CN102662858B - 一种扩展sram容量的虚拟存储方法 - Google Patents

一种扩展sram容量的虚拟存储方法 Download PDF

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Abstract

一种扩展SRAM容量的虚拟存储方法，在SRAM上选取交换块，同时在EFlash上选取备份块，SRAM上交换块会分成几个扇区，每个扇区的大小与eflash扇区大小一样，SRAM的扇区作为交换扇区和EFlash的扇区交换数据，从而实现可以任意扩展SRAM空间的目的。本发明在不增加SRAM物理空间的前提下，可以任意地增加SRAM的虚拟空间，减小了芯片的面积，降低了系统的功耗。

Description

一种扩展SRAM容量的虚拟存储方法
技术领域
本发明涉及一种扩展SRAM容量的虚拟存储方法。
背景技术
随着信息网络技术的发展，使得随时随地地连接网络获取信息变成现实，以信息交换和共享为主要内容的电子政务和电子商务得以迅猛发展。但是开放型的互联网协议和脆软的PC桌面操作系统使得信息安全问题成为互联网应用进步的主要障碍。安全芯片以其自身的强安全性近些年来得到了极大的发展，为网络安全做出一重要贡献。安全芯片有双重安全机制，第一重是芯片本身集成的加密算法模块，芯片设计公司通常都会将经实践检验的最安全的几种加密算法集成入芯片。第二重保护则是CPU卡芯片特有的COS系统，COS可以为芯片设立多个相互独立的密码，密钥是目录为单位存放，每个目录下的密钥相互之间独立，并且有防火墙功能。近些年来，IC卡已经逐步进入了包括金融、通信、医疗、公交、身份识别等在内的多个应用领域。
如图1所示，安全芯片的存储单元包括以下三种：ROM、SRAM（静态随机存储器）、EFlash（嵌入式闪存）。ROM主要用于存储芯片设计厂商固化的启动代码；SRAM主要用于存放COS运算过程中的一些全局变量和堆栈等信息；EFlash主要用于存放COS厂商的应用程序。SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，因此SRAM具有较高的性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，且功耗较大。EFlash这种非挥发性存储器是EEPROM走向成熟的产物。它的集成度非常高，满足了应用程序越来越大的需要。
随着COS的越来越复杂，COS厂商对SRAM的大容量需求也起来越强烈，但是SRAM的集成度非常低，如果要增加SRAM的空间，必然会增加芯片的成本，同时也会增加芯片的功耗。目前芯片公司对芯片的成本已经非常敏感，在国内安全芯片竞争越来越激烈的情况下，成本直接决定了一款芯片的成败。因此如何在不增加SRAM物理容量的前提下，满足COS厂商对SRAM大容量的需求是一个很大的技术难点。
发明内容
本发明提供一种扩展SRAM容量的虚拟存储方法，在不增加SRAM物理空间的前提下，可以任意地增加SRAM的虚拟空间。减小了芯片的面积，降低了系统的功耗。
为了达到上述目的，本发明提供一种扩展SRAM容量的虚拟存储方法，该方法包含以下步骤：
步骤1、初始化；
步骤2、CPU访问SRAM的虚拟地址SramVaddr；
步骤3、判断SRAM的虚拟地址SramVaddr是否小于（M-m）K，若是，跳转到步骤10，若否，跳转到步骤4；
其中，M是SRAM的总容量，m是SRAM的最后mK字节；
步骤4、令SRAM交换扇区虚拟基地址序号Sid=0；
步骤5、判断SRAM交换扇区Sid的虚拟基地址是否等于SRAM虚拟基地址SramVaddr，若是，则跳转到步骤10，若否，则跳转到步骤6；
步骤6、Sid= Sid +1；
步骤7、判断Sid是否大于n，若是，跳转到步骤8，若否，跳转到步骤5；
步骤8、SRAM控制器产生硬件异常，CPU进入异常处理函数，SRAM与EFlash进行交换数据操作；
步骤9、更改最空闲交换扇区的基地址； 
步骤10、将SRAM的虚拟地址SramVaddr映射到物理地址SramPaddr；
步骤11、CPU执行读写操作；
步骤12、CPU结束访问SRAM。
所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、在SRAM上选取交换块，同时在EFlash上选取备份块；
将SRAM的最后mK字节平均划分成n个扇区，对每个扇区从0到（n-1）进行编号，分别对应记为SramSwapSector 0～SramSwapSector （n-1）；
将CPU访问SRAM的系统地址称之为SRAM虚拟地址，记为SramVaddr，SRAM实际物理寻址地址称之为SRAM物理地址，记为SramPaddr；
