SSD的控制器架构

已于 2024-01-03 11:35:10 修改
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于 2024-01-03 11:23:23 首次发布
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本文详细介绍了SSD的核心组成部分，包括主控、固件、闪存，以及它们在控制器架构中的角色，如前端接口（如PCIe/NVMe）、后端接口、数据处理模块、安全和系统管理等。强调了SSD作为一个复杂系统的协同工作原理。

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SSD核心主要由3部分组成：主控，固件和闪存。

主控里面运行固件，固件对前后端数据进行处理并担负其他职能，包括磨损均衡，垃圾回收，内存映射，坏块管理等。

主控和固件就构成了SSD的控制器架构，该架构主要有几部分组成：

  • 前端主机接口模块，比如PCIe控制器和存储协议NVMe控制器，用于和主机操作系统进行通讯
  • 后端闪存接口模块，用于直接和闪存交互，控制器上可以挂载多个闪存颗粒
  • 后端数据处理模块：对和闪存交互的数据进行处理，如编解码，压缩解压，校验，RAID等
  • DDR控制器和PHY， 用于和DRAM进行交互，有些SSD没有DRM，DRAM-LESS，则没有该模块
  • 加解密以及认证的安全模块，负责硬件和数据安全
  • 系统管理模块。SSD属于一个功能较多的复杂的系统，需要协调好各个功能部件系统有序协作工作。
  • 其他：主控芯片还需要SRAM，控制器和主机的物理接口等
SSD |（二）SSD主控
知识库搭建ing
10-11 1288
控制器作为一个片上系统，处理来自用户端的命令并负责管理闪存颗粒。
NVMe协议SSD控制器端实现浅析
yiyeguzhou100的专栏
02-12 3028
http://www.dostor.com/p/48121.html 一.NVMe 协议 NVMe协议是在PCIe SSD开始大量出现在市场上后，因为各个厂家的私有协议不具有兼容性，无法和现有操作系统无缝衔接，INTEL为了统一接口协议建立生态，而在2011年发布了NVMe协议。 NVMe采用了多命令队列 (最大65536个命令队列)，每个命令可变数据长度(512B到2MB),同时数据在...
固态硬盘架构
tawerjweng的专栏
03-22 2815
固态硬盘架构 SSD系统架构 SSD作为数据存储设备，其实是一种典型的（System on Chip）单机系统：有主控CPU、RAM、操作加速器、总线、数据编码译码等模块，操作对象为协议、数据命令、介质，操作目的是写入和读取用户数据。 图2-1 SSD主控模块硬件图 图2-1是一个SSD系统架构的概略图，这款主控采用ARM CPU，主要分为前端和后端两大部。前端（Host Interface Controller，主机接口控制器）跟主机打交道，接口可以是SATA、PCIe
SSD主控的软件架构
MengchiCMC的博客
03-29 2573
1) 操作系统位于整个系统的最上层，直接关系到用户的使用体验，普通用户只需要在操作系统中进行一些操作即可。如：WINDOWS、OS、Linux等。2) 文件系统：文件系统位于操作系统之下，操作系统的指令是通过文件系统来到达硬盘的，所以每个操作系统都会有不同的文件系统，例如WINDOWS上使用的NTFS，FAT等，Linux上使用的ext3，ext4等等。3) 底层驱动：底层驱动是位于软件层面
第2章 SSD主控和全闪存阵列
fengbaobaola的博客
07-05 1177
通过第一章可知，SSD主要由两大模块组成：主控和闪存介质。其中，（1）实现标准主机接口与主机通信；（2）实现与闪存的通信；（1）运行SSD内部FTL算法。主控芯片的好坏直接决定了SSD的性能、寿命、可靠性。
SSD---系统架构
智小星的博客
02-14 4249
SSD主要由两大模块构成---主控和闪存介质。另外可选的还有Cache缓存单元。主控是SSD的大脑，承担着指挥、运算和协调的作用，具体表现在： 前端实现标准主机接口与主机通信，接口包括SATA、PCIe、SAS等。 后端实现与闪存的通信，主要包含数据编解码和ECC。 SSD固件运行SSD内部FTL算法。 一款主控芯片的好坏直接决定了SSD的性能、寿命和可靠性。 ...
SSD基本结构
Rudy的博客
11-22 3881
固态硬盘（Solid State Disk）主要是由控制单元和存储单元组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致，包括3.5"，2.5"，1.8"多种类型。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳，同时工作温度很宽，扩展温度的电子硬盘可工作在-45℃～+85℃。 传统的机械...
SSD工作原理和基础知识（三） ----控制器和固件
weixin_43590629的博客
09-03 1670
