CN100444142C

CN100444142C - 同步动态存储器的访问控制方法及同步动态存储器控制器

Info

Publication number: CN100444142C
Application number: CNB2007100644193A
Authority: CN
Inventors: 邹杨
Original assignee: Vimicro Corp
Current assignee: Wuxi Vimicro Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: CN101021819A

Abstract

本发明提供了一种同步动态存储器(SDRAM)的访问控制方法，该方法包括：SDRAM控制器将收到的对SDRAM的访问命令插入调度队列中，并根据SDRAM的工作状态处理所述访问命令。比如，优先执行同行访问命令，利用多区SDRAM的特性对SDRAM的访问进行调度等。同时，本发明还提供了一种SDRAM控制器，主要包括片内总线协议接口、主控制单元以及与SDRAM各区一一对应的区控制单元。该SDRAM控制器还可进一步包括地址重映射单元。另外，本发明还提供了一种控制单元，主要包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元和调度流水单元。利用本发明能够提高SDRAM的访问效率和使用率。

Description

同步动态存储器的访问控制方法及同步动态存储器控制器

技术领域

本发明涉及存储控制技术，尤其涉及一种同步动态存储器(SDRAM)的访问控制方法、一种SDRAM控制器以及一种控制单元。

背景技术

如今在嵌入式系统中SDRAM的使用越来越频繁，对SDRAM的访问也越来越多，SDRAM的访问控制在某种意义上决定了整个系统的性能。对SDRAM的访问控制一般是通过SDRAM控制器执行的，SDRAM控制器的结构参见图1所示，主要包括控制状态机、寄存器组与数据缓存区、片内总线协议接口和SDRAM总线协议接口这几个部分。其中，寄存器组主要用于存储一些控制信息与状态信息；片内总线协议接口主要用于解析芯片内部总线协议，在控制状态机的控制下根据芯片内部总线协议从芯片内部总线读入数据到数据缓存区、或者从数据缓存区读取数据发送给芯片内部总线；SDRAM总线协议接口主要用于解析SDRAM总线协议，在控制状态机的控制下对SDRAM进行初始化配置，并将数据从数据缓存区写入SDRAM、或者从SDRAM中读取数据写入数据缓存区。也就是说，现有的SDRAM控制器主要只是完成了基本的片内总线协议和SDRAM总线协议之间的协议转换，并且采用最保守的方法满足该协议转换，而并不考虑效率。

目前嵌入式系统中的SDRAM控制器主要是供中央处理器(CPU)使用。但在常用的多媒体处理芯片等实际应用中，SDRAM控制器不仅要提供给CPU使用，还要提供给各个功能模块使用，很多情况下芯片内部总线的设备们(如视频设备、音频设备等)会通过多个通道同时对SDRAM进行访问。SDRAM的访问效率高低与一次性向SDRAM中读写的数据量大小有关，一次读写的数据量越大即采用突发传输的数据量越大，SDRAM的访问效率就越高。而对于零散的访问，SDRAM控制器只能进行单个数据操作，这将严重影响SDRAM的访问效率。

对于多个设备同时访问SDRAM的情况而言，由于它们的访问顺序不固定，地址随机性极强，因此这种访问的无规律性容易造成SDRAM访问效率的降低，导致系统带宽偏低、性能下降。并且，对于多区(BANK)SDRAM而言，由于其跨区操作是随机的，且由于SDRAM自身固有的一些特性，如在跨行操作的时候必须进行预充电、必须定期进行刷新等，使得多区SDRAM无法得到高效利用。也就是说，现有的SDRAM访问控制方法和SDRAM控制器已经无法满足日益增长的对SDRAM的访问需求，SDRAM的访问效率较为低下，SDRAM的使用率也较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种SDRAM的访问控制方法、一种SDRAM控制器以及一种控制单元，以便于提高SDRAM的访问效率。

为达到上述目的，本发明提供的SDRAM访问控制方法如下：

SDRAM控制器将收到的对SDRAM的访问命令插入调度队列中，并根据SDRAM的工作状态处理所述访问命令。

所述SDRAM控制器将收到的对SDRAM的访问命令插入调度队列中包括：

SDRAM控制器判断自身缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入所述缓存的同行访问命令之后；否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度队列中。

