CN102541506B - 一种fifo数据缓存器、芯片以及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于存储器设计领域，提供了一种FIFO数据缓存器、芯片以及设备，所述FIFO数据缓存器包括FIFO池、FIFO调用模块以及FIFO池管理模块。本发明通过在各个数据突发点配置FIFO调用模块，使各个FIFO调用模块能够根据数据缓存的需要，共享FIFO单元，从而做到FIFO数据缓存器中，各FIFO单元的动态分配，提高了FIFO数据缓存器的利用率以及缓存效果。

Description

一种FIFO数据缓存器、芯片以及设备
技术领域
本发明属于存储器设计领域，尤其涉及一种FIFO数据缓存器、芯片以及设备。
背景技术
FIFO（First In First Out，一种先进先出的数据缓存器）广泛的应用于芯片设计的各个领域，比如数据缓存、跨越时钟域等。特别是在数字通信芯片中，需要大量的FIFO用于报文的缓存。一般而言，FIFO的使用有如下特点：
芯片内的FIFO资源非常有限。当芯片内有多处需要使用大容量缓存时，往往没有足够的FIFO可供使用。如果增加了FIFO资源，就意味着要相应地增加芯片成本。
FIFO的使用需求呈动态变化。比如，在数字通信等领域，FIFO多是用于应对数据的突发（如：报文的突发等）。在不存在突发时，仅需小容量的FIFO就能满足芯片的正常运转；但当突发出现时，则需要大容量的FIFO来缓存数据。
而数据的突发往往是随机的，出现突发的位置很多情况下也是不相干的。如一个多接口数据交换芯片，每个接口出现突发是随机的，也是互不相干的。
现有的FIFO使用方法，多是将FIFO固定为一个特定的深度，分配给一个特定的位置。在数字通信芯片中，这种FIFO使用方法存在以下两个弊端：
1、由于FIFO总量有限，每个位置获得的FIFO容量也是有限的；同时，为了应对突发，每个位置的FIFO容量不能太小。这样，当不存在数据突发时，仅须很小的容量就能满足芯片运转，剩余的容量被闲置浪费；当存在数据突发时，这样的容量又不足以应对突发。
2、由于各个FIFO使用位置出现突发的时刻是随机的，一个位置出现突发，另一个位置可能没出现突发。但FIFO容量是固定分配给各个位置的。于是就会导致这样一个现象：芯片内一个位置由于突发导致缓存溢出，而其余的位置则有大量的缓存处于闲置的状态。这种情形下，FIFO的利用率以及缓存效果是极差的。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种FIFO数据缓存器，旨在解决现有FIFO数据缓存器中出现的缓存容量闲置浪费、FIFO利用率低以及缓存效果差等问题。
本发明实施例是这样实现的，一种FIFO数据缓存器，所述FIFO数据缓存器包括：
由若干个FIFO单元组件构成的FIFO池，每个FIFO单元组件配置成相同的深度，分布在芯片的不同位置，所述FIFO池是一个逻辑上的集合，组成这个集合的FIFO单元组件彼此没有联系；
多个FIFO调用模块，配置于可能出现数据突发的位置，用于根据数据缓存需要，发出占用FIFO单元或者释放FIFO单元的申请；
FIFO池管理模块，用于根据相应FIFO调用模块的申请，向该FIFO调用模块分配或者回收FIFO单元；
所述FIFO调用模块包括：
私有FIFO单元；
若干输入端多路选择器，用于从多个FIFO单元的输出以及所述FIFO调用模块的输入中，选择一路作为所述私有FIFO单元或者所述FIFO单元的输入；
输出端多路选择器，用于从多个FIFO单元的输出以及所述私有FIFO单元的输出中，选择一路作为所述FIFO调用模块的输出；
级联控制器，用于记录FIFO单元在所述FIFO调用模块中的级联拓扑，控制各个输入端多路选择器的输出，并根据数据缓存需要，向所述FIFO池管理模块申请调用空闲的FIFO单元或者释放使用完成的FIFO单元；
所述FIFO单元组件包括：
FIFO单元，以及
多路选择器，用于从所述多个FIFO调用模块中选择一路输出作为所述FIFO单元的输入。