控制器是SSD的核心部分，类似于计算机中的CPU,负责管理数据的读写操作。它在主机与NAND闪存之间起到桥梁的作用。固件是运行在SSD控制器上的软件。它定义了控制器的操作逻辑，管理数据的读写以及SSD的内部维护任务。
Tech Talk: SSD架构与功能模块详解
UnionMemory的博客
08-05 615
◎SSD架构示意图如上图所示，典型的SSD架构包括主机接口、SSD控制器以及闪存芯片。连接主机的接口包括多种标准类型，例如串行ATA（SATA）、并行ATA（PATA，又称IDE）、以及PCIe等，以满足不同的系统和设计要求。SSD控制器处于主机系统以及NAND闪存之间，执行数据读写以及调节闪存芯片的损耗平衡等。
一种基于嵌入式磁旋存储芯片的固态硬盘控制器芯片架构.pdf
07-26
根据文中所述，使用嵌入式STT-MRAM的SSD控制器架构能够支撑固态硬盘容量的提升达30%以上。 目前主流的企业级固态硬盘控制器芯片架构可以分为前端主机接口模块、系统管理模块、后端Flash接口模块等几个主要部分。...
[综述 1.5]
串起点滴
11-08 4325
1 FTL 2 预留空间(Over-provisioning) 3 Trim 4 写入放大(Write amplification) 5 垃圾回收(Garbagecollection) 6 磨损平衡(Wear leveling) 7 闪存多Plane操作 8 闪存多Die交错操作 9 ECC
《深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战》----学习记录(二)
鲁棒最小二乘支持向量机
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《深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战》学习记录
浅谈闪存控制器架构
PMC的专栏
10-08 2912
分析闪存控制器的架构，首先得了解SSD。一般来说SSD的存储介质分为两种，一种是采用闪存（Flash芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。我们通常所说的SSD就是基于闪存的固态硬盘，其采用FLASH芯片作为存储介质。SSD的基本组成结构包括Flash颗粒和Flash控
固态硬盘（SSD）内部详细结构
qq_36045093的博客
02-20 1622
对于关心SSD的人来说，你可能知道固态硬盘的速度是普通机械硬盘的几倍，能够有效提高计算机的开关机速度，也能解决计算机卡顿的问题让我们简单谈谈固态硬盘的发展历程以及目前固态硬盘行业的市场格局，这些是相对较大、宏观的内容。今天，我们将从微观角度出发，重点分析固态硬盘本身，通过简单分析固态硬盘的内部和外部结构，让更多的人了解固态硬盘的构成。机械硬盘利用磁性来记录数据，类似于我们小时候用来听音乐的磁带。如果我们需要找到某一条数据，硬盘将转动到信息记录的位置，磁头会感应磁性并读取数据。
SSD基本架构与工作原理
存储随笔
07-22 3328
SSD的读写操作遵循NAND闪存的基本特性，即写入前需擦除（Erase-before-write），操作单位不对称（读/编程操作在Page级别，而擦除操作在Block级别），且具有有限的耐久性和数据保持性。ECC编码与校验：在数据写入之前，根据SSD设计，会对数据进行ECC编码，以防止未来读取时的错误。写入过程中，host写入数据给到缓存，再由缓存下刷到NAND存储，需要注意的是写入数据后的垃圾回收GC。读取（Read）：数据从NAND闪存的Page传输到SSD控制器的页面缓冲区，再传输至主机，延迟tR。
SSD学习笔记3-SSD controller
qq_47968354的博客
05-22 2069
功能：这是SSD控制器的核心部分，负责执行固件代码，处理数据读写请求，并协调其他组件的工作。原理：通常基于ARM或RISC架构，主处理器执行固件中的代码来处理主机传来的命令，管理数据的读写和存储策略。功能：连接SSD控制器和NAND闪存芯片，负责数据在控制器和闪存芯片之间的传输。原理：通过ONFI（Open NAND Flash Interface）或Toggle模式等协议，与多个NAND闪存通道进行并行数据传输，提高数据传输效率。
固态硬盘SSD学习笔记：SSD主控
qq_41285194的博客
11-30 3733
SSD作为数据存储设备，其实是一种典型的单机系统（Soc），有主控CPU,RAM,操作加速器，总线，数据编码译码等模块。操作对象为协议，数据命令，介质。操作目的是写入和读取用户数据。如这款主控采用ARM CPU，主要分为前端和后端两大部分。前端和主机打交道，接口可以是SATA,PCIe,SAS等。后端跟闪存打交道并完成数据编解码和ECC。除此之外还有缓冲,DRAM。模块之间通过AXI高速和APB低速总线互联互通，完成信息和数据的通信。
简单了解固态硬盘(SSD)
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qq_39021670的博客
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SSD主控芯片，中国本土品牌能否后来居上？
