JP2005235199A - Cpuとfifoとの間のバーストモードデータ転送のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】CPUとFIFOとの間のバーストモードデータ転送のための方法及び装置
【解決手段】CPUとFIFOとの間のバーストモードデータ転送のための方法及び装置。CPUは複数のメモリアドレスを定義するバーストモードメモリアクセスを実行する。複数のメモリアドレスは、複数のメモリアドレスの各々について同一の出力を生成するように復号化される。出力を用いて、複数の各メモリアドレスごとに、FIFOを繰り返しアクセスする。
【選択図】 図7B
【解決手段】CPUとFIFOとの間のバーストモードデータ転送のための方法及び装置。CPUは複数のメモリアドレスを定義するバーストモードメモリアクセスを実行する。複数のメモリアドレスは、複数のメモリアドレスの各々について同一の出力を生成するように復号化される。出力を用いて、複数の各メモリアドレスごとに、FIFOを繰り返しアクセスする。
【選択図】 図7B
Description
本発明は、CPUとFIFO(先入れ先出し)メモリとの間のバーストモードデータ転送のための方法及び装置に関する。
FIFOメモリは、データの転送を容易にするために、CPUと周辺装置間とのバッファとして使用されることが多い。例えば、携帯電話にはFIFOを介して周辺装置のカメラとインタフェースをとるようになっているCPUが含まれている。別の例は、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)におけるFIFOメモリの使用である。UARTは、シリアル通信に対応できるようになっている周辺装置とCPUに接続されたパラレルバスとの間でインタフェースをとる。FIFOメモリは普通、単一メモリアドレスによってのみアクセス可能である。
CPUには一般に、対応するメモリ空間とメモリ空間との間でデータを転送するための「バースト」モード命令が備わっている。例えば、商品名"ARM"で知られているプロセッサは、一つの連続したメモリ空間からもう一つのメモリ空間にデータブロックを効率よく転送する「リード・マルチプル」命令及び「ライト・マルチプル」命令に対応できるようになっている。具体的には、ARMプロセッサの「リード・マルチプル」命令は、連続したメモリ空間から32バイトのデータの読み出し、その32バイトデータを単一フェッチ命令で内部レジスタに格納することができる。同様に、「ライト・マルチプル」命令は、単一フェッチ命令で、32バイトのデータを内部レジスタから連続したメモリ空間に書き込むことができる。そうしたバーストモード機能がなければ、このプロセッサは命令フェッチごとに4バイトしか読み書きできず、アドレスレジスタのコンテンツを毎回インクリメントしなければならない。その上、リード・マルチプル命令またはライト・マルチプル命令をソフトウェアでインプリメントするにはループの実行が欠かせないので、さらに処理オーバーヘッドが増える。
バーストモード命令「リード・マルチプル」及び「ライト・マルチプル」は、従って、普通は必要になる多数のクロックサイクルを節約することによって、CPUがはるかに効率よく機能できるようにする。しかしながら、バーストモード命令は、対話の対象となるシーケンシャルアドレスで識別される連続したメモリブロックを必要とするので、単一アドレスで識別されるFIFOではうまくいかない。ついては、CPUとFIFOとの間のバーストモードデータ転送のための方法及び装置が求められている。
CPUとFIFOと間のバーストモードデータ転送のための好適な方法及び装置を提供する。CPUは、複数のメモリアドレスを定義するバーストモードメモリアクセス命令を実行する。複数のメモリアドレスは、複数のメモリアドレスの各々について同一の出力を生成するように復号化される。FIFOは、複数の各メモリアドレスごとに、出力を使って繰り返しアクセスされる。複数のアドレスはバスに順次乗せられる一方、復号化のためにバスから順次受け取られるのが好ましい。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に、模式的コンピュータシステム10を示す。コンピュータシステム10は、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、ページャ、パーソナルコンピュータ、又はその他の同じようなシステムで構わない。システム10にはCPU12及びメモリ14が含まれている。CPU12はバス16でメモリ14とインタフェースをとり、他のコンピュータ、デバイス、周辺装置はバスに接続されていて構わない。特に、周辺装置18は、少なくとも1つのFIFOメモリを含んでいる回路20を介してバスに接続されている。バス16は、制御バス30及びアドレス/データバス32(図2に表示)からなる。
