复效果。在嵌入式系统中,相较于常用的采用固定地址保存运行参数的方案,该研究方案能有效延长NOR Flash存储器的使用寿命,提高系统的稳定可靠性。