DE19818853B4 - Integrated logic circuitry - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Logikschaltungsanordnung aus einer Prozessor- oder Controlleranordnung mit internen Prozessoreinheiten, wie Arithmetik-Logik-Einheit, Befehlszähler, Puffer, und mit mindestens einem internen Register oder Speicherelement mit Registerfunktion. Die Erfindung betrifft auch eine integrierte Logikschaltung, die eine sequentielle Arbeitsweise aufweist und zumindest teilweise aus Flip-Flops besteht.The invention relates to an integrated Logic circuit arrangement from a processor or controller arrangement with internal processor units, such as arithmetic logic unit, command counter, buffer, and with at least one internal register or storage element with register function. The invention also relates to an integrated Logic circuit which has a sequential mode of operation and consists at least partially of flip-flops.
Die grundsätzliche Verwendung von nichtflüchtigen
Speichern in Logikschaltungsanordnungen ist aus der
Es sind Logikschaltungen bekannt, die als Prozessoren ausgebildet sind, welche über flüchtige interne Register und Adreß-, Daten- und andere Puffer verfügen.Logic circuits are known which are designed as processors, which via volatile internal registers and address, Have data and other buffers.
Zumeist sind diese Prozessoren auch mit externen und/oder internen Programm- und Datenspeichern versehen. Diese Speicher bestehen aus einer Speichermatrix, welche eine Anzahl einzelner Speicherzellen sowie die zur Auswahl und zum Speicherzugriff erforderliche Logik (z.B. Dekoder, I/O-Stufen und Puffer) enthält.Most of these processors are too provided with external and / or internal program and data memories. These memories consist of a memory matrix, which is a number of individual memory cells as well as those for selection and memory access contains the necessary logic (e.g. decoder, I / O stages and buffer).
Die genannten Register umfassen beispielsweise Befehlsregister, Befehlszähler, Datenregister, Bedingungsregister, Zwischen- und Hilfsregister, Interruptregister, Pointer und/oder Stack register. Zu den Puffern gehören beispielsweise Adreßpuffer, Datenpuffer, Puffer für Steuer- und I/O-Signale, Interruptsignale sowie zusätzliche Pufferelemente, beipielsweise für die Zustandsspeicherung in internen Funktionsblöcken, wie Arithmetik-Logikeinheit, Adreßwerk, Rechenwerk, Steuerwerk, Interruptsteuerlogik, Speicherzugriffssteuerung, Befehlsdekodierer und Ablaufsteuerung.The registers mentioned include, for example Command register, command counter, Data register, condition register, intermediate and auxiliary register, Interrupt register, pointer and / or stack register. To the buffers belong for example address buffers, Data buffer, buffer for Control and I / O signals, interrupt signals and additional Buffer elements, for example for state storage in internal function blocks, such as arithmetic logic unit, address unit, arithmetic unit, Control unit, interrupt control logic, memory access control, instruction decoder and sequence control.
Die externen und internen Programm- und Datenspeicher werden sowohl als flüchtige als auch als nichtflüchtige Speicher realisiert. Flüchtige Speicher, wie beispielsweise SRAMs und DRAMs, besitzen den Vorteil einer hohen Zugriffsgeschwindigkeit, wodurch die Anwendung als schnelle Schreib-/Lesespeicher unterstützt wird. Nachteilig ist jedoch, daß diese Speicher bei Spannungsunterbrechungen ihren Inhalt verlieren, wenn nicht zusätzliche Maßnahmen – z.B. eine Batteriepufferung – vorgesehen werden.The external and internal program and data storage are used as both volatile and non-volatile storage realized. fugitive Memories such as SRAMs and DRAMs have the advantage a high access speed, which makes the application as fast Read / write memory supported becomes. The disadvantage, however, is that this Memory will lose its content in the event of voltage interruptions if not additional Measures - e.g. a Battery backup - provided become.
