企业级SSD固态硬盘存储系统的优化设计

企业级SSD固态硬盘存储系统的优化设计

罗挺

深圳市硅格半导体有限公司  深圳   518000

摘要：在信息技术的不断发展和普及下，为了满足人们海量信息存储需求，现设计一款功能完善、实用性强的企业级SSD固态硬盘存储系统 。首先，根据系统应用需求分析情况，完成系统模块的科学设计。其次，从系统性能优化、系统优化结果分析、系统优化测试三个方面入手，完成系统优化效果进行测试。结果表明：本文所设计的企业级SSD固态硬盘存储系统运行正常、可靠、稳定， 各个功能模块实现满足设计相关要求 。

关键词：企业级；SSD固态硬盘；存储系统；优化设计

SSD固态硬盘主要是由若干个芯片以阵列形式存储所形成的，主要包含控制单元和存储单元，通过对SSD固态硬盘存储系统 进行优化设计，可以充分发挥和利用SSD固态硬盘 的存储空间大、耗能低、读写速度快等优点，为人们的日常生活和工作提供极大的便利。

1系统应用需求分析

为了确保企业级SSD固态硬盘存储系统功能的强大性和适用性，该系统在实际设计中，必须满足以下应用需求：（1）该系统必须确保数据备份的存储的安全性和可靠性。（2）该系统必须表现界面简洁友好、数据调用快捷方便等特点[1]。（3）该系统必须表现出较高的保密性、易维护易升级性、拓展性和跨平台性。

2系统模块优化设计

利用模块化设计思想，结合继电保护装置结构特点，将该系统设计为相对独立的插件模块，并确保高速PCIE扩展总线与主控CPU模块插件之间建立良好的连接关系。系统模块设计示意图如图1所示。

图1 系统架构设计示意图

2.1CPU模块优化设计

CPU模块主要用到了多核微处理器，该处理器内部含有两个E500v2内核，最高主频值达到了1.2GHz，实现了对PCle接口、SGMI接口、SD/MMC接口的有效集成处理，另外，处理器所对应的主控CPU主要包含时钟电路、复位电路和接口模块电路等组成部分。为了实现对硬件资源的有效节省，降低系统功耗，对于处理器而言，其外围接口电路在实际设计中，要重点做好对串行器解串器的科学设计，并借助初始化设备状态寄存器，将处理器内四个不同通道直接配置为PCle、SGMI等接口，并完成对双E500内核和访问存储设备的科学设计。最后，利用PCIe接口时钟线，将高速连接器与机箱背板进行有效连接。

2.2接口模块优化设计

首先，需要将配置空间一一映射到寄存器内部内存空间内，并采用内存操作的方式完成对系统寄存器接口的初始化操作，同时，严格按照所设置好的AHCI标准，完成对寄存器偏移地址的科学设置，然后，对SATA端口进行扫描处理，从而完成对物理连接关系的构建。

3系统优化效果测试

3.1系统性能优化

首先，采用超级页传输数据法，在不延长数据传输时间的基础上，适当地提高数据吞吐量。其次，优化设计系统任务调度优先级[4]，并完成对FTL表的构建，确保重要数据准备时间不断缩小，此外，还要借助并发机制，全面地读取地址数据，避免发生地址偏移问题，同时，还要利用数据补偿法，对该系统CPU进行优化，当系统CPU首次触发通道时，实际读取数据量仅仅达到30KB，所以，为了提高读取数据量，CPU会连续性地执行三次通道操作，使得系统响应时间不断推迟。在对该系统进行优化期间，需要将数据地址放入到DBUF中进行中断处理，有效地降低了数据地址出现偏移概率，从而起到节约NAND通道的作用，使得系统存储速度得以大幅度提高 ，确保系统运行成本降到最低。最后，还要加强对系统整体性能的优化和提升。例如：通过优化FTL算法，缩短系统开销时间，确保系统表现出良好的运行性能，同时，还要利用Read Page Multi-plane命令，对系统多级流水进行不断地优化。

3.2系统优化结果分析

优化前，系统参数如下；1）主机首次执行DMA Read命令所获得的数据量达到了64KB。2）NAND通道数量为4个。3）Flash单页容量为8KB。4）Flash异步模式所对应的时钟频率为60MHz。5）ONFI模式所对应的时钟频率为200MHz[5]。通过利用超级页传输法和数据补偿法，对该系统进行优化设计，优化结果如下：首先，当CE为2时，预取数据对T3时间进行自动隐藏；当CE为1时，所预取的数据量不断降低，并隐藏了通道触发时间，其优化效果比较显著。其次，当CE保持不变时，NAND通道数呈现出不断增加的趋势，这表明系统运行速度得以大幅度提高[6]。此外，通过利用ONF1模式，SSD速度得以显著提升，大约是异步模式下的三倍。最后，通过利用异步模式，数据传输量、通道和CE分别为64KB、4个、2个。但是，通过使用优化后的ONFI模式，其速度提高了40%左右。

3.3系统优化测试

系统功能测试主要是指对主机主板进行测试，判断其是否能够正常、稳定、高效地识别固态硬盘。同时，利用相关操作系统，对文件系统数据进行增删改查操作，以保证数据读写操作水平，以实现对系统性能的全方位测试。测试结果表明：主机主板，可以实现对固态硬盘的精确化识别，同时，固态硬盘运行良好，并没有出现异常问题。总之，在对该系统进行测试期间，技术人员要在综合考虑系统读写数据速度的基础上，全面地分析高低温、振动频率对数据读写速度所产生的影响程度，并选用四个通道，采用异步工作模式，以保证系统测试结果的精确性和真实性。

结束语

综上所述，在科技水平的不断提高下，SSD固态硬盘技术得以有效地推广和普及，使得固态硬盘种类不断增加，为人们存储海量信息提供了极大的便利，但是，SSD固态硬盘在实际应用中，存在各种各样的问题，因此，技术人员要对SSD固态硬盘存储系统进行有效地优化，使得该系统具有强大的存储功能。本次研究所得到的结论如下；（1）对于SSD固态硬盘而言，其存储速度与存储容量和系统响应时间两个参数之间存在密切联系，为了确保优化设计方案的有效性和可行性，技术人员要在全面分析SSD固态硬盘性能影响因素的基础上，根据该硬盘的运行原理，对其进行优化设计。（2）技术人员通过采用数据补偿法、超级页传输法，优化设计SSD固态硬盘，并对优化后的固态硬盘性能进行全面化测试，结果发现，通过利用主机主板，可以提高对文件操作的有效识别和响应，极大地提高读取性能。

参考文献

[1] 黄元培. SSD固态硬盘存储系统的优化与测试探究[J]. 电脑迷,2016(10):5.

[2] 任华锋,高传发,孙振华. 一种基于PCIe固态硬盘存储系统的设计和实现[J]. 电子产品世界,2016,23(4):64-66,75.

[3] 陈琦. 固态硬盘的优势及其在存储系统中的应用[J]. 科技展望,2016,26(29):153.

[4] 王鑫. 固态硬盘在存储系统中的应用[J]. 计算机光盘软件与应用,2014(12):314-315.

[5] 陈震,刘文洁,张晓,等. 基于磁盘和固态硬盘的混合存储系统研究综述[J]. 计算机应用,2017,37(5):1217-1222.

[6] 白洁,马海兵. 固态硬盘在存储系统中的应用分析[J]. 中国科技信息,2010(6):69-71.