本发明实施例的另一目的在于提供一种包含FIFO数据缓存器的芯片。
本发明实施例的另一目的在于提供一种包含FIFO数据缓存器的设备。
本发明实施例通过在各个数据突发点配置FIFO调用模块，使各个FIFO调用模块能够根据数据缓存的需要，共享FIFO单元，从而做到FIFO数据缓存器中，各FIFO单元的动态分配，提高了FIFO数据缓存器的利用率以及缓存效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的FIFO数据缓存器的工作原理图；
图2是本发明实施例提供的FIFO数据缓存器中FIFO单元组件的结构图；
图3是本发明实施例提供的FIFO数据缓存器中FIFO调用模块的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例针对现有技术中存在的缓存容量闲置浪费、FIFO利用率低以及缓存效果差等问题，在各个数据突发点配置FIFO调用模块，使各个FIFO调用模块能够根据数据缓存的需要，共享FIFO单元，从而做到FIFO数据缓存器中，各FIFO单元的动态分配，提高了FIFO数据缓存器的利用率以及缓存效果。
本发明实施例是这样实现的：
一种FIFO数据缓存器，包括：
由若干个FIFO单元组件构成的FIFO池；
多个FIFO调用模块，配置于可能出现数据突发的位置，用于根据数据缓存需要，发出占用FIFO单元或者释放FIFO单元的申请；
FIFO池管理模块，用于根据相应FIFO调用模块的申请，向该FIFO调用模块分配或者回收FIFO单元。
本发明实施例的另一目的在于提供一种包含FIFO数据缓存器的芯片。
本发明实施例的另一目的在于提供一种包含FIFO数据缓存器的设备。
在本发明实施例中，由于各个FIFO单元可以根据数据缓存的需要，动态地分配给配置于各个数据突发点的FIFO调用模块，使各个FIFO调用模块能够共享FIFO单元，所以提高了FIFO数据缓存器的利用率以及缓存效果。
实施例一：
图1示出了本发明实施例提供的FIFO数据缓存器的工作原理，为了便于说明只示出了与本发明实施例相关的部分。
FIFO池11由多个FIFO单元组件14组成，其中，FIFO单元组件14的结构如图2所示，包括用于缓存数据的FIFO单元22，以及多路选择器21，该多路选择器21用于从所述多个FIFO调用模块中选择一路输出作为所述FIFO单元的输入。
FIFO调用模块12配置于可能出现数据突发的位置，根据数据缓存需要，向FIFO池管理模块13申请调用空闲的FIFO单元22或者释放使用完成的FIFO单元22；
FIFO池管理模块13根据FIFO调用模块12的申请，向FIFO调用模块12分配空闲的FIFO单元22，或者回收FIFO调用模块12释放的FIFO单元22。
在实际工作中，FIFO调用模块12有一个私有FIFO单元31，在没有数据突发的情况下，FIFO调用模块12本身就能满足数据缓存要求，当出现数据突发时，FIFO调用模块12根据其缓存的状况，向FIFO池管理模块13申请占用FIFO池11中的FIFO单元22。FIFO池管理模块13根据FIFO池11中FIFO单元22的使用情况，对FIFO调用模块12的申请做出回应，如果FIFO池11中尚有FIFO单元22可供调用的话，FIFO管理模块13向FIFO调用模块12返回申请成功的信号，并向FIFO模块12提供可以调用的FIFO单元22的编号。在没有合适的FIFO单元22可供调用时，FIFO池管理模块13向FIFO调用模块12返回申请失败的信号。
当FIFO单元22使用完成后，FIFO调用模块12向FIFO池管理模块13发出释放FIFO单元22的申请，而FIFO池管理模块13根据FIFO调用模块12的申请，将释放后的FIFO单元22回收。
具体而言，FIFO池11由若干完全独立的FIFO单元组件14组成，每个FIFO单元组件14配置成相同的深度，分布在芯片的不同位置。FIFO池11只是一个逻辑上的集合，组成这个集合的FIFO单元组件14彼此没有任何联系。
