大数据时代下,随着数据的迅速增长,计算机系统面临着越来越大的性能挑战。近年来,处理器与内存技术不断进步,为处理海量的数据提供了有力的硬件支持,而传统的外部存储介质,如磁盘,发展相对缓慢并且在性能上与内存差距四个数量级以上,逐渐无法满足现代应用对外部存储性能的需求。因此,闪存固态盘以其性能高、容量大、性价比高等特点,作为外部存储介质,逐渐得到了广泛的认可与应用。但是,现阶段闪存固态盘依旧存在着性能与可靠性方面的不足。在性能方面,闪存固态盘一般使用SATA或PCIE接口,因此处理器必须通过外存总线访问固态盘,较长的访问路径增加了访问延迟。近年,SNIA组织制定了NVDIMM标准,通过使用内存接口直接将固态盘插在内存插槽上,处理器通过内存总线访问固态盘,缩短处理器访存路径,降低访问延迟。NVDIMM标准的出现为设计更高性能的闪存固态盘提供了一种有效的方法,在本文中:(1)基于NVDIMM-P标准协议设计闪存固态盘,固态盘使用DDR3内存接口,盘内闪存存储阵列使用eMMC闪存芯片,并使用DRAM作为高速缓存,存放热点数据,与eMMC闪存阵列构成二级混合存储架构,进一步提高固态盘性能。使用软硬件协同设计的方式设计固态盘中主控制器,完成接口信号解析、盘内缓存调度以及闪存芯片访问等操作。(2)基于eMMC5.1接口协议,深入分析eMMC闪存芯片的工作方式以及总线操作。并根据固态盘整体设计对闪存阵列的性能要求,设计高速eMMC读写控制器,对芯片接口信号进行解析以及控制,实现HS400模式下eMMC闪存芯片与控制器间的通信,最终通过板级测试验证eMMC闪存芯片的初始化、读数据与写数据操作的正确性。在可靠性方面,研究闪存scrubbing策略,在eMMC读写控制器空闲时,对eMMC闪存芯片中数据进行检测,并纠正因为长期数据滞留引起的位错误,减少不可纠正错误的产生。并针对闪存介质的特性,优化传统的scrubbing技术,并通过构造模拟器测试优化效果。