基于PCIE的SSD扇区超稳定性检测系统设计与实现

摘要

以PCIe总线为标准的固态存储设备（SSD）是未来存储行业的发展趋势，其中以PCIe为主的总线接口也正日益取代传统SATA/ATA SSD和HDD的地位，由于其容量大、便携、高速的优势而迅速占领服务器及高端PC领域。但因其结构的特殊性，在实际应用中难免会遇到诸如异常断电、系统崩溃蓝屏等意外情况发生，导致正在写入的数据丢失或不完整。传统检测采用主机整机断电方式，虽然整机断电在SSD可靠性测试方面也必不可少，但对主机造成损耗较大，检测成本非常高。 PCIe固态存储设备扇区超稳定性检测系统（Random Hyperstability Detection System，RHDS）能够准确检测出在异常断电情况下，SSD在写入扇区过程中所造成的数据一致性、不完整性等问题。超稳检测系统主要由控制端（Master）和被控端（Slaver）两个子系统组成，可同时对多台Slaver进行检测。Master端由用户操作，直观显示测试结果，而Slaver运行在开发板上，负责执行超稳检测工作。另外，断电上电方式采用Master端连接的由多个继电器组成的断电板来控制。Master端一次生成并发送大量的写指令给Slaver端，Slaver按照指令对SSD进行满负荷写入，期间Slaver端会随机被断电，再上电之后对上次断电前写入的数据进行数据校验，从而判断SSD在异常断电环境下的稳定性。 超稳检测系统采用一主多从设计。由于系统运行过程中异常断电随时发生，同样也很容易导致Slaver端的板载NAND Flash出现稳定性问题，因此，检测过程中的日志记录及文件数据等均由Master端进行存储，从而保证了在检测过程中的数据准确以及检测结果的可靠性。通过系统功能设计和整体测试，业以证明超稳检测系统是一种行之有效的，检测固态存储设备在异常断电环境下数据完整性、一致性问题的解决方案。

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A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree for the Master of Engineering

摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外相关研究概况

1.4 主要研究内容

2 超稳检测相关技术分析

2.1 固态硬盘物理结构

2.2 固态硬盘工作原理

2.3 异常断电导致的结果及成因

2.4 扇区超稳定性的判定

2.4.1 超稳定性检测步骤

2.4.2 数据校验判定方式

2.5 本章小结

3 超稳检测系统的分析与设计

3.1 系统需求分析

3.2 系统总体设计

3.3 系统工作流程

3.4 系统功能设计

3.4.1 Master端系统功能设计

3.4.2 Slaver端系统功能设计

3.5 本章小结

4 超稳系统数据结构与算法

4.1 指令数据结构

4.2 指令批次生成算法

4.3 写入过程数据结构及算法

4.4 校验过程数据结构及算法

4.5 超稳定性检测过程注意事项

4.5.1 预填充数据

4.5.2 扇区头文件

4.5.3 全盘数据比对

4.6 本章小结

5 超稳检测系统实现与测试

5.1 系统实现环境

5.2 系统功能实现

5.2.1 控制端（Master）实现

5.2.2 被控端（Slaver）实现

5.3 系统综合测试

5.4 综合测试总结

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致 谢

参考文献