FIFO单元22个数乘以深度，即为FIFO池11总缓存能力，即C=D*N。其中，C表示FIFO池11的总缓存容量，D表示FIFO单元22的深度，N表示FIFO单元22的个数。
每个FIFO单元22的深度即为动态分配的粒度，FIFO调用模块12以每个FIFO单元22作为最小的调度单位。FIFO单元22深度的选择要考虑以下因素：动态分配粒度、FIFO调用模块的复杂程度。动态分配粒度和FIFO调用模块的复杂程度成反比，粒度越小，FIFO利用效率越高，但调用模块越复杂。因此，要根据芯片所能承受的调用模块的复杂程度选择最小的分配粒度。
实施例二：
图3示出了本发明实施例提供的FIFO数据缓存器中FIFO调用模块的结构，为了便于说明只示出了与本发明实施例相关的部分。
私有FIFO单元31和FIFO池11中的FIFO单元22具有相同的深度。当没有数据突发时，这个私有FIFO单元31就能满足缓存要求。
在私有FIFO单元31的输入端连接有一个输入端多路选择器32，同样，上一实施例所述的各多路选择器21的输入端均各自连接有一个输入端多路选择器32，这些输入端多路选择器32用于从多个FIFO单元22中的输出以及FIFO调用模块12的输入中，选择一路作为私有FIFO单元31或者FIFO单元22的输入。每一个输入端多路选择器32的输入端与N个FIFO单元22的数据线（N的个数为FIFO池11中FIFO单元22的个数）以及1个输入FIFO调用模块12的原始数据的数据线连接，用于确定具体以哪条数据线输入的数据作为私有FIFO单元31或者某一FIFO单元22的输入数据。
与输入端多路选择器32相类似地，与私有FIFO单元31的输出端连接的输出端多路选择器33，用于从多个FIFO单元22的输出以及私有FIFO单元31的输出中，选择一路作为FIFO调用模块12的输出。
包括上述输入端多路选择器32输出端多路选择器33以及数据线的整个连接网络组成一个级联选择矩阵。
级联控制器34，用于记录FIFO单元22在FIFO调用模块12中的级联拓扑，控制输入输出多路选择器的输出，并根据实时使用需求，向FIFO池管理模块13申请FIFO单元22或者卸载FIFO单元22。级联控制器34是整个FIFO调用模块12的控制核心。在级联控制器34中维护着一张FIFO级联表，级联表的最下面是该FIFO调用模块12的私有FIFO单元31，然后往上依次存储着被占用的共享FIFO单元22，按占用的先后时间排列。该级联表记录的是各个FIFO单元22在FIFO调用模块12中的级联拓扑。
级联控制器中34包含一个FIFO单元22占用申请电路。当FIFO级联表中最上面的一个FIFO单元22（可以是共享FIFO单元22或者私有FIFO单元31）中存储的内容已达容量的2/3，占用申请电路自动的向FIFO池管理模块13申请一个FIFO单元22。申请成功后，占用申请电路将获得的FIFO单元22加入到FIFO级联表，并根据新的级联表修改各个多路选择器的状态，从而获得新的FIFO单元22级联拓扑。当FIFO池管理模块13反馈申请失败信号时，占用申请电路清除占用请求信号，然后再次判断是否需要发起下一次FIFO单元22占用请求。
级联控制器34中还包括一个FIFO单元22卸载电路。当级联拓扑中有一定数量或者比例的FIFO单元22空闲时，如5/3个FIFO单元22空闲时，级联控制器34卸载掉级联拓扑中的一个FIFO单元22，并根据新的级联表修改各个多路选择器的状态。卸载后的FIFO单元22，将通过FIFO池管理模块13回收到FIFO池11。
FIFO池管理模块13中，FIFO单元22的维护信息记录在一张表中，其记录着各个FIFO单元22是否被占用，被占用则标记为0，空闲则被标记为1。被占用的FIFO单元22不能再分配，而空闲的FIFO单元22可以被分配。在FIFO池管理模块13中，保存着各个FIFO调用模块12的优先级和权限。优先级定义的是两个以上FIFO调用模块12同时申请占用FIFO单元22时，受理申请的顺序。权限定义的每个FIFO调用模块12能够占用的FIFO单元22的总量。
