基于FPGA的PCM混合存储系统测试分析

发布时间：2018-02-05 01:12

本文关键词： FPGA PCM 混合存储系统测试　出处：《山东大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：自世界上第一台计算机问世以来,计算机的存储器件也在不断的发展更新,特别是在云存储以及大数据时代到来的今天,人们对高性能、大容量存储器的需求已迫在眉睫。以传统磁盘为主要介质的存储系统已经不能满足人们日益增长的存储需求。在这种情况下,科技界掀起了一股新型存储器研究之风。从磁盘、光盘到现在的纳米级存储设备,不论从芯片的大小还是性能,无不体现着科技的日新月异。近年来,科学界发现了一种新型相变存储介质,以其独特的存储原理以及优越的存储性能,在不久的未来也许能一举取代内存和硬盘。PCM芯片就是这样一种新型存储介质,具有掉电不丢失存储数据、低功耗、抗震动等特点。与其他存储介质一样,PCM芯片也并非就是完美无缺的,其存在写操作(write)次数的限制以及相邻位元间的热串扰问题。在这种情况下,我们提出了一种基于PCM芯片和DRAM芯片的新型存储系统结构---“统一内外存”系统,并最终实现于863项目“基于新型非易失性存储器的‘统一内外存’系统结构及其关键技术”中。该项目提出了一个创新的、基于非易失性存储器的存储系统结构---“统一内外存”设计方案。该方案把传统的计算机存储体系结构中分离的内存和外存联合起来,从根本上解决了外存与内存、传统存储层次结构与处理器之间性能不匹配的矛盾,对现有存储系统起到革命性变化的作用。为使项目顺利实施并如期完成,我们需要实际测试PCM芯片各种性能参数,这不仅有利于设计方案的制定,也为我们最终方案的实施提供基础性实验数据。因此,我们设计并制造了基于FPGA的PCM混合存储系统测试分析工具,实际测量PCM芯片各项基础性数据。首先,本文在充分了解PCM芯片、DRAM芯片特性,以及“统一内外存”系统设计方案的基础上,分析了基于FPGA的PCM混合存储系统测试分析工具的系统功能性需求和非功能性需求,确定了本系统的主要功能目标和解决的问题,即如何通过此测试分析工具,对PCM芯片的属性进行测试。其次,本文在需求分析的基础上对基于FPGA的PCM混合存储系统测试分析工具进行了系统架构概要设计,并从功能架构设计和技术架构设计两个方面展开。功能架构设计部分从读模块、写模块以及其它模块三个方面逐一展开。技术架构设计部分从系统主状态机、FPGA开发以及Verilog HDL程序架构设计三个方面展开。完成系统架构概要设计后,继续对系统进行详细设计,考虑到PCM芯片每个模块的架构不同,我们还是采取针对不同模块分别展开叙述的策略,并辅助利用时序图、流程图来对系统进行详细设计。再次,本文在充分了解测试分析工具详细设计的基础上,对PCM芯片各项基本操作和性能参数进行实际测试和实现。分别从测试分析工具的设计和制造、测试环境的搭建以及对PCM芯片相关测试结果的总结等方面展开。在此基础上,对全文进行了总结,分析了系统存在的不足,以及对今后的工作做出展望。因此,本文的工作将不仅有利于对PCM芯片的性能进行分析,也为我们项目的顺利实施提供了第一手资料。
[Abstract]:This paper presents a new type of storage system structure based on PCM chip and DRAM chip , which can replace memory and hard disk . Firstly , on the basis of fully understanding the design of PCM chip , DRAM chip and unified internal and external memory system , this paper analyzes the system functional requirements and non - functional requirements of the test and analysis tool of PCM hybrid storage system based on FPGA , and determines the main function target and the solution of this system , namely how to test the properties of PCM chip through this test analysis tool . Secondly , on the basis of demand analysis , this paper designs the system architecture of PCM hybrid storage system test and analysis tool based on FPGA , and develops from three aspects of functional architecture design and technical architecture design . Thirdly , on the basis of full understanding of the detailed design of the test analysis tool , the basic operation and performance parameters of the PCM chip are tested and realized . Based on this , the paper summarizes the design and manufacture of the test analysis tool , the construction of the test environment and the summary of the relevant test results of the PCM chip . On the basis of this , the paper summarizes the full text , analyzes the shortcomings of the system and prospects for the future work . Therefore , the work of this paper will not only analyze the performance of PCM chip , but also provide the first hand information for the smooth implementation of our project .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333

【参考文献】