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“继STAR1000推出后，忆芯科技将陆续推出系列芯片，最终实现中国芯、世界梦！”   11月15日，在平地春雷——忆芯科技NVMe SSD主控芯片发布会现场，忆芯科技创始人兼首席执行官沈飞激情满满地宣布了这一伟大愿景。 众所周知，国内SSD固态硬盘的需求量一路高歌猛进，然而SSD的核心技术始终在国外，其核心部件并没有国产厂商涉足，忆芯科技这时隆重推出了其首款SSD主控STAR100
ssd控制器
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### SSD控制器的工作原理和技术细节 SSD控制器作为固态硬盘的核心组件之一，负责协调主机与闪存之间的数据交互过程。其工作原理涉及多个技术层面，包括硬件架构设计、协议支持以及软件固件开发。 #### 硬件架构概述 SSD控制器通常基于高性能处理器构建，例如ARM CPU，并集成了多种功能模块以实现高效的数据处理能力[^2]。这些模块主要包括以下几个部分： 1. **前端接口（Host Interface Controller）** 主机接口控制器用于连接计算机或其他设备，提供诸如SATA、PCIe或NVMe等标准通信协议的支持。它接收来自主机的指令并将它们转化为内部可执行的操作序列。 2. **后端接口（Flash Controller / NAND Flash Channel）** 后端接口直接面向NAND闪存芯片组运作，承担着物理层面上的具体任务如页面编程(Page Program)、区块擦除(Block Erase)，同时还需实施错误校正编码(Error Correction Code, ECC)。 3. **缓存机制(Buffer & DRAM Management)** 缓冲区和动态随机访问内存(DRAM)被用来暂存频繁使用的资料片段或者等待写入/读取的动作完成前保持稳定状态下的信息副本。这样做的好处是可以显著提升整体性能表现，尤其是在面对大量小文件请求场景下尤为明显。 4. **总线互联(Bus Interconnection)** 不同子系统间借助于高级外围总线(Advanced eXtensible Interface, AXI) 和外设部件互连(Power Area Bus Protocol, APB) 实现快速高效的资源共享及信号传递服务。 #### 软件固件方面 除了上述提到过的纯物质构成要素之外，还存在着至关重要的非物质组成部分——即运行在其上的操作系统级程序代码集合体也就是常说的“固件”。这部分内容涵盖了广泛的算法逻辑定义，比如磨损均衡(Wear Leveling Algorithm),垃圾回收(Garbage Collection Mechanism)等功能特性均依赖于此得以体现出来[^4]。 另外值得注意的是，在实际应用过程中为了适应不同类型负载需求变化情况而做出相应调整优化措施也是不可或缺的一环；其中包括但不限于针对特定应用场景定制化解决方案的设计思路探讨等等[^1]。 ```python # 示例：简单的FTL映射表模拟 class SimpleFTL: def __init__(self): self.mapping_table = {} def map_lba_to_pbn(self, lba, pbn=None): """ 将逻辑块地址(LBA) 映射到 物理块号(PBN). """ if pbn is not None and isinstance(pbn,int): self.mapping_table[lba]=pbn elif lba in self.mapping_table.keys(): return self.mapping_table.get(lba,None) else : raise ValueError(f"LBA {lba} has no corresponding PBN.") def get_mapping_info(self,lba_list=[]): result={lb:self.map_lba_to_pbn(lb)for lb in set().union(*[set([i])if type(i)==int else i for i in (lba_list or []) ])} return result ftl_instance=SimpleFTL() try: ftl_instance.map_lba_to_pbn(0,10)# 设置 LBA 0 对应 PBN 10 print(ftl_instance.get_mapping_info([0])) # 查询 LBA 0 的对应关系 {'0': '10'} except Exception as ex: print(ex) ``` 此段Python脚本展示了一个简化版的FTL类实例创建流程及其基本方法调用方式演示如何建立从逻辑地址空间向物理存储位置转化的关系链路结构形式[^3]。 ---
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