当一个FIFO调用模块12提出FIFO单元22占用申请时,如果尚有FIFO单元22可供调用，返回一个申请成功信号给对应FIFO调用模块12，同时给出对应FIFO单元22的编号；如果没有FIFO单元22可供使用，则反馈申请失败信号。
当一个FIFO调用模块12提出FIFO单元22释放请求时，FIFO池管理模块13处理释放请求信号，将释放后的FIFO单元22回收。
FIFO单元22分配和回收独立进行，分配完一个FIFO单元22后，将该单元标记为0；回收完一个FIFO单元22后，将该FIFO单元22标记为1。分配一个FIFO单元22的同时，将对应的FIFO调用模块12的编号提供给FIFO单元22，FIFO单元22根据FIFO调用模块12的编号控制输入端多路选择器32的输出。
此外，当一个FIFO调用模块12占用的FIFO单元22数到达它权限下的最大值，即使尚有可供分配的FIFO单元22，也不再分配给该调用模块。
在本发明实施例中，由于各个FIFO单元22可以根据数据缓存的需要，动态地分配给配置于各个数据突发点的FIFO调用模块，使各个FIFO调用模块能够共享FIFO单元22，所以提高了FIFO数据缓存器的利用率以及缓存效果。
实施例四：
本发明实施例提供的FIFO数据缓存器可以用于SWITCH芯片等多种芯片中，该类型包含FIFO数据缓存器的芯片可以用于交换机、路由器等设备。
在本发明实施例中，由于各个FIFO单元可以根据数据缓存的需要，动态地分配给配置于各个数据突发点的FIFO调用模块，使各个FIFO调用模块能够共享FIFO单元，所以提高了FIFO数据缓存器的利用率以及缓存效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种FIFO数据缓存器，其特征在于，所述FIFO数据缓存器包括：
由若干个FIFO单元组件构成的FIFO池，每个FIFO单元组件配置成相同的深度，分布在芯片的不同位置，所述FIFO池是一个逻辑上的集合，组成这个集合的FIFO单元组件彼此没有联系；
多个FIFO调用模块，配置于可能出现数据突发的位置，用于根据数据缓存需要，发出占用FIFO单元或者释放FIFO单元的申请；
FIFO池管理模块，用于根据相应FIFO调用模块的申请，向该FIFO调用模块分配或者回收FIFO单元；
所述FIFO调用模块包括：
私有FIFO单元；
若干输入端多路选择器，用于从多个FIFO单元的输出以及所述FIFO调用模块的输入中，选择一路作为所述私有FIFO单元或者所述FIFO单元的输入；
输出端多路选择器，用于从多个FIFO单元的输出以及所述私有FIFO单元的输出中，选择一路作为所述FIFO调用模块的输出；
级联控制器，用于记录FIFO单元在所述FIFO调用模块中的级联拓扑，控制各个输入端多路选择器的输出，并根据数据缓存需要，向所述FIFO池管理模块申请调用空闲的FIFO单元或者释放使用完成的FIFO单元；
所述FIFO单元组件包括：
FIFO单元，以及
多路选择器，用于从所述多个FIFO调用模块中选择一路输出作为所述FIFO单元的输入。
2.如权利要求1所述的FIFO数据缓存器，其特征在于，所述级联控制器包括：
FIFO单元占用申请电路，用于根据所述FIFO调用模块实时的使用需要，申请FIFO单元；
FIFO单元卸载电路，用于根据所述FIFO调用模块实时的使用需要，卸载FIFO单元；
FIFO级联表，用于记录FIFO单元在所述FIFO调用模块中的级联拓扑。
3.如权利要求1所述的FIFO数据缓存器，其特征在于，所述FIFO池管理模块存有FIFO调用模块的优先级和FIFO调用模块的权限；
所述FIFO调用模块的优先级为两个以上FIFO调用模块同时申请占用FIFO单元时，所述FIFO池管理模块受理申请的顺序；
所述FIFO调用模块的权限为每个FIFO调用模块能够占用的FIFO单元的总量。
4.一种包含如权利要求1至3任一项所述的FIFO数据缓存器的芯片。
5.一种包含如权利要求1至3任一项所述的FIFO数据缓存器的设备。
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