Eine aus der
Eine Kombination der Vorteile eines flüchtigen Speichers (hohe Zugriffsgeschwindigkeit) und eines nichtflüchtigen Speichers (Datenerhalt auch bei Spannungsunterbrechung) bieten beispielsweise nvSRAMs, Ferro-RAMs und magnetoresistive RAMs.A combination of the advantages of one volatile Memory (high access speed) and a non-volatile Memory (data retention even in the event of a voltage interruption) are offered, for example, by nvSRAMs, Ferro RAMs and magnetoresistive RAMs.
Speicher mit der Bezeichnung nvSRAM (non volatile SRAM), wie in dem Artikel der DE-Zeitschrift Elektronik 15/1996, S. 14 beschriebn, bestehen aus einem SRAM-Teil und einem EEPROM-Teil, wobei der EE- PROM als nichtflüchtiger Schattenspeicher für den SRAM dient, so daß der Dateninhalt auch bei Spannungsunterbrechung erhalten bleibt. Ein nvSRAM zeichnet sich durch eine leichte Änderbarkeit, eine große Anzahl von Schreibzyklen und eine hohe Zugriffsgeschwindigkeit aus. Der nvSRAM gestattet die Realisierung nichtflüchtiger, schneller und leicht änderbarer Schreib-/Lesespeicher.Memory called nvSRAM (non volatile SRAM), as in the article of the DE magazine electronics 15/1996, p. 14, consist of an SRAM part and a EEPROM part, the EEPROM as a non-volatile Shadow storage for serves the SRAM so that the Data content is retained even when the power is interrupted. On nvSRAM is easy to change, a large number from write cycles and a high access speed. The nvSRAM enables the implementation of non-volatile, faster and easily changeable Read / write memory.
nvSRAMs werden heute insbesondere als externe Datenspeicher verwendet. Grundsätzlich ist auch eine Realisierung als integrierter Speicherbereich für Daten und Programme in Prozessoren bzw. Controllern möglich.nvSRAMs are becoming special today used as external data storage. Basically, it is also a realization as an integrated memory area for data and programs in processors or controllers possible.
Während die genannten externen und/oder internen Speicher der Speicherung von Programmen und Datenbereichen dienen, werden die internen Register und Puffer hauptsächlich zur Zwischenspeicherung von Daten und Programmcode, Adreß- und I/O-Informationen sowie Zwischenresultaten von Operationen des Prozessors genutzt, die der unmittelbaren Programmabarbeitung und der Steuerung der Arbeitsweise des Prozessors und seiner Peripherie dienen.While the mentioned external and / or internal storage of storage of programs and data areas serve the internal register and buffers mainly for the temporary storage of data and program code, address and I / O information as well as intermediate results of operations of the processor, that of direct program execution and control of the How the processor and its peripherals work.
Diese internen Register und Puffer werden mit einer sehr großen Anzahl von Schreib-/Lesezyklen beansprucht. Weiterhin wird für sie eine hohe Zugriffsgeschwindigkeit gefordert, da diese einen direkten Einfluß auf die Leistungsfähigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit des Prozessors besitzt. Aus diesem Grunde werden die Register und Puffer gegenwärtig grundsätzlich als flüchtige Speicherelemente mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit, beispielsweise als aus Flip-Flops aufgebaute Einheiten, ausgeführt.These internal registers and buffers be with a very large Number of read / write cycles claimed. Furthermore, it will be a high access speed required, as this is a direct Influence on the efficiency and operating speed of the processor. For this reason the registers and buffers are currently basically volatile memory elements with high working speed, for example as from flip-flops assembled units, executed.
Nachteilig ist hierbei, daß diese internen Register und Puffer bei Spannungsunterbrechungen ihren Inhalt verlieren, so daß die betreffenden Informationen bei einem Wiederanlauf des Prozessors nicht mehr zur Verfügung stehen. Hieraus ergibt sich regelmäßig die Notwendigkeit eines Neustarts des Systems mit einer Reinitialisierung der Registerinhalte.The disadvantage here is that this internal registers and buffers in the event of voltage interruptions Lose content so the relevant information when the processor is restarted no longer available stand. This regularly results in the need for one Restart of the system with a reinitialization of the register contents.