所述SDRAM控制器将收到的对SDRAM的访问命令插入调度队列中之前进一步包括：SDRAM控制器对收到的访问命令所对应的地址进行重映射；

所述SDRAM控制器将收到的对SDRAM的访问命令插入调度队列中包括：SDRAM控制器使用重映射后的地址替换所述访问命令原有地址，并将经过地址重映射后的访问命令插入调度队列中。

所述SDRAM控制器根据SDRAM的工作状态处理所述访问命令包括：

SDRAM控制器优先执行与前一次操作同行的访问命令。

所述SDRAM控制器优先执行与前一次操作同行的访问命令之前进一步包括：

SDRAM控制器判断前一次操作所对应的区是否需要刷新或预充电，并在不需要时优先执行与前一次操作同行的访问命令。

所述SDRAM控制器根据SDRAM的工作状态处理所述访问命令包括：

当同时有一个以上的SDRAM区可以访问且不存在同行操作时，SDRAM控制器按照并行矢量接入中FirstHit函数的计算公式选择区，并执行该区的访问命令。

本发明提供的SDRAM控制器包括：片内总线协议接口、主控制单元、以及与SDRAM各区一一对应的区控制单元，其中，

主控制单元，用于将收到的来自片内总线协议接口的访问命令广播给各个区控制单元，并用于接收来自区控制单元的区操作申请，根据当前各区的工作状态授予其中一区控制单元访问权限；

区控制单元，用于将收到的属于本区的的访问命令插入调度队列中，并向主控制单元发送区操作申请，在获得访问权限后对相应的区进行访问。

所述工作状态包括是否存在同行操作；

所述主控制单元用于将访问权限优先授予存在同行操作的区所对应的区控制单元。

所述工作状态包括是否需要预充电或刷新；

所述主控制单元用于将访问权限优先授予无需进行预充电或刷新的区所对应的区控制单元。

该控制器进一步包括：

地址重映射单元，用于对片内总线协议接口发送来的访问命令所对应的地址进行重映射，并将重映射后的地址发送给主控制单元；

主控制单元，用于使用重映射后的地址替换所述访问命令原有地址，并将经过地址重映射后的访问命令广播给各个区控制单元。

所述区控制单元包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元和调度流水单元，其中，

访问调度单元，用于在收到属于本区的访问命令时，判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入所述缓存的同行访问命令之后的调度流水单元中，否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度流水单元中；并向主控制单元发送区操作申请，在获得访问权限后通过SDRAM总线协议接口对相应的区执行调度流水单元中缓存的访问命令；

调度流水单元，用于缓存访问调度单元插入的访问命令。

所述访问调度单元进一步用于，在当前操作与前一次操作同行时向主控制单元发送同行信号。

本发明提供的控制单元包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元和调度流水单元，其中，

调度流水单元，用于缓存访问命令；

访问调度单元，用于在收到访问命令时，判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入所述缓存的同行访问命令之后的调度流水单元中，否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度流水单元中；并通过SDRAM总线协议接口对SDRAM执行调度流水单元中缓存的访问命令。

所述访问调度单元进一步用于，对收到的访问命令所对应的地址进行重映射，并判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与经地址重映射后的访问命令同行的操作。

由此可见，在本发明中，SDRAM控制器接收到对SDRAM的访问命令后，需要判断是否存在同行操作，如果存在，则优先执行同行访问命令，也就是说，对于同一行的操作即使不是连续发生的命令也优先进行，尽量提高每一次行操作的效率，实现SDRAM访问效率的提高；并且，对于规律性出现的零散的SDRAM操作，SDRAM控制器可以将其进行组合重新映射到新的连续的地址上，然后再按照映射后的地址执行SDRAM操作，这样可以进一步提高SDRAM的访问效率；另外，对于多区SDRAM，SDRAM控制器可以利用多区SDRAM的特性，对SDRAM的访问进行调度，若需要对某一个区进行刷新或预充电，则先进行其它区的操作，尽量保证每个时刻都有一个区可以进行操作而其它的区在刷新或预充电，使得多区SDRAM的各个区都能得到充分利用，从而提高SDRAM的访问效率和使用率。

附图说明

图1为现有技术中的SDRAM控制器结构示意图。

图2为本发明实施例中的地址重映射过程示意图。

图3为本发明实施例中的SDRAM控制器结构示意图。

图4为本发明实施例中的区控制单元结构示意图。

图5为本发明实施例中主控制器选择区控制单元的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的SDRAM访问控制方法的基本思想是，SDRAM控制器收到对SDRAM的访问命令后，将收到的访问命令插入调度队列中，并根据SDRAM的工作状态处理所述访问命令。

