固態硬盤系統中閃存和內存信號總線的驗證和時序優化思考

趙勇

摘要：固態硬盤設備的特點就是能耗較小、讀寫的速度更快且外部具有抗摔抗震的效果，同時還方便攜帶，因而正在逐漸取代傳統的機械硬盤。但隨著技術的不斷發展，固態硬盤傳輸數據的速度也進一步加快，同時其數據的可靠性也必須提高標準，固態硬盤系統的存儲主要分為兩個模塊，分為為內存和閃存模塊，因而為了提高其傳輸數據的可靠性，對內存模塊和閃存模塊中的信號進行質量分析是必不可少的一項工作。本文主要利用固件的仿真方式來對閃存和內存信號總線進行驗證，進而根據驗證結果對其進行調試，優化時序，確保閃存和內存信號的質量能夠達到標準，保證信號傳輸的可靠性。

關鍵詞：閃存信號;內存信號;固態硬盤

引言：當前，數據傳輸已經是時代必不可少的一項工作，直接影響到人們的生活和工作，而固態硬盤設備進行數據傳輸的效率較高，因而得到廣泛運用，基于此，本文對固態硬盤系統的儲存信號總線驗證和時序優化進行了簡要分析。

1.固件的仿真和信號總線驗證

1.1搭建固件仿真的環境

對固件進行仿真主要是依托于主機設備和仿真器設備來完成，將固態硬盤中的PCIe接口直接與主機設備相連接，然后再將固態硬盤通過JTAG接口來連接仿真器設備，仿真器設備和主機設備也要通過外部網口來連接，將所有設備連接完成后，就可以在主機設備上運用仿真器設備的仿真功能來仿真固態硬盤系統中的固件，搭建出固件仿真所需要的環境，如圖1所示。

其中，主機設備主要負責對固件的設計進行驗證，同時發揮出調試功能，還要完成固件的一系列測試，因而對主機設備的配置要求較高。主機設備配置主要包括操作系統、主板、CPU、固態硬盤的驅動以及接口，在實際仿真的過程中，提前設計好的固件代碼會被主機翻譯成bin文件，最后通過文件來對固件下達指令，在固態硬盤驅動的作用下，通過接口可直接下載到硬盤當中，而固件一般存在于系統的閃存當中，當硬盤通電時，閃存中的固件會讀取DRAM然后執行，當固件已經下載到硬盤中后，使用驅動器和接口發送驗證并進行信號總線的測試工作。而仿真器設備的作用則是對固態硬盤系統中固件的邏輯、數據傳輸以及固件運行狀態等進行分析，仿真器設備可以在固件的代碼中直接映射出硬盤正在執行的操作，然后分析固件代碼來判斷硬盤操作狀態是否正確，若存在不合理之處再對固件進行調試。

1.2固件編譯和下載

運用C語言來對固件進行設計，然后在編輯器當中對固件進行編輯，再通過仿真器設備來進行固件的編譯工作，同時還能夠對固件設計進行語法檢測，確保其內存使用的規范合理。編譯工作會在文件夾中自動生成多個ELF文件和bin文件，其中有一個bin文件是下載到固態硬盤中的固件，在實際協議中對該固件的下載做出了固定指令，這項指令能夠將該文件直接復制到硬盤的控制器當中，而仿真器進行調試工作主要是依托于ELF文件[1]。

1.3固件仿真操作

對固件進行仿真時，主要是使用仿真器來判斷固件的運行狀態，包括其寄存器的值、變量的值以及發出的相關命令是否符合要求，進而做出相應調試。一般來說閃存驗證固件的過程較為復雜，其仿真的內容也是比較多，而內存驗證主要是一些邏輯驗證，需要運用到運算方法，仿真的內容也相對較少。在實際仿真過程中先將仿真器進行合理設置，先打開計算機的MULTI界面，然后在固態硬盤的控制核心上連接ELF文件，最后可獲得在不同核心中的固件狀態，進而對固件進行調試。在設計完仿真器后，就可以對閃存固件和內存固件進行仿真，對于閃存固件的仿真驗證主要是判斷轉移機的轉移狀態是否良好，閃存的發送操作是否符合要求;對于內存固件的仿真，主要是進行邏輯仿真和設計中寄存器的仿真。

1.4信號總線的驗證

固件在進行仿真調試后，確保固件滿足預期的功能要求，然后將仿真的固件下載到固態硬盤系統當中，給硬盤連接電源，等到系統初始化完成后，通過主機向固態硬盤系統發送信號驗證命令，即可執行信號驗證操作。在進行閃存驗證的過程中，通過得到的驗證結果來分析信號的完整區間以及整個區間內的數據比值，進而來判斷信號的質量，架設固件仿真閃存信號的區間基本上都大于75%，則可判斷閃存信號的質量達標;對于內存信號的驗證，其驗證結果會保留到硬盤的緩存當中，通過訪問緩存地址即可查看其驗證結果，內存信號質量的判斷同樣是檢測型號的區間和區間內的數據比值，若其區間基本都大于50%，則可判斷內存信號的質量達標。

2.對驗證和時序優化的展望

本文主要是利用固件仿真的方法來對閃存和內存信號進行驗證，而對于時序優化的展望，應當在下一步的工作中，實現利用硬件電路來進行驗證和優化，就是將硬件電路加入到固態硬盤的系統當中，能夠進一步提高信號總線驗證和優化的效率，減輕硬盤的控制器CPU負載[2]。

結論：綜上所述，對固態硬盤系統中的內存信號和閃存信號進行質量分析，是保證數據傳輸更加可靠的必要工作。由本文分析可知，文中主要利用仿真器和主機設備來對固態硬盤固件進行仿真，進而通過仿真結果來驗證信號的可靠性，最后根據驗證結果進行時序優化。

參考文獻

[1]吳亞全. 基于固態硬盤系統中閃存和內存信號總線的驗證和時序優化[D].西安電子科技大學，2019.

[2]辛敏成，鄒田驥，張海濤.NAND閃存固態硬盤空間環境效應分析及測試系統設計[J].航天器環境工程，2018，35（06）：581-587.

南京中興軟件有限責任公司