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摘要：傳統存儲系統的讀、寫性能差，無法安全存儲高密度信息。故設計基于大數據的高密度信息安全存儲系統。系統硬件由FPAG接口模塊和PCIE硬核模塊組成，主要負責安全存儲高密度信息。系統軟件使用NANDFLASH作為控制程序，主要負責壞塊管理。軟、硬件結合，完成基于大數據的高密度信息安全存儲系統的設計。最后通過仿真實驗，測試兩個系統的讀、寫功能是否符合設計需求。實驗結果表明，所提系統可以完成高密度數據的讀、寫請求操作。

關鍵詞：高密度信息；信息安全存儲；系統設計；數據讀寫；系統測試；仿真驗證

0引言

傳統的高密度信息安全存儲系統存在讀、寫性能差的缺陷，為此提出基于大數據的高密度信息安全存儲系統設計。利用大數據技術的高密度大容量存儲特性，來改變系統讀、寫請求操作步驟。因為大型數據集要向成百上千的電腦分配工作，所以需要利用大數據技術處理大量的容忍經過時間內的數據，使這些含有意義的數據“增值”[1]。系統硬件設計配合多種功能需求，利用大數據技術，將采樣的高密度信息存儲至系統內存。為解決傳統硬件結構在對數據采樣時存在帶寬、數據存儲質量上的缺陷這一問題，硬件采用XilinxVirtex6FPGA內嵌PCIE核的方式，完成高密度信息安全傳輸。

1硬件結構設計

硬件上搭建Virtex6FPGA為控制中心，利用大數據技術作為高密度信息讀寫的基礎[2]。以DDES為高密度大容量緩存，以6路高密度收發器TLK為標準接口，來實現DDR3存儲接口和緩存模塊的設計。基于大數據的高密度信息安全存儲系統硬件總體設計如圖1所示。PICE接收控制板通過6路TLK2711實現與存儲器的接口連接，將接收的數據送入FPGA[3]。再通過FPGA將接收數據存入DDR3模塊，再以DMA寫的方式上傳到系統內存，最后通過6路TLK2711將高密度信息安全存儲到DRR3。FPAG接口模塊采用XilinxVirtex6FPGA，負責高密度DMA讀寫。以DDR3作為高密度信息安全存儲空間[5]，傳輸帶寬使用PCIE硬核，用Virtex6FPGA簡化DDR3接口[6⁃7]。PCIE硬核模塊，采用XilinxVirtex6FPGA內嵌PCIE硬核模塊。

2軟件功能設計

利用大數據可變性的特征，處理NANDFLASH軟件控制程序中的壞塊。NANDFLASH可與數據和地址共用一條總線。圖2中ECC模塊主要負責校驗碼的生產、存儲和讀取等[9]。首先，需將輸入數據的位寬設置為64bit，且每次讀取寫入的數據為64KB；其次，將原本緩存的大小調整為原來寫入數據量的2倍；最后，通過編程操作將已經存儲的數據上傳到系統，系統將數據存入NANDFLASH陣列，而外部數據會被自動寫入輸入緩存[10]。為解決ECC模塊與兩個緩存模塊會打亂主控邏輯模塊產生操作時序這一問題，需連接NANDFLASH芯片，采用簡單的信號定義，調整模塊在主控邏輯操作中的步驟。根據表1確定命令轉移順序，從空閑狀態轉移到相應狀態，完成后開始擦除工作。在執行擦除任務時，需根據擦除指令狀態轉移圖擦除冗余數據。在執行擦除指令后，使用chipscope完成編程指令。編程結束需通過讀狀態寄存器查詢編程是否創建成功。若不成功，記為壞塊。若在壞塊存取數據時發生錯誤，需使用NANDFLASH屏蔽壞塊。在此過程中，為防止讀取出現錯誤，利用矩陣的行信息檢驗ECC校驗碼檢驗錯誤。軟硬件結合，完成基于大數據的高密度信息安全存儲系統的設計。

3實驗分析

實驗重點測試基于大數據的高密度信息安全存儲系統的讀、寫請求操作是否符合設計需求，驗證DDR3存儲接口、PICE模塊、FPAG接口模塊和軟件控制程序設計的正確性。最后，給出傳統存儲系統和所提系統的讀、寫性能測試結果，再通過仿真分析，驗證所提系統設計的可行性。

3.1系統寫測試驗證

上行FIFO與DDR3交互，會向DDR3寫入命令和數據，完成DDR3寫請求操作。在完成整個初始化過程后，使用所提系統處理信號phy_init_done置為有效。當DDR3內存不滿，且DDR3上行FIFO不空，可對應圖4中的ddr3_fifo_full信號。若命令與地址FIFO準備好接收命令，寫數據FIFO準備好接收數據，對應圖4中的app_rdy會向用戶發起寫命令操作，并降低app_rdy置為低。當使用傳統系統處理信號時，phy_init_done置為失效。在app_wdf_data上提交數據時，wr_bst_cnt會停止寫操作，導致FIFO不滿，出現壞塊，無法寫入高密度信息。分析圖4可知，使用基于大數據的高密度信息安全存儲系統符合功能設計的要求。

3.2系統讀測試驗證

DDR3讀請求與下行FIFO交互，向DDR3寫入命令，完成高密度數據的讀請求操作。傳統系統與本文系統讀測試仿真驗證結果見圖5。由圖5可知，使用所提系統完成初始化過程后，信號phy_init_done置為有效。當DDR3內存不滿時，DDR3上行FIFO不滿，對應圖5中ddr3_fifo_full和fifo_prog_empty_ddr3_us信號會向用戶發起讀請求命令操作。而使用傳統系統在讀完一行后，rd⁃bst⁃cnt等于32時，會停止操作，出現壞塊，導致系統無法將寫入地址的高密度數據讀取出來驗證。由圖5可知，基于大數據的高密度信息安全存儲系統的讀功能符合設計需求。

4結語

針對傳統系統存在的讀、寫性能差問題，提出基于大數據的高密度信息安全存儲系統。在硬件的設計上，采用XilinxVirtex6FPGA，實現控制板之間的高密度數據傳輸。在軟件功能的設計上，采用NANDFLASH作為控制程序，完成整個系統的部分測試。最后，通過仿真實驗，測試兩個系統的讀功能和寫功能是否符合設計需求。實驗結果表明，所提系統方案設計的可行性更高。

參考文獻

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作者:張青鳳 單位:運城學院