CN107045424B - 小卫星固态存储器分时复用管理读写文件方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小卫星固态存储器分时复用管理读写文件方法,将固态存储器的存储阵列整合为一个整体统一编排存储地址,开辟输入数据缓存和输出数据缓存,带有DMA控制器的数据总线将存储阵列与输入数据缓存和输出数据缓存连接;当固态存储器记录数据时,输入数据缓存内数据通过数据总线记入存储空间完成写操作,当固态存储器读取数据时,输入出数据缓存通过数据总线读取存储空间内数据完成读操作;DMA控制器控制读写操作占用数据总线的时间对应读时间和写时间,实现对数据总线的分时复用,DMA控制器将数据总线占用时间进行时间片划分,并依次分配给读写操作,固态存储器同时读写功能,满足固态存储器写入当前文件数据同时读取当前写入或历史写入文件数据的需求。
Description
技术领域
本发明涉及小卫星固态存储器分时复用管理读写文件方法,以适应卫星对固态存储器写入当前文件数据同时读取当前写入或历史写入文件数据的需求。
背景技术
小卫星对地数据传输受地面站可视范围影响,在地面站可视范围才能完成星到地的数据传输,这种方式仅能将在地面站可视范围内有效载荷获取的数据实时传输至地面站;如果在地面站可视范围外有效载荷获取数据需要以文件形式先存储在固态存储器其中,当进入地面站可视范围内将固态存储器中文件数据回放至地面站,这种方式对固态存储器的读写操作是不同时进行的。以上两种方式是小卫星将有效载荷数据对地传输基本工作模式。
为适应用户两种新的需求:1.有效载荷获取高质量数据,使数传接收原始数据量显著提高,但数传射频通道速率是固定的,在地面站可视范围内将获取大数据量传至地面站;2.在地面站可视范围边界内外区域连续获取高质量数据并需及时传至地面站。这些需求都需要星载固态存储器具有数据缓存功能并可以对当前文件的同时读写数据,这种固态存储器工作模式被称为“边记边放”。现有固态存储器通过内部存储空间分区调度实现“边记边放”功能,具体机理如下:
当固态存储器工作在边记边放,为了解决单口FLASH存储芯片的访问冲突问题,整个存储阵列等分为三个子阵列(BANK)并配备两套总线,一套用于记录而另一套则用于回放。每套总线各有三条分支,分别对应一个子阵列,每个子阵列在一个时刻只能工作在读模式或写模式。每个子阵列从上到下又分成若干分区(也可以称为扇区),在缓冲模式工作时,三个子阵列的分区在任务管理单元的统一调度下交替记录和回放,从而达到宏观上同时读写的目的,分区调度策略如图1图1所示。
但对于用户及卫星设计方提出固态存储器写入当前数据同时读取当前写入数据或历史写入数据的需求,即边记边放多文件功能,此种设计无法实现。“3BANK”分区调度设计中,回放地址与记录地址必须满足匹配关系(如放BANK1的地址,记录BANK3的地址)才能启动边记边放,因此每次启动回放都需要3~5秒的匹配过程(取决于记录速率的快慢)。因此边记边放多文件时,文件之间必然出现3~5秒的空挡期。并且由于每个文件由位于不同BANK的大量地址组成,鉴于单片机资源有效,边记边放多文件的软件设计难度极大。
发明内容
本发明的技术解决问题是:为满足固态存储器“边记边放”模式支持回放任意文件,支持回放多文件,且对记录速率与回放速率相对快慢关系无约束的需求,提供一种小卫星固态存储器分时复用管理读写文件方法,将固态存储器存储空间从“3BANK”整合为一个完整存储空间,利用DMA控制器控制存储空间中存储阵列对唯一一根数据总线分时占用读写,以达到宏观上固态存储器的读操作和写操作是独立的,最终满足固态存储器写入当前数据同时读取当前写入数据或历史写入数据的需求。
本发明的技术解决方案是:固态存储器存储空间统一整合并采用DMA控制器控制固态存储器读写操作分时复用共用数据总线的调度策略,实现固态存储器记录与回放独立运行。
本发明实现步骤如下:
(1)固态存储器的存储阵列整合为一个整体统一编排存储地址,开辟输入数据缓存和输出数据缓存,通过带有DMA控制器数据总线将存储阵列与输入数据缓存和输出数据缓存连接;
(2)当固态存储器记录数据时,输入数据缓存内数据通过数据总线记入存储空间完成写操作,当固态存储器读取数据时,输入出数据缓存通过数据总线读取存储空间内数据完成读操作;
(3)读写操作共用一条数据总线,DMA控制器控制读写操作占用数据总线的时间,对应划分为读时间和写时间,使读写操作独立进行,实现对数据总线的分时复用,特别是当固态存储器同时读写时,DMA控制器将数据总线占用时间划分为细小时间片,并依次分配给读写操作,宏观上固态存储器同时读写功能。