より具体的に言えば、本発明の模式的文脈として、回路20は、例えば、リードFIFORX(22)及びライトFIFOTX(24)といった2つのFIFOを含んだUARTでいい。しかしながら、単一FIFOを読み書き両方に使用しても構わないことを理解するだろう。2つのFIFOがあるから、回路20は、例えば、FIFORX(22)を制御するための読み取り制御回路26及びFIFOTX(24)を制御するための書き込み制御回路28といったように、各FIFOを制御する別々の制御回路を有しているのが好ましい。しかしながら、両方の機能を組み入れた単一制御回路を使用することもできることを理解するだろう。
読み取り制御回路の出力はREAD信号42で、READ信号42はアクティブのときFIFORX(22)に4バイトをバス16に対して出力させる。同様に、書き込み制御回路28はWRITE信号43をFIFOTX(24)に出力してFIFOTXにバス16から4バイトをサンプリングさせるようにする。
図2に、図1のUARTを部分的に示すブロック図である。メモリ転送を実行するために、CPU12は概してバス16でアドレス信号及び制御信号を発する。具体的には、制御信号は制御バス30で運ばれるが、アドレス及びデータはアドレス/データバス32で運ばれる。この例における制御信号は、アドレスイネーブル30a、リードイネーブル30b、及びライトイネーブル30cからなる。CPUは、メモリ14とFIFO22及び24との間、CPUの中の内部メモリレジスタとFIFOとの間、もしくはFIFOとバスに接続された任意の他のデバイス又はメモリとの間のメモリ転送を指図することができる。
図3において、模式的タイミング図はCPU12が実行する典型的なREAD命令のアドレスサイクル34及びデータサイクル#1(36)を部分的に示している。(ADDRESS ENABLE #(30a)信号及びREAD ENABLE #(30b)信号はアクティブ・ローである。)READ命令は単一メモリアドレス"SA"を定義する。最初、READ Enable #はハイで、CPUはメモリアドレス"SA"をアドレス/データバス32に乗せる。続いて、ADDRESS ENABLE#信号がローからハイに遷移し、それによりメモリアドレス"SA"が読み取り制御回路26の中にラッチされる。これでアドレスサイクル34が完了する。
メモリアドレス"SA"は読み取り制御回路26によって復号化され、FIFORX(22)のための読み取りアドレスレジスタ(未表示)のアドレスとマッチしていれば、読み取り制御回路26はFIFORX22に格納していたデータ"RD"をバス32に乗せさせるようにする。データサイクル36中、ADDRESS ENABLE #はハイで、READ ENABLE #がローからハイに遷移すると、CPUがバス32からデータ"RD"をサンプリングする。
WRITE命令の場合は、FIFOTX(24)の書き込みアドレスレジスタ(未表示)を用いて、同じ操作原理を逆に適用する。
よく知られているようにソフトウェアループを採用することによってCPUのREAD及びWRITE命令を用いて擬似「バーストモード」を発生させることができる。しかしながら、CPU12はハードウェアのバーストメモリアクセス命令もサポートしている。本書で説明しているシステムは、例えば、ARM7TDMIなど、ARMプロセッサ用の命令を有していると仮定しているが、同じような機能を有する任意の他のプロセッサを使用しても構わないことを理解するだろう。模式的ARM7TDMI CPUは、32バイトのデータを連続した指定メモリロケーションからバーストで読み出して内部レジスタに格納する「リード・マルチプル」命令を出すと共に、対応した32バイトのデータをバーストでCPUの内部レジスタから指定された連続メモリロケーションに書き込む「ライト・マルチプル」命令を出す。バーストモード命令はCPUの内部にあるレジスタを採用するのが好ましいが、しかるべき時間枠内にCPUがアクセスできるならば、本発明の原理から逸脱することなく、CPUの外にあるレジスタを採用しても構わない。
CPUからメモリへのバーストモード転送においては、最低限の処理オーバーヘッドで、複数のメモリロケーションをそれぞれアクセスできるように或る範囲の複数のアドレスを提供するために、メモリアドレスをハードウェアでインクリメントする。ARMプロセッサの場合と同様に、バーストモード命令は、普通は1のステップで単調にメモリアドレスをインクリメントし、このメモリアドレスのインクリメントはメモリ空間のブロックを画定する連続したメモリローケーションに対応するが、これは不可欠なことではない。これらの命令を用いると、図3に表示したバスのタイミングは同じに見えるけれども、CPU12はもっと効率よく動作する。しかしながら、先に述べたように、FIFOが単一アドレスで識別されるので、バーストモード命令はFIFOのアドレス指定には使用できない。
本発明によれば、CPUはバーストモードでリードFIFORX(22)及びライトFIFOTX(124)をアクセスし、これにおいては所定の複数アドレスの集合を用いてFIFOを繰り返しアクセスする。図4に示すのは、図1の回路20に対応する回路41である。回路41は、FIFORX(22)を制御するための本発明の読み取り制御回路46と、FIFOTX(24)を制御するための本発明の書き込み制御回路48を含んでいる。図2に図1の回路20を部分的に表示したと同様に、図5に図4の回路41を部分的に示した。
