Generic, Extensible Mass Memory Controller Architecture for Short-Term and Long-Term Storage in Space ApplicationsA

Jia, Lei

doi:10.24355/dbbs.084-202401181012-0

Published

A Generic, Extensible Mass Memory Controller Architecture for Short-Term and Long-Term Storage in Space Applications

English
German

Over the past few decades, the design of mass memory controllers for space applications has been heavily influenced by the development of memory technology, as well as user interface technology for specific space applications. Adaption to a new memory and user technology implies redesigning large parts of the mass memory controller. In the context of this work, an architecture for mass memory controller has been developed in an eﬀort to improve reusability and adaptability while remaining as independent as possible from the memory and user technology. The new memory controller architecture uses as many generic building blocks as possible along with an interrupt-driven and block-based random memory access manner to read/write the memory array. Data transfer between user interface and memory interface can be easily managed by a software-based method that reduces design costs, especially development time. With the use of a standardized interconnect, the controller architecture oﬀers high extensibility. A Reed Solomon error-correcting code in a deep pipeline, capable of correcting up to double symbols and detecting up to triple symbols, oﬀers a high-performance encoding and decoding process. Memory scrubbing is used in conjunction with the Reed Solomon error-correction code to guarantee high data integrity. A hybrid redundancy concept allows for a partially redundant controller architecture that oﬀers a good trade-oﬀ between reliability and resource utilization.

In den letzten Jahrzehnten wurde das Design von Massenspeicher-controllern für Raumfahrtanwendungen stark von der Entwicklung der Speichertechnologie sowie der Benutzerschnittstellentechnologie für spezielle Raumfahrtanwendungen beeinflusst. Um den Massenspeichercontroller an eine neue Speicher- und Benutzertechnologien anzupassen, wurde der Massenspeichercontroller fast komplett neu entworfen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Architektur für den Massenspeichercontroller entwickelt, um die Wiederverwendbarkeit und Anpassungsfähigkeit zu verbessern und gleichzeitig so unabhängig wie möglich von der Speicher- und Benutzertechnologie zu bleiben. Die neue Speichercontroller-Architektur verwendet so viele generische Bausteine wie möglich sowie einen interruptgesteuerten und block-basierten wahlfreien Speicherzugriﬀ für den Zugriﬀ auf das Speicher-Array. Der Datentransfer zwischen der Benutzerschnittstelle und der Speicherschnittstelle kann leicht durch eine softwarebasierte Methode verwaltet werden, die die Entwurfskosten und insbesondere die Entwicklungszeit reduziert. Durch die Verwendung eines standardisierten Interconnects bietet die Controller-Architektur eine hohe Erweiterbarkeit. Ein Reed-Solomon-Fehlerkorrekturcode in einer tiefen Pipeline, der bis zu doppelten Symbolen korrigieren und bis zu dreifachen Symbolen erkennen kann, ist für Schutz vor Fehlern durch Bausteineausfälle wie auch für strahlungsinduzierte Fehler vorgesehen. Als Konsequenz bietet der Fehlerkorrekturcode einen performanten Kodierungs- und Dekodierungsprozess unter Beibehaltung der Datenintegrität. Außerdem gewährleistet eine Anwendung von Memory Scrubbing zusammen mit dem Reed-Solomon-Fehlerkorrekturcode eine hohe Datenintegrität. Dank eines hybriden Redundanzkonzepts kann diese Controller-Architektur partiell redundant ausgelegt werden und bietet einen guten Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit und Ressourcennutzung.