[发明专利]基于Zynq‑7000的PCMFMC扩展板及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Zynq-7000的PCM FMC扩展板及其工作方法。

背景技术

相变存储器，简称PCM，是利用硫族化合物在晶态和非晶态的巨大导电性差异来存储数据的存储介质。PCM作为一种新兴的存储介质，主要特点如下：

（1）非易失性。数据在PCM中以相变形式存储，除非受到高温超过晶化温度，数据才会被破坏。PCM不必担心因掉电而丢失数据，也无需考虑因跌落等意外事件而造成数据的丢失。

（2）一位可变。如同RAM，PCM可变的最小单元是一位。Flash在改变存储信息时要有单独的擦除步骤，而PCM无需擦除步骤，可以直接由0变1或由1变0。

（3）高密度。PCM作为随机存储器，其密度比SRAM和DRAM要高很多，并且合理地利用相变存储材料导电性的差异开发多值存储，PCM的容量会大大增加。

（4）高存取速度。由于相变存储材料的晶化速度一般在50ns以下，因此PCM具有很高的写入速度。PCM写入速度和NAND Flash相当，读取反应时间和NOR Flash相当，而带宽则可以媲美DRAM。在PCM中可以直接执行代码，而无需拷贝到RAM中执行。

针对PCM的特点，人们已经将PCM作为未来主存的最佳替代。一方面是因为计算机技术发展迅速，导致主存容量不能达到人们的需求，但是传统的DRAM主存并不能在提升主存容量的同时保证较高的性价比和较低的功耗；另一方面是PCM本身的特点，可以达到作为主存的要求。表1列出了不同存储介质的特性对比。由表格数据可得，PCM的密度和NAND相当，是DRAM的4倍；读延迟和NOR相当，是DRAM的5倍左右；写速度比NAND和NOR快很多，和DRAM相差不大；写寿命比NAND和NOR长很多。由此可得，PCM可以作为主存来使用。

表1

PCM作为有望缔造下一个存储时代的存储介质，国内对其的研究仅处于起步阶段。目前国内不仅没有成熟的PCM生产线，并且就PCM的控制使用、参数获取等也没有十分成熟可行的方案。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于Zynq-7000的PCM FMC扩展板及其工作方法，它具有Zynq-7000提供的芯片级ARM和FPGA架构，PCM控制调试的便利性，FMC扩展板较强的平台扩展性，针对该扩展板提出可行的PCM管理策略等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于Zynq-7000的PCM FMC扩展板，包括彼此连接的基于Zynq-7000的Zedboard开发板和PCM FMC扩展板，

所述PCM FMC扩展板是FMC板卡上内置了若干片PCM，其中一部分PCM采用SPI串行接口连接到FMC接口上，用于进行PTL开发，进行多片管理，另外一部分PCM采用并行接口连接到FMC接口上，用于作为DRAM实现高性能非易失性存储；

所述Zedboard开发板在单芯片内集成双核ARM Cortex-A9处理器的处理系统Processing System，简称PS和Xilinx可编程逻辑Programmable Logic，简称PL，所述Zedboard开发板带有FMC插槽，所述FMC插槽与Xilinx可编程逻辑Programmable Logic连接，处理系统Processing System与Xilinx可编程逻辑Programmable Logic两者通过AXI总线进行通信。

所述Xilinx可编程逻辑Programmable Logic包括MMU、混合存储管理单元和PTL。

所述内存管理单元MMU（Memory Management Unit）用于完成主存地址的映射，用于将处理系统Processing System发送出的主存地址映射到PCM的地址单元。

所述混合存储管理单元用于控制DRAM与PCM之间数据的传输。

所述PTL（PCM Translation Layer）用于实现若干损耗均衡算法，从而解决PCM寿命问题。

基于Zynq-7000的PCM FMC扩展板的工作方法：