図5に、入力として上述の図3に示した信号が供給されるとして読み取り制御回路46を表示している。読み取り制御回路46の出力はREAD信号42であり、READ信号42はアクティブならばFIFORX(22)に4バイトをバス16に対して出力させる。同様に、書き込み制御回路48(図4に表示、図5では省略)には、WRITE信号43を受け取った結果、FIFOTX(24)に4バイトをバス16からサンプリングさせるための同一の信号が供給される。
図6に、図5の読み取り制御回路46をより詳細に示している。回路46は、制御バス30から制御信号を受け取ると、アドレス/データバス32から受け取ったアドレスビットをラッチする。アドレス又はデータの各ビットはDフリップフロップ(D1...DN)をトリッガするそれぞれの立ち上がりエッジでラッチされ、フリップフロップの出力はデコーダ44で復号化される。デコーダ44はアドレスが所定のアドレス範囲内にあるといつでもREAD信号42をアサートする。デコーダ44を組合せ論理でインプリメントして構わない。READデコーダは、アドレスが下位アドレスと上位アドレスとの間で増分変化するとREAD信号をアサートする一方、アドレスが他の値を有しているとREAD信号をデアサートするようになっているのが好ましい。書き込み制御回路48についても同じインプリメンテーションを用いることができる。その場合、デコーダはWRITE信号をアサートして、先に示したように、FIFOTX(24)に書き込まれるようにする。
発明はCPUオーバーヘッドの著しい節約を可能にする。図7Aに示すのは、メモリからFIFOに32バイトを転送するための従来方法のタイミング図である。模式的ARM CPUは一度に4バイトのデータを読み書きすることができる。図を簡単にするために、命令フェッチ、メモリ読み出し、及びFIFO書き込みは全て1クロックサイクルしか要らないと仮定している。
セットアップのステップ39において、第1ソースアドレス及びFIFO宛先アドレスを確立するのに先ず4クロックサイクルが必要である。それから、次の動作の結果、すなわち、(1)「リード・メモリ」命令をフェッチ(クロックサイクルC1)、(2)メモリから4バイト読み出す(クロックサイクルC2)、(3)「ライトFIFO」命令をフェッチ(クロックサイクルC3)、(4)FIFOに4バイト書き込む(クロックサイクルC4)、(5)「インクリメント・ソースアドレス」命令をフェッチ(クロックサイクルC5)、(6)ソースアドレスをインクリメントする(クロックサイクルC6)、(7)「チェック・アドレス」命令をフェッチ(クロックサイクルC7)、及び(8)アドレスをチェックして32バイトが転送されたかどうか判定する(クロックサイクルC8)といった動作の結果、4バイトデータの連続ブロックを転送するのに8クロックサイクルが必要である。したがって、32バイトを転送するには、4+(N×8)=68クロックサイクルが必要である(ここで、N=32÷4=8)。
32バイトを転送するために従来方法で必要な68クロックサイクルは、図7Bに示すようにわずか22クロックサイクルに減る。前と同じようにソース及び宛先アドレスを確立するために最初に4クロックサイクルは必要である(ステップ39)。しかしながら、メモリから32バイト読み出すには、8ブロック(CM2-9)を読み出すための8リードサイクルが後に続く命令"Read Multiple"(CM1)のための一回の命令フェッチと、8ブロック(CM11-18)を書き込むための8ライトサイクルが後に続く命令"Write Multiple"(CM10)のための一回の命令フェッチとだけしか要らない。各ブロックは4バイトのデータを有する。したがって、CPU時間が2/3(三分の二)以上減る。容易に分かるように、FIFOから32バイトのデータを転送する場合にも同じような結果を得る。
上述の機能性をいろいろな異なる手段によってハードウェアで実現できることを当業者ならばすぐに理解するだろう。さらに、本発明の方法及び装置はハードウェアまたはソフトウェアで、もしくはその両方で実現することができるし、発明の一つ以上の方法を実行するために機械が実行可能な一つ以上の命令プログラムを実装した機械可読媒体を提供してもいい。さらに、FIFOとRAMとの間の効率のよい転送のための方法及び装置を具体的に表示すると共に好適な例として説明してきたが、こうしたすでに述べた構成及び方法のほかに、発明の原理から逸脱することなく、他の構成及び方法を活用できることを認識するべきである。
本明細書で使用した用語や表現は説明のためであって限定のためではない。また、そうした用語や表現の使用によって、表示及び説明した構成と同等のものを又はその一部を除外するつもりはない。発明の範囲は以下の請求項によってのみ定義及び限定されるものと考える。
10・・・コンピュータシステム
12・・・CPU
14・・・メモリ
16・・・バス
18・・・周辺装置
20・・・回路
30・・・制御バス
32・・・アドレス/データバス
22・・・リードFIFORX
24・・・ライトFIFOTX
26・・・読み取り制御回路
