NVM存储策略研究与实现

作     者：杨峻欢 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：詹瑾瑜

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：非易失性存储器 混合存储 数据管理 寿命优化 能耗优化 

摘      要：新型非易失性存储器NVM的非易失性、空闲能耗极低和高读写速度等优点,吸引了世界各地学者对其的研究。但NVM也存在一些缺点,如写入能耗高于DRAM,并且其写入次数有限制。当NVM被写入一定次数以后,将会永久地损坏。为了发挥NVM的优点、克服其缺点,将NVM应用到实际的应用系统中。本文展开了如下的研究工作:1.为了将NVM应用到汽车电子领域,本文首先提出了一种静态数据管理策略VSDA(Vehicle Static Data Allocation)。VSDA通过分析汽车电子系统数据共有的变化特征,将汽车行驶阶段划分为三个阶段,分别应用不同的管理方案来降低系统对NVM的写操作磨损。实验表明,VSDA在运行时间较长且数据变化稳定的场景下能够有效降低对NVM的写损耗。2.针对静态数据管理策略需要人为对数据进行分类,数据变化不平稳等情况下VSDA存在一些局限,本文随后在VSDA算法的基础上提出了一种动态数据管理策略VDDM(Vehicle Dynamic Data Management)。VDDM通过分析数据的采样频率和变化频率对数据的变化进行简单的预测,从而对数据进行动态的管理。实验表明,与对比方法相比,VDDM可以减少72.94%到96.5%对NVM的总写操作,能够有效延长NVM的寿命。3.为了优化VDDM对于页面写入不均可能导致的NVM提前损坏,本文优化了VDDM策略,提出了支撑汽车ECU数据管理策略的容错感知和磨损均衡机制VDM(Vehicle Date Management),加入了磨损均衡机制VSWL(Vehicle-Specific Wear Leveling)和容错感知机制VFT(Vehicle Fault Tolerance)。实验表明,与对比方法相比,VDM能够使内存多被写入7.9到16.8倍,有效延长NVM寿命。***除了可以应用到汽车电子上,还可以应用到消费电子中来优化系统能耗问题。针对智能手环,本文分析了NVM与DRAM的读写能耗,对其进行了建模及定义,给出了两者读写能耗以及迁移能耗成本的数学描述,提出了一种能耗感知的智能手环数据管理策略BPADM(Bracelet Power-Aware Data Management)。实验表明,BPADM与对比方法相比,在正常模式下能降低36%到82%的能耗,在睡眠模式下能降低25%到66%的能耗。