嵌入式系統的固態磁盤
今天,大多數計算機用戶都使用U盤在計算機之間傳送重要文件。照相機使用快閃(CF)記憶卡來存儲相片,Apple iPOD Nano采用固態媒介,知道的有flash,來存儲音樂和視頻。在這些應用中,使用消費者級別的flash媒介。
許多消費者固態磁盤(SSD),如U盤,是由多層單元技術(MLC) NAND flash 芯片制造而成。大多數商業和工業級SSD,例如Adtron 公司所制造的,包含了單層單元技術(SLC) NAND 。根據在固態磁盤內所占用的面積和空間來說,一個1 MByte SLC NAND 芯片相當于一個2 MByte MLC NAND 芯片。但是,MLC NAND 數據的存儲采用非常緊密的容限,需要更多的邏輯,也因此在對數據進行正確的編解碼上需要花費更多的時間。這一額外的時間花費降低了flash磁盤的速度及可靠性。 在存儲照片或音樂這樣的消費者應用中,如果有一個位(bit)解釋不正確,事實上是不會被注意到的。在工業應用中,如果有一個數據位解釋錯誤的話,將對關鍵任務帶來嚴重的影響。因此,如果是商業和工業應用的話,請選擇采用SLC NAND來設計和制造的SSD。
SSD 的優點
固態磁盤的最大優勢在于沒有運動部件,和硬盤驅動器相比提高了可靠性和耐用性。可靠性的定義是設備在一個特定環境下工作無故障的時間。影響工作環境的因素包括周圍溫度、沖擊和振動特性、磁盤使用時間和開關機次數。磁性設備如硬盤驅動器(HDD)的平均故障間隔時間(MTBF)會隨著溫度、振動和沖擊飛快的下降。在惡劣的環境下全速工作以及大范圍的溫度變化都會迅速的降低HDD的壽命,有時候縮短到幾個月,甚至是在不違反HDD制造商的使用說明的情況下。
耐用性和可靠性是相互關聯的。耐用性是指固態磁盤能經受住環境因素影響的能力,如溫度極限、溫度梯度、沖擊和振動。這些耐用特性對存儲設備使用可靠性的影響很難用數學來計算。這些因素應該在工程設計和確保符合系統現場使用壽命需要的鑒定中根據經驗來進行測試。表1比較了flash和硬盤媒介在不同環境下的特性。
表1 媒介特性

容量和性能
SSD的容量每年都在持續翻番。2005年,一個標準3.5” SSD的最大容量是64 Gbytes。到2006年中的時候,在標準的波形因數范圍內容量已經加倍至128 GBytes 。對于不受波形因數或價格限制的嵌入式應用來說,容量已經接近那些中等大小的HDD。自2003年以來,固態磁盤的價格已經降了50%,同時在2006年期間和之后隨著芯片密度的增加更期待著額外的減少。
在許多情況下,SSD的性能都要比一個同比的硬盤驅動器優越。在一個旋轉的磁盤上把一個讀/寫磁頭移到數據的位置,SSD沒有這種物理上的限制。 HDD中尋道時間(移入和移出磁頭)和旋轉延遲(旋轉磁盤至數據的位置)的結合物是非常易變的,且可以達到毫秒級。相對的SSD則非常小,非常連貫,僅達到微秒級。
數據的傳輸性能受到系統接口的影響。例如,一個SCSI(小型計算機系統接口)HDD或SSD由于接口能力而限制了數據的傳輸性能。在IDE磁盤驅動器中也存在同樣的問題。然而,在一些固態磁盤中,如Adtron公司所開發的那些,媒介自身的執行能力由于存在于SSD內部的flash芯片陣列的并行處理而得到了提高。在Adtron公司的Flashpak? SSD中,這種特性被稱作ArrayPro 技術。采用磁盤陣列(RAID)來排列多個SSD可以獲得容量和性能上的大幅提高。
Adtron公司沒有采用高速緩沖存儲器來提高性能。易失性高速緩沖存儲器保證從主機來或去的數據傳輸性能,但是對可靠性有負面影響。從主機傳送來的數據填充高速緩沖器,然后高速緩沖器的內容一并送至flash存儲器,實現了較好的性能。 但是,如果掉電的話,高速緩沖器中的數據將會丟失,影響了數據的可靠性。SSD沒有采用高速緩沖存儲器,執行起來更為連貫和可預測,當掉電時會丟失更少的數據。最好的執行措施是持續的傳輸速率而不是并發的傳輸速率。

固態磁盤在嵌入式領域的高端應用,如國防和工業自動化,與同類的HDD或磁帶驅動器相比,體現了重大的可靠性和耐用性改進。更高密度的SLC NAND降低了成本,在數據可靠性極為重要的應用中使SSD成為了首選。 經flash陣列并行處理和RAID的優化,性能和容量的提高使SSD為市場所廣泛接收。采用工業級別flash存儲器制造的SSD,適用于要求長使用壽命、適應惡劣環境以及數據可靠性的應用中。(end)