步骤1.2、SRAM控制器在上电时，初始化n个交换扇区的虚拟基地址。
SRAM上交换块的每个扇区的大小与EFlash上备份块的每个扇区大小一样，交换块中每个物理扇区都与一个对应的逻辑扇区进行对应，该对应表会在SRAM控制器内保存。
所述的步骤8包含以下步骤：
步骤8.1、SRAM控制器设置异常错误虚拟源地址ErrScrVaddr和异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr；
步骤8.2、令WordCnt=0；
步骤8.3、读出以ErrScrVaddr为虚拟基地址的整个扇区中以WordCnt为偏移量的一个字；
步骤8.4、将步骤8.3中读出的一个字写入到EFlash的某一空白扇区中；
步骤8.5、WordCnt = WordCnt+1；
步骤8.6、判断WordCnt =W是否成立，若是，跳转到步骤8.7，若否，跳转到步骤8.3； 
W代表一个扇区的字数；
步骤8.7、令WordCnt=0；
步骤8.8、根据异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr对应的EFlash中的扇区，读出该扇区中已经备份的第WordCnt个数据；
步骤8.9、将步骤8.8中读出的数据写入到以ErrScrVaddr为扇区虚拟基地址，以WordCnt为偏移量的SRAM中；
步骤8.10、WordCnt = WordCnt+1；
步骤8.11、判断WordCnt =W是否成立，若是，跳转到步骤8.12，若否，跳转到步骤8.8；
W代表一个扇区的字数；
步骤8.12、交换完成标志位置位；
步骤8.13、结束交换数据。
异常错误虚拟源地址ErrScrVaddr表示的是一个虚拟基地址，此虚拟基地址对应的整个扇区数据需要备份到EFlash中，因为此虚拟基地址所在的交换扇区将被用来存放引起硬件异常的SRAM虚拟地址所有的整个扇区；
异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr表示的是一个虚拟基地址，此虚拟基地址对应的整个扇区数据需要从EFlsah中还原过来，为异常处理结束后CPU再次执行引起此次异常的指令服务。
所述的步骤9包含以下步骤：
步骤9.1、CPU访问交换扇区S；
步骤9.2、计算交换扇区S在当前空闲状态表中的位置POS；
步骤9.3、从位置0到POS执行循环左移操作，完成一次空闲状态转换流程。
本发明在不增加SRAM物理空间的前提下，可以任意地增加SRAM的虚拟空间。减小了芯片的面积，降低了系统的功耗。
附图说明
图1是芯片存储单元的逻辑结构图；
图2是本发明的流程图；
图3是本发明SRAM与EFlash进行交换数据操作的流程图；
图4是交换扇区初始化空闲状态表；
图5是在图4空闲状态下访问SramSwapSector2的空闲状态表；
图6是空闲状态转换流程图。
具体实施方式
以下根据图2～图6，具体说明本发明的较佳实施例。
如图2所示，以物理容量为8K字节的SRAM为例，说明如何扩展SRAM的容量。
该扩展SRAM容量的虚拟存储方法包含以下步骤：
步骤1、初始化；
步骤1.1、在SRAM上选取交换块，同时在EFlash上选取备份块；
通常情况，SRAM上交换块会分成几个扇区，每个扇区的大小与EFlash扇区大小一样，交换块中每个物理扇区都与一个对应的逻辑扇区进行对应，该对应表会在SRAM控制器内保存。
将SRAM的最后2K字节划分成4个扇区，SRAM的这四个扇区作为交换扇区和EFlash的扇区交换数据，从而实现可以任意扩展SRAM空间的目的。
具体方法是，将SRAM的最后2K字节划分成4个扇区，即6K字节到6.5K字节的空间称之为SRAM的交换扇区0，记为SramSwapSector0；6.5K字节到7K字节的空间称之为SRAM的交换扇区1，记为SramSwapSector1；7K字节到7.5K字节的空间称之为SRAM的交换扇区2，记为SramSwapSector2；7.5K字节到8K字节称之为交换扇区3，记为SramSwapSector3；
将CPU访问SRAM的系统地址称之为SRAM虚拟地址，记为SramVaddr，SRAM实际物理寻址地址称之为SRAM物理地址，记为SramPaddr；
步骤1.2、SRAM控制器在上电时，初始化四个交换扇区的虚拟基地址，即上电后将SRAM的四个交换扇区的虚拟地址初始化为6K到8K的一段空间；
交换扇区的虚拟基地址表示该交换扇区此时映射到CPU总线上的SRAM虚拟地址SramVaddr以512字节为边界的基地址。以SramVBase0、SramVBase1、SramVBase2、SramVBase3分别表示四个交换扇区的虚拟基地址，上电后虚拟基地址初始化为下面的一组数据：