Zur Vermeidung dieses Nachteils können zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise eine Batteriepufferung des Prozessors, vorgesehen werden. Hierbei stellt allerdings die Lebensdauer der Pufferbatterie ein Problem dar. Zur Lösung desselben werden zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise die Realisierung eines Power-Managements, erforderlich. Dabei werden verschiedene Stromsparverfahren, wie Abschaltung von Teilkomponenten oder Verringerung der Taktrate, eingesetzt. Diese Mittel erhöhen allerdings den Herstellungsaufwand von Prozessoranordnungen.To avoid this disadvantage, additional measures, such as a bat series buffering of the processor can be provided. However, the lifespan of the backup battery is a problem here. Additional measures, such as the implementation of power management, are required to solve the same. Various power saving methods, such as switching off partial components or reducing the clock rate, are used. However, these means increase the manufacturing expenditure of processor arrangements.
Prozessoranordnungen mit höherer Leistung sind außerdem durch einen höheren Stromverbrauch gekennzeichnet, so daß sich Einschränkungen in der langfristigen Anwendbarkeit einer Batteriepufferung ergeben. Hierbei werden dann weitere Maßnahmen, die einen zusätzlichen Aufwand darstellen, zur Datensicherung erforderlich.Processor arrangements are higher performance Moreover by a higher one Power consumption marked, so there are restrictions result in the long-term applicability of battery backup. This then involves further measures An additional Show effort required for data backup.
Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung eines
Datenverlustes bei einer Unterbrechung besteht gemäß der
Eine ähnliche Wirkung zeigt das bei Notebooks bekannte Suspend-To-Disk-Verfahren, durch welches sichergestellt wird, daß ein vor dem Ausschalten gesicherter Arbeitszustand, einschließlich der aktivierten Programme, wiederhergestellt werden kann.This shows a similar effect Notebooks known suspend-to-disk processes, by which it is ensured that a secured before switching off Working condition, including the activated programs, can be restored.
Nach einem Power-Up-Reset werden geeignete Startroutinen aufgerufen, die eine korrekte Weiterführung der Arbeit des Prozessors unterstützen. Die Zugriffssteuerung auf genutzte Speicherbereiche kann durch Softwareroutinen erfolgen, so daß in Bearbeitung befindliche Datensegmente oder geöffnete Files mit undefiniertem Inhalt erkannt werden.After a power-up reset suitable start routines called, the correct continuation of the Support the work of the processor. The Access control to used memory areas can be controlled by software routines take place so that in Editing data segments or open files with undefined Content to be recognized.
Eine unterbrechungsfreie Fortsetzung der Arbeit des Prozessors oder des Mikrocontrollers nach Auslagerung der internen Register- oder Pufferinhalte ist in den genannten Fällen nicht möglich, da nach Power-Up grundsätzlich eine Startroutine durchgeführt werden muß, die ein Zurückladen der bei Power-Down gesicherten Register- oder Speicherinhalte veranlaßt. Außerdem ist die Sicherung des aktuellen Arbeitsstandes bei unvorhergesehenen Spannungsunterbrechungen problematisch, da eine Abspeicherung des kompletten Datensatzes einschließlich der temporären Register, Adreß- und Datenpuffer sowie anderer Zustandsvariablen des Prozessors nur bedingt gewährleistet werden kann. Dies trifft insbesondere bei dem Suspend-To-Disk-Verfahren zu.An uninterrupted sequel the work of the processor or the microcontroller after outsourcing the internal register or buffer contents is not in the mentioned cases possible, basically after power-up carried out a start routine must become, which is a reload the register or memory contents saved during power-down. Besides, is securing the current work status in the event of unforeseen Voltage interruptions are problematic because the complete data set including the temporary register, address and data buffers as well as other state variables of the processor only guaranteed to a limited extent can be. This applies in particular to the suspend-to-disk process.
