高性能Reed-Solomon码编译码方法及其相关技术的研究

【摘要】： 差错控制技术是保证空间应用大规模固态存贮器系统中图像数据完整性的 关键技术之一。由于RS码具有同时纠突发差错和随机差错的能力，且纠突发 差错更有效，因而广泛地应用于数据存贮系统的差错控制方案中。本论文在综 合国内外近年来在RS码编译码算法及其实现途径以及相关技术研究进展的基 础上，经过系统深入的研究，取得了对实际工程应用具有重要指导意义的一些 成果。论文主要围绕以下几个方面展开论述： 首先研究了有限域上空间复杂度低、时间延迟小的，并且适合于RS码的 高效乘法与求逆算法及其实现结构。利用弱对偶基的概念，得到了用于有限域 乘法器设计的最优弱对偶基，并且基于该最优弱对偶基构成了比特并行有限域 乘法器，由这样的乘法器构成的纠错码编、译码器可以简单地实现基之间的转 换，并且能达到很高的数据吞吐率；基于Massey-Omura乘法算法的有限域上 快速求逆算法及其并行输入/并行输出结构的VLSI实现是解决有限域上快速求 逆的一种很好的选择，这种结构具有时间复杂度与空间复杂度较低的特点，并 且该方案结构规则、控制信号简单。 然后重点研究了RS码的高效编译码算法及其实现结构。完成了修正脉动 阵列RS码编码算法的研究，在该算法的基础上采用弱对偶基下的有限域比特 并行乘法器完成了编码器的设计，该编码器可以达到很高的系统设计数据吞吐 率，并且复杂度也较低。改进了传统BM算法，基于改进的BM算法并且采用弱 对偶基下比特并行乘法器完成了RS码译码器模块化的设计；提出了基于改进 Euclid算法的RS码变换域译码算法及其脉动阵列式的并行流水线结构。这些 译码算法结构规则、译码差错率低、数据吞吐率高，适合于高速应用场合。 接着对与RS码编译码方法密切相关的数据交织与解交织技术也进行了探 讨，得到了在编码延迟和存贮容量两方面均最优的数据交织与解交织器。 最后对研究的编译码算法的纠错性能进行了理论分析与计算机模拟实验。 仿真实验得到的结果表明：研究得到的RS码编译码方法与其相关技术相结合， 能有效地纠正图像数据中的差错；并且在编译码速度、译码差错率、硬件实现 结构的难易程度上都有新的进展，能很好地满足工程任务提出的要求。