近年来,随着信息化、网络化和智能化的快速发展,嵌入式终端已成为云计算、物联网节点以及大数据应用的重要元素。同时,其广阔的应用前景也为嵌入式系统的存储管理与设计带来了新的挑战。当前,作为嵌入式系统内存的动态随机存取存储器(DRAM),因其在能耗、扩展性、可靠性方面的缺陷,而成为制约嵌入式系统发展的关键因素之一。因此,迫切需要新的替代技术来突破这个瓶颈。以相变存储器为代表的新型非易失性存储器技术,因其具有非易失性、低能耗、低延迟、高密度和易扩展等优势,使突破“存储墙”和“能耗墙”等重大问题变成可能,而得到国内外学术界和工业界的高度重视。然而,由于目前新型非易失性存储器普遍存在写入耐久性低、多层单元性能低等缺陷,限制了其在内存方面的广泛应用。为此,考虑到嵌入式系统面向特定应用且资源受限,本文首先就新型非易失性存储器的寿命问题,进行了基于多倍存储空间的磨损均衡研究。然后,为解决新型非易失性存储器中多层单元性能低的问题,对状态可变的新型非易失性存储器磨损均衡进行了研究。接下来,针对移动虚拟化环境中的存储挑战,开展终端虚拟化环境中基于非易失性内存的管理研究。本文主要研究内容如下:(1)嵌入式程序有着固定的访问模式,大部分的写操作通常集中于少数程序变量,这将加快非易失性内存的磨损。对此,借助嵌入式程序的访问特征,在软件编译层设计基于多倍存储空间的磨损均衡技术。该技术结合多倍存储空间技术,并根据程序变量的写操作信息,在软件编译层为变量分配最佳的空间大小及地址,以实现非易失性存储器的磨损均衡。(2)新型非易失性存储器的多层单元具有较高密集性的优势,同时也存在寿命短和性能低的缺陷。对此,借助嵌入式程序的访问特征和多层单元的特性,在软件编译层设计了基于状态可变的新型非易失性存储器磨损均衡技术。该技术动态地配置新型非易失性存储器上的单层单元和多层单元,并将延迟低和寿命较长的单层单元分配给频繁进行写操作的变量,以改善非易失性内存的寿命和性能。(3)终端虚拟化具有安全性、隔离性和低成本等优势,但其较高的内存需求也给嵌入式系统带来了新的挑战。对此,针对虚拟机的内存需求和新型非易失性存储器的特性,在移动虚拟化环境中设计了一个高效的单层单元和多层单元内存页分配策略。该策略构建了单个虚拟机内的内存动态分配模型和跨虚拟机的内存分配模型,以满足各虚拟机对内存资源的差异化需求。最后,针对上述优化技术,本文采用相应的模拟器和嵌入式开发板进行实验,实验结果证实了上述技术能有效地提高嵌入式系统中新型非易失性内存的寿命、状态可变的新型非易失性内存的寿命和性能,并能够有效改善终端虚拟化平台的性能和能耗等问题。本文充分利用嵌入式系统面向特定应用及其资源受限的特点,开展了基于新型非易失性内存的磨损均衡及管理优化研究,以应对嵌入式存储系统的挑战,进一步促进嵌入式设备在云计算、物联网及大数据等领域的应用及发展。