[发明专利]一种非易失性内存系统及其管理方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机数据存储领域，具体涉及一种非易失性内存系统及其管理方法。

背景技术

主机的内存一直是计算机系统的重要的组成部分，是决定系统性能的一个重要的部件。传统的内存一直是用动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）构成。DRAM从发展到现在已经经历了四代的演变。从最初的单倍速率同步动态随机存储器SDR DRAM，随着技术的发展，出现了第一代的DDR（Double Data Rate）DRAM，双倍速率同步动态随机存储器可以在一个时钟信号的上升沿和下降沿都传输数据，在之后推出了第二代以及第三代的产品，分别是DDR2DRAM，DDR3DRAM技术，虽然他们的设计和之前十分的类似，但是可以得到更快的时钟速率并且有更高的数据传输带宽，大大推广了该类型内存在市场上的应用。目前计算机中内存广泛采用DDR2或者DDR3双列直插封装模块DIMM构成。

DRAM组成内存的最大的劣势是不具备非易失性，当主机断电时存放在内存DRAM中的数据将会丢失，造成不可恢复的数据丢失问题。给数据的一致性以及数据的可靠性带来了极大的挑战，为了克服内存的这一缺点，常需采用额外的复杂的数据断电保护措施（如硬件上的断电保护电容、不间断电源，软件上的检查点、日志系统等）。除此之外，由于DRAM的物理特性，DRAM每隔一定时间间隔（毫秒）就需要进行数据刷新操作以防止数据的丢失，这就直接导致了DRAM的能耗相当高。

随着存储技术的发展，许多的非易失性存储器（NVM，Non-Volatile Memory）出现，如相变存储器（Phase change memory，PCM）、磁阻式随机存储器（Magneto resistive Random-Access Memory,MRAM）、铁电存储器（Ferro electronic RAM,Fe-RAM）等相继出现。非易失性存储器最大的一个优点是具有非易失性，在掉电之后数据仍然存在，同时新型存储器件具有更高集成度、更低功耗。其中，PCM存储器的技术最为成熟，被认为最有希望成为下一代的主流存储器。PCM存储器相对于DRAM最大的优点：非易失，掉电不丢失数据；不需要刷新操作，能耗很低。虽然PCM的写速度相对DRAM写速度要慢，但是它的读速度能接近DRAM的读速度，除此之外PCM其他的物理特性都与DRAM的物理特性相同。

PCM作为非易失内存还处于研究阶段，目前在市面上还没有出现基于PCM的非易失内存产品，基于非易失内存原型的研究大都是在仿真器上实现。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提出一种非易失性内存系统及其管理方法，利用新型非易失PCM存储器件构建非易失性内存，实现非易失内存与传统DRAM内存的统一管理，能与传统DRAM内存融合组成统一的内存供主机处理器访问。从而解决传统DRAM内存的掉电数据丢失的问题、数据一致性等问题，同时还能降低主机内存的能耗。

本发明采用以下技术方案以实现以上发明目的：

一种非易失性内存系统，包括前端协议转换功能部件、后端PCM控制功能部件和PCM非易失性内存芯片，其中，前端协议转换功能部件通过内存接口与主板连接，后端PCM控制功能部件通过PCM芯片存储接口与PCM非易失性内存芯片连接，

前端协议转换功能部件用于解析内存接口中的读写命令请求并将其放入请求队列中；

后端PCM控制功能部件用于处理前端协议转换功能部件解析出的命令，通过内部状态机生成PCM硬件控制逻辑。

一种用于非易失性内存系统的统一管理方法，包括以下步骤：

（1）系统上电，检测主板上的内存，获取内存信息；

（2）操作系统启动之后，基于获取的内存信息进行判断：如果检测到DRAM内存，则转步骤（3）；如果检测到PCM非易失内存，则转步骤（4）；如果检测到既有DRAM内存，又有PCM非易失内存，则转步骤（5）；

（3）沿用传统的内存管理策略对DRAM内存进行管理，转步骤（6）；

（4）在PCM非易失内存管理策略中，内存管理模块为每一个物理块设置一个计数器，用来记录当前地址被写的次数，在分配物理地址时利用磨损均衡算法选择写次数最少的地址进行分配，转步骤（6）；