Es ist damit Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Logikschaltung anzugeben, die unter Beibehaltung eines schnellen Zugriffs auf speichernde Elemente nach einem Spannungsausfall einen Wiederanlauf in dem Zustande, der vor dem Spannungsausfall gegeben war, ermöglicht.It is therefore an object of the invention to specify an integrated logic circuit while maintaining quick access to storage elements after a power failure a restart in the state before the power failure was given.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei integrierten Logikschaltungen aus einer Prozessor- oder Controlleranordnung mit internen Prozessoreinheiten dadurch gelöst, daß zumindest das interne Register als nichtflüchtiges Register derart ausgebildet ist, daß dieses aus einem statischen Speicherelement besteht, dem ein nichtflüchtiges Shadow-Speicherelement direkt zugeordnet ist und daß eine Spannungsüberwachungsschaltung mit einem bei Unterschreiten einer Sollspannung signalauslösenden Steuerausgang vorgesehen ist, der – die nichtflüchtige Speicherübernahme steuernd – mit den Register- und Pufferelementen verbunden ist.The object of the invention is integrated logic circuits from a processor or controller arrangement solved with internal processor units in that at least the internal register as nonvolatile Register is designed such that it consists of a static Storage element consists of a non-volatile shadow storage element is directly assigned and that a Voltage monitoring circuit with a control output that triggers a signal when the voltage falls below a target voltage is provided, the - the nonvolatile Memory acquisition controlling - with the register and buffer elements is connected.
Durch die erfindungsgemäße Anwendung einer Shadow-Anordnung für interne Register und Puffer von Prozessoren werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden, da unter Beibehaltung einer schnellen Arbeitsweise des Prozessors nach einem Spannungsausfall ein Wiederanlauf des Prozessors in dem Zustande, der vor dem Spannungsausfall gegeben war, ermöglicht wird.Through the application according to the invention a shadow arrangement for internal registers and buffers from processors become the disadvantages of the state of the art, since maintaining the processor's fast operation after a power failure a restart of the processor in the Condition that existed before the power failure is enabled.
Zweckmäßig ist es, daß innere Pufferbereich ebenfalls als nichtflüchtige Pufferbereiche mit der Gestaltung des nichtflüchtigen Registers ausgeführt sind, so daß eine weitgehende Unterbrechbarkeit auch innerhalb von Befehlszyklen erreicht werden kann.It is expedient that inner Buffer area also designed as non-volatile buffer areas of the non-volatile Register are executed, so that one Extensive interruptibility also achieved within instruction cycles can be.
Mit den beschriebenen Registern und Puffern können Prozessoren realisiert werden, deren interne Dateninhalte bei Spannungsausfall erhalten bleiben, so daß der Prozessor bei Wiederanlauf seine Arbeit praktisch unterbrechungsfrei fortsetzen kann.With the described registers and Can buffer Processors are implemented, their internal data content in the event of a power failure remain so that the Processor practically uninterrupted when restarted can continue.
Es kann zweckmäßig sein, daß der Steuerausgang zum zusätzlichen externen Anschluß ausgebildet ist.It may be appropriate for the control output for additional external connection trained is.
Zur Anpassung der Arbeitsgeschwindigkeiten zueinander ist es zweckmäßig, daß die Zugriffszeit der nichtflüchtigen Register und Puffer zumindest in der Größenordnung gleich der Zugriffszeit der Prozessoreinheiten ist.To adjust the working speeds to each other it is useful that the access time the non-volatile Registers and buffers at least in the order of magnitude equal to the access time of the processor units.
Eine besonders günstige Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß auch die internen und/oder externen Programm- und Datenspeicher als nichtflüchtige Speicher realisiert werden, so daß eine durchgängige Systemgestaltung hinsichtlich der non-volatile Arbeitsweise des Prozessors gegeben ist. Somit kann das gesamte Prozessorsystem vor Datenverlust gesichert werden und praktisch ein Start-/Stop-Betrieb bei Spannungsunterbrechungen durchgeführt werden.This is a particularly favorable embodiment characterized that too the internal and / or external program and data memories as non-volatile memories be realized so that a consistent System design with regard to the non-volatile mode of operation of the processor given is. This can protect the entire processor system from data loss be secured and practically a start / stop operation can be carried out in the event of voltage interruptions.