由于SDRAM在跨行操作时必须进行预充电，而SDRAM的访问效率高低又与一次性向SDRAM中读写的数据量大小有关，因此，为了提高每一次行操作的效率，SDRAM控制器在收到对SDRAM的访问命令后，可以将同行的访问命令进行合并。具体而言，即：SDRAM控制器判断自身缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入所述缓存的同行访问命令之后；否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度队列中。

另外，为了避免零散操作对访问效率的影响，提高SDRAM的访问效率，SDRAM控制器可以在将访问命令插入调度队列之前，对收到的访问命令所对应的地址进行重映射。也就是说，SDRAM控制器对有规律的零散操作进行重新组合，将规律性出现的不连续的地址映射到新的连续的地址上。然后，SDRAM控制器使用重映射后的地址替换访问命令的原有地址，并将经过地址重映射后的访问命令插入调度队列中，按照经地址重映射后的访问命令对SDRAM进行访问操作。

比如，当系统执行某一项任务时，如果连续对某一个区的不同行进行操作，则可以通过地址重映射将这些不同行的地址重新映射到连续的同一行中，以达到尽量多地对同一行进行操作的目的，从而提高SDRAM的访问效率。当对同一行的操作完成后，可以换区进行操作，使原来的区可以进行预充电或刷新等。地址重映射的过程参见图2所示，其中，左边是映射前的地址，右边是映射后的地址。由图2可见，经过地址重映射后，系统中不同模块对SDRAM操作的不连续的无规律的地址变成了连续的有规律的地址，就如同中央处理器(CPU)对SDRAM的操作经过高速缓冲存储器(cache)一样。

其中，SDRAM的工作状态包括：SDRAM是否在刷新或预充电、是否存在同行操作等。

SDRAM控制器根据SDRAM的工作状态处理访问命令包括：优先执行与前一次操作同行的访问命令；对于多区SDRAM，可以利用多区SDRAM的特性，对SDRAM的访问进行调度，当需要对某一个区进行刷新或预充电，则先进行其它区的操作，尽量保证每个时刻都有一个区可以进行操作而其它的区在刷新或预充电，使得多区SDRAM的各个区都能得到充分利用，提高SDRAM的访问效率和使用率；当同时有一个以上的区可以访问且不存在同行操作时，SDRAM控制器可以按照并行矢量接入(Parallel Vector Access，PVA)中FirstHit函数的计算公式选择区，并执行该区的访问命令。

图3所示为本发明实施例中的SDRAM控制器结构示意图。下面结合图3对本发明进行详细阐述。

如图3所示，SDRAM控制器主要包括：片内总线协议接口、主控制单元以及与SDRAM的各区一一对应的区控制单元。片内总线协议接口受主控制单元的控制，当发起的传输是向SDRAM写数据时，主控制单元控制控制片内总线协议接口读取数据和内存地址信息；当发起的传输是从SDRAM读数据时，主控制单元将数据写入片内总线协议接口中。

当然，除了这些单元，本发明提供的SDRAM控制器还包括一些与传统SDRAM控制器相同的基本单元，比如寄存器组。这些基本单元的功能与现有技术一致，这里不再赘述。

下面主要对主控制单元和区控制单元的功能进行详细说明。

主控制单元通过片内总线协议接口收到对SDRAM的访问命令后，将收到的访问命令广播给各个区控制单元。比如将从片内总线协议接口传过来的地址、数据以及从地址重映射单元返回的内存地址广播到各个区控制单元上，由区控制单元决定是否对本区的SDRAM进行操作。

区控制单元收到主控制单元广播的访问命令后，将收到的属于本区的的访问命令插入调度队列中；并在需要对本区进行操作时，向主控制单元发送区操作申请。主控制单元收到来自区控制单元的区操作申请后，根据当前各区的工作状态(如是否需要刷新、预充电或是否为同行操作等)授予其中一个区控制单元对相应区进行访问的权限。比如，主控制单元将访问权限优先授予存在同行操作的区所对应的区控制单元。当某区需要进行预充电或刷新时，控制单元将访问权限优先授予其它的无需进行预充电或刷新的区所对应的区控制单元。

