基于FPGA的PCM并行控制器設計.pdf

1、相變存儲器(Phase Change Memory)簡稱PCM，是一種新型的非易失性存儲器，其具有諸多優(yōu)秀性能，是未來計算機應用中閃存的最佳替代品，具有不可估量的發(fā)展前景。PCM掉電不丟失數(shù)據(jù)，存儲時間長，工作功耗低，而且相對于閃存，PCM在編程（寫數(shù)據(jù)）前不需要進行擦除操作，支持對每一個存儲單元的隨機讀寫，其讀寫速度也高于閃存，每個PCM存儲單元的可編程次數(shù)也遠超過閃存。根據(jù)科學界估計，未來PCM的讀寫速度和可編程次數(shù)將逐漸接近甚至超

2、過DRAM存儲器。因此，電子行業(yè)對PCM的需求增長迅速，固態(tài)硬盤、手機ROM等存儲設備開始逐漸使用PCM作為其存儲介質。與閃存一樣，PCM在普及應用的過程中不但需要制造工藝的提升和硬件設計的完善，還需要高效的軟件模塊進行管理和控制。本文根據(jù)PCM的特性和實際需求，設計了PCM并行控制器，并在FPGA中以Verilog HDL語言編程實現(xiàn)，最終應用于國家863項目“面向大數(shù)據(jù)的先進存儲結構及關鍵技術”的子包“基于新型非易失性存儲器的‘統(tǒng)一

3、內外存’系統(tǒng)結構及其關鍵技術”項目的統(tǒng)一內外存實現(xiàn)中。
　　 首先，本文根據(jù)對PCM的屬性歸納和PCM與其他存儲器的比較結果，結合各種計算機系統(tǒng)對PCM的功能要求，分析了PCM并行控制器的系統(tǒng)功能性需求和非功能性需求，確定了本系統(tǒng)的主要功能目標和解決的問題，即控制PCM并與用戶相連接，實現(xiàn)和優(yōu)化用戶與PCM之間的通信。本文以用例圖等輔助說明了系統(tǒng)的需求分析。
　　 其次，本文在需求分析基礎上對PCM并行控制器進行了系統(tǒng)架

4、構設計。本文根據(jù)系統(tǒng)的功能需求提出了系統(tǒng)設計目標和原則，并據(jù)此分別對系統(tǒng)的技術架構和功能架構進行了設計。主要設計了用戶接口模塊、頁表管理模塊、分頁機制模塊、損耗均衡模塊、錯誤校驗模塊、壞頁管理模塊和PCM接口模塊等功能模塊，以達到將PCM接口轉換為用戶接口并控制PCM高效安全的存儲用戶數(shù)據(jù)的目標。本文還結合系統(tǒng)流程圖等說明了PCM并行控制器的工作原理等。
　　 再次，本文根據(jù)上述工作進行了PCM并行控制器的系統(tǒng)詳細設計，完成了系

5、統(tǒng)建模，結合類圖等說明了本系統(tǒng)的靜態(tài)結構，介紹了各個功能模塊之間的關系和靜態(tài)建模，隨后結合系統(tǒng)狀態(tài)圖等描述本系統(tǒng)的動態(tài)結構，從讀操作和寫操作兩方面分析了系統(tǒng)的運行路線和各個模塊之間的動態(tài)關系。本文還結合模塊狀態(tài)圖等說明了各個模塊的詳細設計和整個系統(tǒng)的具體工作流程。
　　 最后，本文根據(jù)對PCM并行控制器的詳細設計簡單說明了各個模塊的實現(xiàn)，介紹了本系統(tǒng)的物理模型，詳細解釋了頁表管理模塊和損耗均衡模塊中的地址映射、區(qū)域外更新和頁間動