所述步骤(1),将固态存储器的存储阵列的地址通过地址管理软件进行按序编排,使固态存储器的存储阵列成为一个整体,固态存储器输入数据缓存和输出数据缓存,两个独立缓存根据输入输出速率需求选取不同缓存器件,如高速DDR、MRAM、FPGA等,两个缓存与存储阵列之间由带有DMA控制器的数据总线,DMA控制器控制输入缓存和输出缓存通过数据总线完成操作占用时间。
所述步骤(2)固态存储器进行数据记录时,外部输入数据进入输入数据缓存,输入数据缓存通过数据总线将输入数据传输给存储阵列,存储阵列管理软件控制写入输入数据并生成文件,这个过程称为写操作;固态存储器进行数据回放时,存储阵列管理软件读取存储阵列内文件数据,通过数据总线传输给输出数据缓存,之后经输出接口输出,这个过程称为读操作。
所述步骤(3)中读写操作共用一条数据总线时,DMA控制器控制读写操作占用数据总线时间来控制读写操作,实现对数据总线的分时复用,读写操作独立进行,当固态存储器进行数据记录时,即固态存储器内部进行写操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给写操作,该用数据总线时间称为写时间;当固态存储器进行数据回放时,即固态存储器内部进行读操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给读操作,该用数据总线时间称为读时间;当固态存储器边记边放时,即固态存储器内部同时读写操作时,DMA控制器将占用数据总线时间划分为细小的时间片(时间),即记录时间片和回放时间片为200-300微秒,记录时间片小于记录缓存时间,回放时间片小于回放缓存时间,且满足记录时间片快,回放时间片慢,依次分配给读写操作,在时间上看来固态存储器在同时读写,由于读写操作分时独立操作,实现固态存储器写入当前文件数据同时读取当前写入或历史写入文件数据。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明通过DMA控制器控制固态存储器读写操作占用数据总线时间,使固态存储器读写相对于“3BANK”设计彻底独立运行,可以完成单独记录文件、单独回放文件,对同一文件边记边放,记录当前文件同时回放以前文件等多种工作模式,使固态存储器使用方式更为多样和灵活。
(2)本发明存储阵列整合为一体大大简化在软件层面地址资源管理与使用复杂度。
(3)本发明读写操作共用数据总线使固态存储器硬件层面简化结构设计。
附图说明
图1为原固态存储器存储空间为“3BANK”结构分区调度设计架构图;
图2为本发明固态存储器存储空间分时复用调度设计架构图;
图3为本发明中DMA控制固态存储器同时读写时时间片划分与分配图;
具体实施方式
如图2所示,固态存储器结构与图1所示的“3BANK”结构设计相比,将存储阵列整合为一个整体,不再依赖于三个BANK子阵列的串行工作,记录数据和回放数据独立数据总线由一根带有DMA控制器的数据总线替代,即整个存储阵列在物理上对外仅有一条唯一的数据总线对应输入数据缓存和输出数据缓存,无论在记录还是回放时都是通过DMA控制器分时复用调度读写操作占用数据总线时间。当固态存储器进行数据记录时,即固态存储器内部进行写操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给写操作,该时间称为写时间;当固态存储器进行数据回放时,即固态存储器内部进行读操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给读操作,该时间称为读时间;当固态存储器工作在边记边放模式时,DMA控制器需将数据总线工作时间轴分为写和读两种时间片进行轮询,在写时间片时对应写操作占用数据总线,读时间片时对应读操作占用数据总线。
如图3所示,固态存储器在边记边放模式时,DMA控制器将读写操作占用数据总线时间依次均与划分为写和读时间片:在“写时间片1”执行写操作,输入的记录数据占用数据总线,将数据写入存储阵列进行存储;在t0时刻,停止写操作,记录数据释放总线,总线切换至回放数据,执行读操作,在“回放时间片1”,存储阵列中存储的数据被取出并写入输出数据缓存,同时,记录数据写入输入数据缓存中等待存储;在t1时刻,停止读操作,回放数据释放总线,总线切换至记录数据,执行写操作,在“记录时间片2”,输入数据缓存中的数据被取出并写入存储阵列进行存储,同时输出数据缓存中的数据被送至输出接口板中并按分***要求速率进行回放。依此类推,整个边记边放过程中,在微观上由DMA控制器控制读写操作对数据总线分时复用,而在宏观时间上固态存储器表现为同时读写。
固态存储器采用总线分时复用策略后,使得固态存储器内部读、写操作独立进行,“边记边放”模式可以在记录当前文件同时支持回放任意文件(当前文件或历史文件),且跨文件可以无缝衔接。
Claims (1)
1.小卫星固态存储器分时复用管理读写文件方法,其特征在于步骤如下:
(1)固态存储器的存储阵列整合为一个整体统一编排存储地址,开辟输入数据缓存和输出数据缓存,通过带有DMA控制器的数据总线将存储阵列与输入数据缓存和输出数据缓存连接;其中,将固态存储器的存储阵列的地址通过地址管理软件进行按序编排时,使固态存储器的存储阵列成为一个整体,固态存储器输入数据缓存和输出数据缓存作为两个独立缓存根据输入输出速率需求选取不同缓存器件,不同缓存器件包括高速DDR、MRAM或FPGA,两个独立缓存与存储阵列之间有带有DMA控制器的数据总线,DMA控制器控制输入数据缓存和输出数据缓存通过数据总线完成操作占用时间;
(2)当固态存储器记录数据时,输入数据缓存内数据通过数据总线记入存储空间完成写操作,当固态存储器读取数据时,输出数据缓存通过数据总线读取存储空间内数据完成读操作;其中,固态存储器进行数据记录时,外部输入数据进入输入数据缓存,输入数据缓存通过数据总线将输入数据传输给存储阵列,存储阵列管理软件控制写入输入数据并生成文件,这个过程称为写操作;固态存储器进行数据回放时,存储阵列管理软件读取存储阵列内文件数据,通过数据总线传输给输出数据缓存,之后经输出接口输出,这个过程称为读操作;
(3)读写操作共用一条数据总线,DMA控制器控制读写操作占用数据总线的时间,对应划分为读时间和写时间,使读写操作独立进行,实现对数据总线的分时复用;当固态存储器同时读写时,DMA控制器将数据总线占用时间划分为细小时间片,并依次分配给读写操作,实现固态存储器同时读写功能;其中,读写操作共用一条数据总线时,DMA控制器控制读写操作占用数据总线时间来控制读写操作,实现对数据总线的分时复用,读写操作独立进行,当固态存储器进行数据记录时,即固态存储器内部进行写操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给写操作,该用数据总线时间称为写时间;当固态存储器进行数据回放时,即固态存储器内部进行读操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给读操作,该用数据总线时间称为读时间;当固态存储器边记边放时,即固态存储器内部同时读写操作时,DMA控制器将占用数据总线时间划分为细小的时间片,即记录时间片和回放时间片为200-300微秒,记录时间片小于记录缓存时间,回放时间片小于回放缓存时间,且满足记录时间片快,回放时间片慢,依次分配给读写操作,在时间上看来固态存储器在同时读写,由于读写操作分时独立操作,实现固态存储器写入当前文件数据同时读取当前写入或历史写入文件数据;
其中:
固态存储器存储空间统一整合并采用DMA控制器控制固态存储器读写操作分时复用共用数据总线的调度策略,实现固态存储器记录与回放独立运行;不再依赖于三个BANK子阵列的串行工作,记录数据和回放数据独立数据总线由一根带有DMA控制器的数据总线替代,即整个存储阵列在物理上对外仅有一条唯一的数据总线对应输入数据缓存和输出数据缓存,无论在记录还是回放时都是通过DMA控制器分时复用调度读写操作占用数据总线时间;
当固态存储器进行数据记录时,即固态存储器内部进行写操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给写操作,该时间称为写时间;当固态存储器进行数据回放时,即固态存储器内部进行读操作,DMA控制器将占用数据总线时间分配给读操作,该时间称为读时间;当固态存储器工作在边记边放模式时,DMA控制器需将数据总线工作时间轴分为写和读两种时间片进行轮询,在写时间片时对应写操作占用数据总线,读时间片时对应读操作占用数据总线;
固态存储器在边记边放模式时,DMA控制器将读写操作占用数据总线时间依次均与划分为写和读时间片:在“写时间片1”执行写操作,输入的记录数据占用数据总线,将数据写入存储阵列进行存储;在t0时刻,停止写操作,记录数据释放数据总线,数据总线切换至回放数据,执行读操作,在“回放时间片1”,存储阵列中存储的数据被取出并写入输出数据缓存,同时,记录数据写入输入数据缓存中等待存储;在t1时刻,停止读操作,回放数据释放数据总线,数据总线切换至记录数据,执行写操作,在“记录时间片2”,输入数据缓存中的数据被取出并写入存储阵列进行存储,同时输出数据缓存中的数据被送至输出接口板中并按分***要求速率进行回放;依此类推,整个边记边放过程中,在微观上由DMA控制器控制读写操作对数据总线分时复用,而在宏观时间上固态存储器表现为同时读写;
固态存储器采用数据总线分时复用策略后,使得固态存储器内部读、写操作独立进行,“边记边放”模式可以在记录当前文件同时支持回放任意文件,且跨文件可以无缝衔接。
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