区控制单元在获得访问权限后，就可以对自身对应的区进行访问。当访问命令是对SDRAM写数据时，被授予访问权限的区控制单元就将主控制单元传送过来的数据写入自己控制的区内；当访问命令是从SDRAM读数据时，被授予访问权限的区控制单元就从自己控制的区内读取数据并发送给主控制单元。

另外，主控制单元还会定期向各个区控制单元下发刷新指令，区控制单元收到刷新指令后对自身控制的区进行刷新操作。

关于区控制单元，其可以使用访问调度机制来操作真正的SDRAM区，响应主控制单元发出的读、写、预充电、刷新等操作。区控制单元的结构参见图4所示，主要包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元以及一组调度流水单元。

其中，访问调度单元，用于在收到属于本区的访问命令时，将收到的访问命令插入调度流水单元中。每个调度流水单元都包括数据缓存部分，用于缓存访问调度单元插入的访问命令。调度流水单元组在正常模式下会进行移位操作，当最后一个调度流水单元完成操作后，之前的各个调度流水单元会相应的向后移动，以保证在正常情况下，先发起的传输能够先完成。另外，在满足时序要求的前提下，也可以根据需要将某些传输放到先进行的调度流水单元中。

下面对访问调度单元和调度流水单元的工作过程进行详细说明。

访问调度单元收到来自主控制单元的属于本区的访问命令后，判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入所述缓存的同行访问命令之后的调度流水单元中；否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度流水单元中。

比如，当访问调度单元收到的访问命令与最后一个调度流水单元中的访问命令位于同一行时，访问调度单元就直接将收到的访问命令插入倒数第二个调度流水单元中；当收到的访问命令不与任何一个调度流水单元中的访问命令同行时，访问调度单元就将收到的访问命令按照顺序插入空的调度流水单元中。若收到的访问命令为对SDRAM的写操作，则插入调度流水单元中的内容包括写控制信号、需要写入的数据和地址等；若收到的访问命令为对SDRAM的读操作，则插入调度流水单元中的内容包括读控制信号以及需要读取的地址。

当倒数第二个调度流水单元中与最后一个调度流水单元中的访问命令位于同一行时，访问调度单元置起预置同行信号；当倒数第二个流水单元移位到最后一个调度流水单元时，访问调度单元就向主控制单元发出同行信号，并向主控制单元发出区操作申请。若主控制单元授予访问权限，允许其进行操作，访问调度单元则执行相应的区操作。比如，通过SDRAM总线协议接口将最后一个调度流水单元中的数据写入SDRAM，或者通过SDRAM总线协议接口从SDRAM获取数据并传给主控制单元。

当所有的调度流水单元都为空时，从主控制单元传来的控制信号和数据直接进入最后一个调度流水单元，并以次类推，直到将调度流水单元填满为止。

另外，在主控制单元没有发起强行刷新和预充电指令的情况下，访问调度单元也可自动根据访问情况和时间向调度流水单元中插入刷新和预充电指令。

其中，关于主控制单元在收到多个区控制单元的区操作申请后，具体给予哪个区控制单元以访问权限可以按照图5所示的流程进行处理。参见图5所示，主控制单元选择区控制器的流程主要包括以下步骤：

步骤501：主控制单元接收来自区控制单元的区操作申请。

步骤502：主控制单元判断发出区操作申请的区控制单元对应的区是否需要进行刷新或预充电，若是，则执行步骤507；否则，执行步骤503。

步骤503：主控制单元判断是否收到区控制单元发出的同行信号，若是，则执行步骤505；否则，执行步骤504。

步骤504：主控制单元判断区控制单元对应的区是否符合并行矢量接入PVA中FirstHit函数的计算公式，如果符合，则执行步骤505；否则，返回执行步骤501。

也就是说，当同时有一个以上的区控制单元发出区操作申请，并且这些区控制单元对应的区均无需进行刷新或预充电，且不存在同行操作时，主控制单元可以按照PVA中FirstHit函数的计算公式选择授予访问权限的区控制单元。

