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随着网络、计算、存储等技术的飞速发展，当今世界逐渐变成了网络的世界，数据的世界。以海量数据为基础的数据密集型计算应用的广泛出现，除了对存储规模的庞大需求以外，对性能、延迟、带宽、可靠性、能耗等方面的综合性存储服务能力也提出了更高的要求。传统磁盘设备因内部机械装置受限， I/O带宽已成为整个大规模存储系统的主要瓶颈。闪存已经以无可争辩的低价格、高性能、非易失、低功耗等特点在性能上已对磁盘形成优势。另外，若要使用固态硬盘组成大规模存储阵列，现有的几种传输信道根本无法满足带宽需求。而相较于SAS、SATA、FC、iSCSI等存储传输接口，PCIe具有更快的传输带宽，完全能满足大规模存储阵列的带宽要求。本文主要对基于闪存的高速PCIe固态存储卡进行了研究与实现，主要工作如下：首先，本文研究了闪存的存储特性、芯片内部结构和接口，设计实现了闪存芯片控制器，使之能够正确访问闪存存储芯片。其次，本文对当前闪存控制器的研究现状进行了详尽分析，针对现有的闪存控制器对多通道和多die的并发性挖掘不够深入的问题，提出了两种闪存并行访问策略，并分别为之设计实现了闪存控制器。实验结果表明，在多通道策略下，4通道获得了2.1倍的加速比；采用乱序访问之后，单片4die的IO带宽利用率则达到了最少36%，最大167%的性能提升。最后，本文研究了当前主流存储传输接口的发展趋势，重点分析了PCIe总线接口的相关传输协议，并在事务层上对PCIe协议进行解析，设计实现了DMA控制器，从而实现主机与固态存储卡的数据传输。同时，本文以采用高速PCIe1.1×4接口的FPGA开发板为平台，使用三星公司的闪存芯片作为存储单元，设计实现了基于闪存的具有PCIe接口、总容量为256GB、读写实测性能分别达到700MB/S和600MB/s高速固态存储卡原型系统。