28・・・書き込み制御回路
42・・・READ信号
43・・・WRITE信号
30a・・・アドレスイネーブル
30b・・・リードイネーブル
30c・・・ライトイネーブル
34・・・アドレスサイクル
36・・・データサイクル#1
46・・・読み取り制御回路
44・・・デコーダ
48・・・書き込み制御回路
12・・・CPU
14・・・メモリ
16・・・バス
18・・・周辺装置
20・・・回路
30・・・制御バス
32・・・アドレス/データバス
22・・・リードFIFORX
24・・・ライトFIFOTX
26・・・読み取り制御回路
28・・・書き込み制御回路
42・・・READ信号
43・・・WRITE信号
30a・・・アドレスイネーブル
30b・・・リードイネーブル
30c・・・ライトイネーブル
34・・・アドレスサイクル
36・・・データサイクル#1
46・・・読み取り制御回路
44・・・デコーダ
48・・・書き込み制御回路
Claims (16)
- CPUとFIFOとの間のバーストモードデータ転送のための方法であって、CPUは複数のメモリアドレスを定義するバーストモードメモリアクセス命令を実行するようになっており、
複数のメモリアドレス各々について同一の出力を生成するように複数のメモリアドレスを復号化するステップと、
前記出力を用いて、複数の各アドレスごとに、FIFOを繰り返しアクセスするステップと、
を有する方法。 - 複数のメモリアドレスを順次バスに乗せ、前記復号化のステップのためにバスから複数のメモリアドレスを順次読み出すステップをさらに有する、請求項1に記載の方法。
- 前記アクセスのステップはリードアクセスである、請求項1に記載の方法。
- 前記アクセスのステップはライトアクセスである、請求項1に記載の方法。
- CPUによるバーストモードデータ転送のための装置であって、CPUは複数のメモリアドレスを定義するバーストモードメモリアクセス命令を実行するようになっており、
FIFOと、
デコーダとを有し、当該デコーダは複数のメモリアドレスを受け取り、当該複数のメモリアドレスの各々について同一の出力を生成するように複数のメモリアドレスを復号化し、前記FIFOをアクセスするために当該出力を前記FIFOに供給するようになっている、装置。 - CPU及び前記デコーダはバスに接続され、前記デコーダはバスから複数のメモリアドレスを順次受け取るようになっている、請求項5に記載の装置。
- 前記デコーダの前記出力は前記FIFOをリードアクセスするためである、請求項5に記載の装置。
- 前記デコーダの前記出力は前記FIFOをライトアクセスするためである、請求項5に記載の装置。
- CPUとFIFOとの間のバーストモードデータ転送のための方法を実行するために機械が実行可能な命令プログラムを実装した機械可読媒体であって、CPUは複数のメモリアドレスを定義するバーストモードアクセス命令を実行するようになっており、この方法は、
複数のメモリアドレスの各々について同一の出力を生成するように複数のメモリアドレスを復号化するステップと、
前記出力を用いて、複数の各アドレスごとに、FIFOを繰り返しアクセスするステップとを有する、機械可読媒体。 - 方法は、複数のメモリアドレスを順次バスに乗せ、前記復号化のステップのためにバスから複数のメモリアドレスを順次読み出すステップをさらに有する、請求項9に記載の機械可読媒体。
- 方法はさらにFIFOをリードアクセスするステップをさらに有する、請求項9に記載の機械可読媒体。
- 方法はさらにFIFOをライトアクセスするステップをさらに有する、請求項9に記載の機械可読媒体。
- バーストモードデータ転送のためのシステムであって、
複数のメモリアドレスを定義するバーストモードメモリアクセス命令を実行するようになっているCPUと、
FIFOと、
デコーダとを備え、当該デコーダは複数のメモリアドレスを受け取り、前記複数のメモリアドレスの各々について同一の出力を生成するように複数のメモリアドレスを復号化し、前記FIFOをアクセスするために当該出力を前記FIFOに供給するようになっている、システム。 - さらにバスを備え、前記CPU及び前記デコーダは当該バスに接続され、前記デコーダは複数のメモリアドレスを前記バスから順次受け取るようになっている、請求項13に記載のシステム。
- 前記デコーダの前記出力は前記FIFOをリードアクセスするためである、請求項13に記載のシステム。
- 前記デコーダの前記出力は前記FIFOをライトアクセスするためである、請求項13に記載のシステム。
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- 2005-02-09 JP JP2005032763A patent/JP2005235199A/ja not_active Withdrawn
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A761 | Written withdrawal of application |
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