Schließlich ist es zweckmäßig, daß eine die STORE- und RECALL-Funktionen in dem Register, in dem internen und gegebenenfalls in externen Speichern synchronisierende Steuerleitung vorgesehen ist.Finally, it is advisable that a STORE and RECALL functions in the register, in the internal and possibly in external Store synchronizing control line is provided.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß nichtflüchtige Register Speicher- und/oder Pufferelemente zumindest teilweise als Ferro-RAMs oder magnetoresistive RAMs ausgebildet sind.Another advantageous embodiment of the invention is that non-volatile registers memory and / or buffer elements at least partially as ferro-RAMs or magnetoresistive RAMs are trained.
Die erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird bei integrierten Logikschaltungen, die eine sequentielle Arbeitsweise aufweisen und die zumindest teilweise aus Flip-Flops bestehen, auch dadurch gelöst, daß zumindest ein Flip-Flop nichtflüchtig ausgebildet ist.The task according to the invention is at integrated logic circuits that operate sequentially have and which at least partially consist of flip-flops, too solved by that at least a non-volatile flip-flop is trained.
Die sequentielle Arbeitsweise ist beispielsweise für Steuerschaltungen, Register und Zähler typisch. Mit der Ausstattung durch nichtflüchtige Flip-Flops besteht die Möglichkeit, Zustandsinformationen beispielsweise auch bei Spannungsunterbrechungen zu speichern.The sequential way of working is for example for Control circuits, registers and counters typical. With the equipment through non-volatile flip-flops it is possible, Status information, for example, even in the event of voltage interruptions save.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention is based on the following of an embodiment are explained in more detail. In the associated Shows drawings
Wie in
Über
einen externen Systembus
Die Versorgungsspannung des Systems
wird ständig
durch eine Spannungsüberwachungsschaltung
Weiterhin ist eine Systemuhr
Nach einem Power-Up wird zunächst der EEPROM-Inhalt
der Shadow-Anordnung des Registers
Zum nächstmöglichen Zeitpunkt kann die
Interruptroutine gestartet werden. In Abhängigkeit davon, ob Zeitbedingungen
bei Spannungsunterbrechungen zu berücksichtigen sind (z.B. beim
Einsatz in der Prozeßsteuerung),
erfolgt eine Auswertung der Differenz zwischen gesicherter Systemzeit,
die in einer Speicherzelle
In
In
Ein mögliches Anwendungsgebiet derartiger Prozessoren
Ein weiteres Anwendungsgebiet der
genannten Prozessoren
Mit der Nutzung nichtflüchtiger
Speicherelemente als Register
- 11
- Prozessorprocessor
- 22
- internes Registerinternal register
- 33
- Pufferbuffer
- 44
- Arithmetik-Logik-EinheitArithmetic logic unit
- 4a4a
- Prozessorkomponenteprocessor component
- 55
- interner Systembusinternal system
- 66
- interner Speicherinternal Storage
- 77
- externer Systembusexternal system
- 88th
- externer Datenspeicherexternal data storage
- 99
- externer Programmspeicherexternal program memory
- 1010
- interne Steuerleitunginternal control line
- 1111
- SpannungsüberwachungsschaltungVoltage monitoring circuit
- 1212
- externe Steuerleitungexternal control line
- 1313
- Kondensatorcapacitor
- 1414
- VCAP-PinV CAP pin
- 1515
- Systemuhrsystem clock
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 1717
- Speicherzellememory cell
- 1818
- Speicherzellememory cell
Claims (8)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1998118853 DE19818853B4 (en) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | Integrated logic circuitry |
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DE1998118853 DE19818853B4 (en) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | Integrated logic circuitry |
Publications (2)
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DE19818853A1 DE19818853A1 (en) | 1999-11-04 |
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Family
ID=7865978
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Families Citing this family (1)
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