SramVBase0 = 6K；
SramVBase1 = 6.5K；
SramVBase2 = 7K；
SramVBase3 = 7.5K；
步骤2、CPU访问SRAM的虚拟地址SramVaddr；
步骤3、判断SRAM的虚拟地址SramVaddr是否小于6K，若是，跳转到步骤10，若否，跳转到步骤4；
步骤4、令SRAM交换扇区虚拟基地址序号Sid=0；
步骤5、判断SRAM交换扇区Sid的虚拟基地址是否等于SRAM虚拟基地址SramVaddr，若是，则跳转到步骤10，若否，则跳转到步骤6；
步骤6、Sid= Sid +1；
步骤7、判断Sid是否大于3，若是，跳转到步骤8，若否，跳转到步骤5；
步骤8、SRAM控制器产生硬件异常，CPU进入异常处理函数，SRAM与EFlash进行交换数据操作；（如图3所示）
步骤8.1、SRAM控制器设置异常错误虚拟源地址ErrScrVaddr和异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr；
异常错误虚拟源地址ErrScrVaddr表示的是一个虚拟基地址，此虚拟基地址对应的整个扇区数据需要备份到EFlash中，因为此虚拟基地址所在的交换扇区将被用来存放引起硬件异常的SRAM虚拟地址所有的整个扇区；
异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr表示的是一个虚拟基地址，此虚拟基地址对应的整个扇区数据需要从EFlsah中还原过来，为异常处理结束后CPU再次执行引起此次异常的指令服务；
步骤8.2、令WordCnt=0；（WordCnt记录每个扇区字序号）
步骤8.3、读出以ErrScrVaddr为虚拟基地址的整个扇区中以WordCnt为偏移量的一个字；
步骤8.4、将步骤8.3中读出的一个字写入到EFlash的某一空白扇区中；
步骤8.5、WordCnt = WordCnt+1；
步骤8.6、判断WordCnt =128是否成立，若是，跳转到步骤8.7，若否，跳转到步骤8.3；（这里假设一个扇区是128个字）
步骤8.7、令WordCnt=0；
步骤8.8、根据异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr对应的EFlash中的扇区，读出该扇区中已经备份的第WordCnt个数据；
步骤8.9、将步骤8.8中读出的数据写入到以ErrScrVaddr为扇区虚拟基地址，以WordCnt为偏移量的SRAM中；
步骤8.10、WordCnt = WordCnt+1；
步骤8.11、判断WordCnt =128是否成立，若是，跳转到步骤8.12，若否，跳转到步骤8.8；
步骤8.12、交换完成标志位置位；
步骤8.13、结束交换数据；
步骤9、更改最空闲交换扇区的基地址；（如图6所示）
当系统需要访问的逻辑空间不在物理SRAM空间内，而在EFlash上的备份块中，系统将根据“最近未使用”的原则对交换块某个最近最少访问的扇区做备份，与对应在EFlash备份块中需访问的扇区进行交换，然后再进行实际需要的系统对SRAM访问操作，每次交换备份后，需要实时更新对应表；
交换扇区的选择依据“最近未使用”的原则进行替换；
“最近未使用”替换策略是指将最近没有被使用过的交换扇区选作用于交换的扇区。因此在SRAM的使用过程中，需要动态的生成一张交换扇区空闲状态表；
如图4所示的交换扇区空闲状态表是SRAM控制器上电初始化后的状态，最左边的交换扇区号表示该扇区最近没有使用，也就是最空闲的一个交换扇区。最右边的交换扇区号表示该扇区最近刚被使用，也就是最忙的一个交换扇区；当CPU访问某个交换扇区时，需要将位置POS从0到该扇区所在位置POS组成一个循环左移的逻辑链，循环左移交换扇区的ID号，以改变各个扇区的空闲状态。如图5所示，是在图4空闲状态下访问SramSwapSector2扇区后的空闲状态表；
步骤9.1、CPU访问交换扇区S；
步骤9.2、计算交换扇区S在当前空闲状态表中的位置POS；
步骤9.3、从位置0到POS执行循环左移操作，完成一次空闲状态转换流程；
步骤10、将SRAM的虚拟地址SramVaddr映射到物理地址SramPaddr；
步骤11、CPU执行读写操作；
步骤12、CPU结束访问SRAM。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种扩展SRAM容量的虚拟存储方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
步骤1、初始化；
