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NAND Flash凭借非易失、读写速度快、存储容量大、功耗低以及抗震性好等优良特性,在大容量与高采样率测试系统中得到了广泛的应用。为进一步提高NAND Flash的存储容量和降低其单元存储成本,NAND Flash芯片的尺寸随着半导体生产工艺的提高而持续减小。但是NAND Flash存储胞元内相邻两个阈值电压间隔的逐渐减小带来了数据错误率的升高。由于存储胞元仅能承受有限次数的编程/擦除周期,所以导致了NAND Flash有限的使用寿命。因此,研究相关的NAND Flash存储管理策略以降低其错误率和延长其使用寿命将变得非常有意义。本文以NAND Flash的错误特征为基础,依次从编程数据预处理、Flash转换层(Flash Translation Layer,FTL)算法优化、平均错误率预测模型以及页粒度可实现的磨损均衡等方面对NAND Flash存储系统的管理策略进行了研究,并在硬件平台上进行了相关的实验验证。本文的主要研究内容和取得的成果如下:1.为降低NAND Flash的主要错误率,本文首先研究了NAND Flash的数据驻留与编程干扰错误所具有的明显的数据相关性,然后提出了一种基于数据模式差异的联合编码策略。该策略的核心是通过一种重映射编码提升待编程数据中“1”的比例,并依托于缩短BCH码构成联合编码构架对重映射编解码过程中的数据进行保护。由于该联合编码策略不会造成编解码前后有效数据宽度的变化因而不会占用额外的用户数据区,所以该策略能够实现与各种FTL算法的透明适配。实验结果表明,本文所提出的联合编码策略可以在数据吞吐率略有下降的情形下,使NAND Flash的编程干扰和数据驻留错误分别降低约90%和98%。2.为提高NAND Flash的使用寿命,本文首先研究了NAND Flash驻留错误所表现出来的显著页差异性,然后提出了一种新颖的关注页耐受力差异(Page Endurance Variance Aware,PEVA)的FTL优化策略。PEVA策略将传统的FTL地址映射原理与坏块管理的构架进行了融合与优化,将运行于底层驱动层的粗粒度的坏块管理转化为融入FTL层的细粒度的坏页管理,以充分挖掘NAND Flash数据块内各页的使用寿命潜能。实验结果表明,与传统坏块管理算法相比,PEVA策略可以在不增加额外硬件负荷的情况下,使NAND Flash寿命最大延长9.8倍。3.本文详细分析了NAND Flash随驻留时间和编程/擦除次数表现出来的错误特征,在此基础上总结出一种基于多项式的页原始平均位错误率预测模型。依托于该模型,并结合NAND Flash存在的页耐受力差异性,本文提出了一种细粒度可实现的页磨损均衡(Page-Granularity Wear-Leveling,PGWL)策略。PGWL策略可以根据NAND Flash错误率预估模型对数据页的错误率等级进行评判,并以此作为衡量标准来实时地、动态地实施编程释放操作。实验结果表明,PGWL策略与传统的块级磨损均衡策略相比,能够延长NAND Flash的使用寿命约87.8%,而其带来的数据吞吐负荷可以忽略不计。