步骤505：主控制单元将访问SDRAM的权限给予该区控制单元，该区控制单元得到访问权限后对自身控制的区进行访问操作。

步骤506：主控制单元判断区操作是否完毕，若是，则返回执行步骤501；否则，返回执行步骤505。

步骤507：主控制单元向需要进行刷新或预充电的区对应的区控制单元发出预充电或刷新指令，区控制单元收到指令后，对本区进行预充电或刷新操作。

步骤508：主控制单元判断预充电或刷新是否结束，若是，则返回执行步骤501；否则，继续执行本步骤。

由图5可见，主控制单元在选择区控制单元时主要满足以下条件：

一、当一个区需要进行预充电或刷新操作时，则不将访问权限给予该区对应的区控制单元；

二、若需要访问的数据位于当前正在访问的区的同一行中，且该区无需进行刷新，则优先将访问权限给予当前正在访问的区的区控制单元；

三、区的选择符合PVA中FirstHit函数的计算公式。

另外，为了避免零散操作对访问效率的影响，提高系统对SDRAM的访问效率，还可以在SDRAM控制器中增加地址重映射单元，如图3所示。主控制单元收到从片内总线协议接口传输过来的对SDRAM的访问命令后，根据寄存器组的配置状况判断是否需要进行地址重映射，并在需要时将收到的访问命令所对应的SDRAM地址发送给地址重映射单元；地址重映射单元主要用于对有规律的零散操作进行重新组合，将收到的规律性出现的不连续的地址映射到新的连续的地址上，然后将映射后的地址返回给主控制单元；主控制单元收到后，使用重映射后的地址替换访问命令的原有地址，并将经过地址重映射后的访问命令广播给各个区控制单元，然后按照经地址重映射后的访问命令对SDRAM进行访问操作。

另外，本发明还提出了一种控制单元，其结构与图4一致，主要包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元和调度流水单元。其中，调度流水单元，用于缓存访问命令；访问调度单元，用于在收到访问命令时，判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入所述缓存的同行访问命令之后的调度流水单元中，否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度流水单元中；并通过SDRAM总线协议接口对SDRAM执行调度流水单元中缓存的访问命令。

所述访问调度单元还可进一步用于，在判断是否存在同行操作前，对收到的访问命令所对应的地址进行重映射，然后判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与经地址重映射后的访问命令同行的操作，之后再根据判断结果进行相应处理。

以上所述对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种同步动态存储器SDRAM的访问控制方法，其特征在于，包括：

SDRAM控制器收到对SDRAM的访问命令后，判断自身缓存的访问命令中是否存在与收到的访问命令同行的操作，如果存在，则将收到的访问命令插入同行的缓存访问命令之后，优先执行同行访问命令；否则，按照正常调度流程将收到的访问命令插入调度队列中。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断之前进一步包括：SDRAM控制器对收到的访问命令所对应的地址进行重映射，使用重映射后的地址替换所述访问命令原有地址，根据重映射后的地址执行所述判断操作。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述优先执行同行访问命令之前进一步包括：

SDRAM控制器判断存在同行操作的区是否需要刷新或预充电，并在不需要时优先执行同行访问命令。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当同时有一个以上的SDRAM区可以访问且不存在同行操作时，该方法进一步包括：SDRAM控制器按照并行矢量接入中FirstHit函数的计算公式选择区，并执行该区的访问命令。

5、一种同步动态存储器SDRAM控制器，其特征在于，包括：片内总线协议接口、主控制单元、以及与SDRAM各区一一对应的区控制单元，其中，

主控制单元，用于将收到的来自片内总线协议接口的访问命令广播给各个区控制单元，并用于接收来自区控制单元的区操作申请，将访问权限优先授予存在同行操作的区所对应的区控制单元；

6、根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述主控制单元用于将访问权限优先授予无需进行预充电或刷新的区所对应的区控制单元。

7、根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，该控制器进一步包括：

地址重映射单元，用于对片内总线协议接口发送来的访问命令所对应的地址进行重映射，并将重映射后的地址发送给所述主控制单元；

所述主控制单元，进一步用于使用重映射后的地址替换所述访问命令原有地址，并将经过地址重映射后的访问命令广播给各个区控制单元。

8、根据权利要求5至7任一项所述的控制器，其特征在于，所述区控制单元包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元和调度流水单元，其中，

调度流水单元，用于缓存访问调度单元插入的访问命令。

9、根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述访问调度单元进一步用于，在当前操作与前一次操作同行时向主控制单元发送同行信号。

10、一种控制单元，其特征在于，包括：SDRAM总线协议接口、访问调度单元和调度流水单元，其中，

调度流水单元，用于缓存访问命令；

11、根据权利要求10所述的控制单元，其特征在于，所述访问调度单元进一步用于，对收到的访问命令所对应的地址进行重映射，并判断调度流水单元缓存的访问命令中是否存在与经地址重映射后的访问命令同行的操作。