将CPU访问SRAM的系统地址称之为SRAM虚拟地址，记为SramVaddr，SRAM实际物理寻址地址称之为SRAM物理地址，记为SramPaddr；
步骤2、CPU访问SRAM的虚拟地址SramVaddr；
步骤3、判断SRAM的虚拟地址SramVaddr是否小于（M-m）K，若是，跳转到步骤10，若否，跳转到步骤4；
其中，M是SRAM的总容量，m是SRAM的最后mK字节；
步骤4、令SRAM交换扇区虚拟基地址序号Sid=0；
步骤5、判断SRAM交换扇区Sid的虚拟基地址是否等于SRAM虚拟地址SramVadd，若是，则跳转到步骤10，若否，则跳转到步骤6；
步骤6、Sid= Sid +1；
步骤7、判断Sid是否大于（n-1），若是，跳转到步骤8，若否，跳转到步骤5；
其中，n表示将SRAM的最后mK字节平均划分的扇区数，每个扇区的大小需要与EFlash的扇区大小相同；
步骤8、SRAM控制器产生硬件异常，CPU进入异常处理函数，异常处理函数负责将SRAM与EFlash中存储的数据进行交换；
步骤9、更改最空闲交换扇区的基地址； 
步骤10、将SRAM的虚拟地址SramVaddr映射到物理地址SramPaddr；
步骤11、CPU执行读写操作；
步骤12、CPU结束访问SRAM。 
2.如权利要求1所述的扩展SRAM容量的虚拟存储方法，其特征在于，所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、在SRAM上选取交换块，同时在EFlash上选取备份块；
将SRAM的最后mK字节平均划分成n个扇区，对每个扇区从0到（n-1）进行编号，分别对应记为SramSwapSector 0～SramSwapSector （n-1）；
步骤1.2、SRAM控制器在上电时，初始化n个交换扇区的虚拟基地址。 
3.如权利要求2所述的扩展SRAM容量的虚拟存储方法，其特征在于，SRAM上交换块的每个扇区的大小与EFlash上备份块的每个扇区大小一样，交换块中每个物理扇区都与一个对应的逻辑扇区进行对应，对应表会在SRAM控制器内保存。
4.如权利要求1所述的扩展SRAM容量的虚拟存储方法，其特征在于，所述的步骤8包含以下步骤：
步骤8.1、SRAM控制器设置异常错误虚拟源地址ErrScrVaddr和异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr；
步骤8.2、令WordCnt=0； WordCnt为一变量，表示已变换的字的个数；
步骤8.3、读出以ErrScrVaddr为虚拟基地址的整个扇区中以WordCnt为偏移量的一个字；
步骤8.4、将步骤8.3中读出的一个字写入到EFlash的某一空白扇区中；
步骤8.5、WordCnt = WordCnt+1；
步骤8.6、判断WordCnt =W是否成立，若是，跳转到步骤8.7，若否，跳转到步骤8.3；
W代表一个扇区的字数； 
步骤8.7、令WordCnt=0；
步骤8.8、根据异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr对应的EFlash中的扇区，读出该扇区中已经备份的第WordCnt个数据；
步骤8.9、将步骤8.8中读出的数据写入到以ErrScrVaddr为扇区虚拟基地址，以WordCnt为偏移量的SRAM中；
步骤8.10、WordCnt = WordCnt+1；
步骤8.11、判断WordCnt =W是否成立，若是，跳转到步骤8.12，若否，跳转到步骤8.8；
W代表一个扇区的字数；
步骤8.12、交换完成标志位置位；
步骤8.13、结束交换数据。 
5.如权利要求4所述的扩展SRAM容量的虚拟存储方法，其特征在于，
异常错误虚拟源地址ErrScrVaddr表示的是一个虚拟基地址，此虚拟基地址对应的整个扇区数据需要备份到EFlash中，因为此虚拟基地址所在的交换扇区将被用来存放引起硬件异常的SRAM虚拟地址所在的整个扇区；
异常错误虚拟目标地址ErrDstVaddr表示的是一个虚拟基地址，此虚拟基地址对应的整个扇区数据需要从EFlsah中还原过来，为异常处理结束后CPU再次执行引起此次异常的指令服务。 
6.如权利要求1所述的扩展SRAM容量的虚拟存储方法，其特征在于，所述的步骤9包含以下步骤：
步骤9.1、CPU访问交换扇区S；
步骤9.2、计算交换扇区S在当前空闲状态表中的位置POS；
其中POS代表扇区编号，大小从0到(n-1)；
步骤9.3、从位置0到POS执行循环左移操作，完成一次空闲状态转换流程。
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