嵌入式系统的固态磁盘微机保护
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嵌入式系统的固态磁盘
嵌入式系统的固态磁盘 2011年12月04日 来源： 今天，大多数计算机用户都使用U盘在计算机之间传送重要文件。照相机使用快闪(CF)记忆卡来存储相片，Apple iPOD Nano采用固态媒介，知道的有flash，来存储音乐和视频。在这些应用中，使用消费者级别的flash媒介。许多消费者固态磁盘（SSD），如U盘，是由多层单元技术(MLC) NAND flash 芯片制造而成。大多数商业和工业级SSD，例如Adtron 公司所制造的，包含了单层单元技术(SLC) NAND 。根据在固态磁盘内所占用的面积和空间来说，一个1 MByte SLC NAND 芯片相当于一个2 MByte MLC NAND 芯片。但是，MLC NAND 数据的存储采用非常紧密的容限，需要更多的逻辑，也因此在对数据进行正确的编解码上需要花费更多的时间。这一额外的时间花费降低了flash磁盘的速度及可靠性。 在存储照片或音乐这样的消费者应用中，如果有一个位(bit)解释不正确，事实上是不会被注意到的。在工业应用中，如果有一个数据位解释错误的话，将对关键任务带来严重的影响。因此，如果是商业和工业应用的话，请选择采用SLC NAND来设计和制造的SSD。SSD 的优点固态磁盘的最大优势在于没有运动部件，和硬盘驱动器相比提高了可靠性和耐用性。可靠性的定义是设备在一个特定环境下工作无故障的时间。影响工作环境的因素包括周围温度、冲击和振动特性、磁盘使用时间和开关机次数。磁性设备如硬盘驱动器（HDD）的平均故障间隔时间(MTBF)会随着温度、振动和冲击飞快的下降。在恶劣的环境下全速工作以及大范围的温度变化都会迅速的降低HDD的寿命，有时候缩短到几个月，甚至是在不违反HDD制造商的使用说明的情况下。耐用性和可靠性是相互关联的。耐用性是指固态磁盘能经受住环境因素影响的能力，如温度极限、温度梯度、冲击和振动。这些耐用特性对存储设备使用可靠性的影响很难用数学来计算。这些因素应该在工程设计和确保符合系统现场使用寿命需要的鉴定中根据经验来进行测试。表1比较了flash和硬盘媒介在不同环境下的特性。
表1 媒介特性
容量和性能SSD的容量每年都在持续翻番。2005年，一个标准3.5” SSD的最大容量是64 Gbytes。到2006年中的时候，在标准的波形因数范围内容量已经加倍至128 GBytes 。对于不受波形因数或价格限制的嵌入式应用来说，容量已经接近那些中等大小的HDD。自2003年以来，固态磁盘的价格已经降了50%，同时在2006年期间和之后随着芯片密度的增加更期待着额外的减少。在许多情况下，SSD的性能都要比一个同比的硬盘驱动器优越。在一个旋转的磁盘上把一个读/写磁头移到数据的位置，SSD没有这种物理上的限制。 HDD中寻道时间（移入和移出磁头）和旋转延迟（旋转磁盘至数据的位置）的结合物是非常易变的，且可以达到毫秒级。相对的SSD则非常小，非常连贯，仅达到微秒级。数据的传输性能受到系统接口的影响。例如，一个SCSI（小型计算机系统接口）HDD或SSD由于接口能力而限制了数据的传输性能。在IDE磁盘驱动器中也存在同样的问题。然而，在一些固态磁盘中，如Adtron公司所开发的那些，媒介自身的执行能力由于存在于SSD内部的flash芯片阵列的并行处理而得到了提高。在Adtron公司的Flashpak™ SSD中,这种特性被称作ArrayPro 技术。采用磁盘阵列(RAID)来排列多个SSD可以获得容量和性能上的大幅提高。Adtron公司没有采用高速缓冲存储器来提高性能。易失性高速缓冲存储器保证从主机来或去的数据传输性能，但是对可靠性有负面影响。从主机传送来的数据填充高速缓冲器，然后高速缓冲器的内容一并送至flash存储器，实现了较好的性能。 但是，如果掉电的话，高速缓冲器中的数据将会丢失，影响了数据的可靠性。SSD没有采用高速缓冲存储器，执行起来更为连贯和可预测，当掉电时会丢失更少的数据。最好的执行措施是持续的传输速率而不是并发的传输速率。
固态磁盘在嵌入式领域的高端应用，如国防和工业自动化，与同类的HDD或磁带驱动器相比，体现了重大的可靠性和耐用性改进。更高密度的SLC NAND降低了成本，在数据可靠性极为重要的应用中使SSD成为了首选。 经flash阵列并行处理和RAID的优化，性能和容量的提高使SSD为市场所广泛接收。采用工业级别flash存储器制造的SSD，适用于要求长使用寿命、适应恶劣环境以及数据可靠性的应用中。(end)