[發明專利]基于Zynq?7000的PCMFMC擴展板及其工作方法

有效

• 申請號: 201410095742.7
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103927276B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 賈智平;凌琨;張磊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F13/16
• 分類號: G06F13/16;G06F12/02;G06F3/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于Zynq-7000的PCM?FMC擴展板及其工作方法。

背景技術

相變存儲器，簡稱PCM，是利用硫族化合物在晶態和非晶態的巨大導電性差異來存儲數據的存儲介質。PCM作為一種新興的存儲介質，主要特點如下：

（1）非易失性。數據在PCM中以相變形式存儲，除非受到高溫超過晶化溫度，數據才會被破壞。PCM不必擔心因掉電而丟失數據，也無需考慮因跌落等意外事件而造成數據的丟失。

（2）一位可變。如同RAM，PCM可變的最小單元是一位。Flash在改變存儲信息時要有單獨的擦除步驟，而PCM無需擦除步驟，可以直接由0變1或由1變0。

（3）高密度。PCM作為隨機存儲器，其密度比SRAM和DRAM要高很多，并且合理地利用相變存儲材料導電性的差異開發多值存儲，PCM的容量會大大增加。

（4）高存取速度。由于相變存儲材料的晶化速度一般在50ns以下，因此PCM具有很高的寫入速度。PCM寫入速度和NAND?Flash相當，讀取反應時間和NOR?Flash相當，而帶寬則可以媲美DRAM。在PCM中可以直接執行代碼，而無需拷貝到RAM中執行。

針對PCM的特點，人們已經將PCM作為未來主存的最佳替代。一方面是因為計算機技術發展迅速，導致主存容量不能達到人們的需求，但是傳統的DRAM主存并不能在提升主存容量的同時保證較高的性價比和較低的功耗；另一方面是PCM本身的特點，可以達到作為主存的要求。表1列出了不同存儲介質的特性對比。由表格數據可得，PCM的密度和NAND相當，是DRAM的4倍；讀延遲和NOR相當，是DRAM的5倍左右；寫速度比NAND和NOR快很多，和DRAM相差不大；寫壽命比NAND和NOR長很多。由此可得，PCM可以作為主存來使用。

表1

PCM作為有望締造下一個存儲時代的存儲介質，國內對其的研究僅處于起步階段。目前國內不僅沒有成熟的PCM生產線，并且就PCM的控制使用、參數獲取等也沒有十分成熟可行的方案。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于Zynq-7000的PCM?FMC擴展板及其工作方法，它具有Zynq-7000提供的芯片級ARM和FPGA架構，PCM控制調試的便利性，FMC擴展板較強的平臺擴展性，針對該擴展板提出可行的PCM管理策略等優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于Zynq-7000的PCM?FMC擴展板，包括彼此連接的基于Zynq-7000的Zedboard開發板和PCM?FMC擴展板，

所述PCM?FMC擴展板是FMC板卡上內置了若干片PCM，其中一部分PCM采用SPI串行接口連接到FMC接口上，用于進行PTL開發，進行多片管理，另外一部分PCM采用并行接口連接到FMC接口上，用于作為DRAM實現高性能非易失性存儲；

所述Zedboard開發板在單芯片內集成雙核ARM?Cortex-A9處理器的處理系統Processing?System，簡稱PS和Xilinx可編程邏輯Programmable?Logic，簡稱PL，所述Zedboard開發板帶有FMC插槽，所述FMC插槽與Xilinx可編程邏輯Programmable?Logic連接，處理系統Processing?System與Xilinx可編程邏輯Programmable?Logic兩者通過AXI總線進行通信。

所述Xilinx可編程邏輯Programmable?Logic包括MMU、混合存儲管理單元和PTL。

所述內存管理單元MMU（Memory?Management?Unit）用于完成主存地址的映射，用于將處理系統Processing?System發送出的主存地址映射到PCM的地址單元。

所述混合存儲管理單元用于控制DRAM與PCM之間數據的傳輸。

所述PTL（PCM?Translation?Layer）用于實現若干損耗均衡算法，從而解決PCM壽命問題。

基于Zynq-7000的PCM?FMC擴展板的工作方法：