PCI Express接口相变存储卡的设计

论文摘要

外部存储器是整个计算机系统中的重要组成部分,传统外部存储器的典型代表是温氏硬盘。然而,随着计算设备在移动及其它复杂环境的广泛应用,硬盘的机械结构严重限制了其稳定性及读写性能。随着存储技术的发展,各种低功耗、高速率、长寿命的半导体存储芯片得到了广泛的使用,在移动及高性能服务计算领域,基于EEPROM、NOR FLASH、NAND FLASH等半导体存储芯片的设备已经开始在各个领域代替原本硬盘充当的角色,而相变存储技术作为FLASH技术的有力竞争者,得到了产业界的广泛关注。本课题研究的目标是设计以相变存储芯片作为存储介质的PCI Express接口相变存储卡。本设计在存储介质上采用低功耗、高速率、长寿命的相变存储芯片,接口上采用高速率、高可靠的PCIE接口,结合CPLD进行相变芯片阵列的访问控制,以及WDM驱动设计技术,成功实现了PCIE相变存储卡。本文给出了PCIE相变存储卡的相关设计。硬件设计方面,深入分析了PCIE总线协议和相变存储芯片的读写机制,阐述了使用专用接口芯片PEX8311结合CPLD实现PCIE相变存储卡的可行性和必要性,给出了PCIE总线接口电路的详细设计和相变芯片阵列的访问控制逻辑。逻辑设计方面,采用CPLD结合Verilog硬件设计技术进行相变芯片阵列的访问控制,并在实现过程中通过仿真Verilog代码确保了逻辑设计的正确性。软件设计方面,在理解Windows XP的内核结构以及驱动程序结构的基础上,使用Jungo公司的Windriver工具开发了相应的PCIE相变存储卡WDM设备驱动程序,实现了对局部总线的直接读写以及DMA传输。通过基本的读写功能测试及DMA数据传输测试,验证了PCIE相变存储卡可以稳定工作在Windows XP下,达到了预定设计目标,具有重要的应用潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外概况
• 1.3 课题的主要研究工作
• 2 PCIE 相变存储卡的总体架构设计
• 2.1 PCIE 相变存储卡的硬件架构
• 2.2 PCIE 相变存储卡的软件架构
• 3 PCIE 相变存储卡的硬件设计
• 3.1 PCIE 总线接口分析
• 3.2 相变存储芯片阵列设计
• 3.3 相变芯片阵列的访问控制设计
• 3.4 PCIE 相变存储卡硬件电路的设计
• 4 PCIE 相变存储卡的软件设计
• 4.1 WDM 驱动程序的结构分析
• 4.2 驱动程序的实现
• 5 系统测试
• 5.1 系统性能测试
• 5.2 测试结果分析
• 6 总结与下一步工作
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步的工作
• 致谢
• 参考文献