JP2005346715A - マルチポートランダムアクセスメモリ - Google Patents

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Abstract

【課題】 メモリアクセス待ち時間の少ない高性能のメモリシステムが要求される。
【解決手段】 メモリシステムが提供される。このメモリシステムは、複数のメモリバンク(11〜14、41〜44)と、複数のバス(35〜37、65〜67)と、選択機構(105、46、47、205、15、16)とを備える。この選択機構は、複数のメモリバンク(11〜14、41〜44)内のすべてのメモリバンク(11〜14、41〜44)と、複数のバス(35〜37、65〜67)内のすべてのバス(35〜37、65〜67)とに接続され、複数のメモリバンク(11〜14、41〜44)から何れかのメモリバンク(11〜14、41〜44)を選択して、複数のバス(35〜37、65〜67)からの何れかのバス(35〜37、65〜67)に接続することが可能である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、マルチポートランダムアクセスメモリに関する。
従来のダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)回路では、メモリは、DRAMバンク内に配分される。たとえばアプリケーションに固有の集積回路(ASIC)内にあり、DRAMメモリにアクセスする回路ブロックは、一般に、DRAM回路の外部にあるDRAM制御装置を使用する。回路ブロックは、たとえば、中央処理ユニット(CPU)、入出力(I/O)バスインターフェース、プリンタ制御装置インターフェース、圧縮器、乗算器、および/またはダイレクトメモリアクセス(DMA)を使用するその他のデバイスを備えることができる。回路ブロックは、中央バスを介してDRAM制御装置と通信する。
DRAM制御装置は、1個のランダムアクセスメモリ(RAM)インターフェースを介して、DRAM回路のDRAMバンクの1個にアクセスすることができる。DRAM回路内では、DRAMバンクは、同時に1個のDRAMバンクのみにアクセスできるように配列される。
こうした従来のシステムに生じる可能性がある欠点は、いくつかある。たとえば、DRAM回路に対するすべてのアクセスは、中央バスを利用する。中央バスに接続された回路ブロックは、バスを共用する。中央バスにより、ピアツーピアデータトラフィックが回路ブロック間を流れることが可能になる場合、帯域幅はさらに制限され、DRAM回路に関連するデータ転送の待ち時間が増加する可能性がある。1個のデータポートを使用してDRAM回路にアクセスする場合、性能はさらに制限される可能性がある。
本発明の実施態様により、メモリシステムを提示する。メモリシステムは、複数のメモリバンク、複数のバスおよび選択機構を備える。選択機構は、複数のメモリバンク内にあるすべてのメモリバンク、および複数のバス内にあるすべてのバスに接続される。選択機構は、複数のメモリバンクの何れかのメモリバンクを選択して、複数のバスの中から何れかのバスに接続することができる。
図1は、マルチポートマルチバスメモリシステムの単純化されたブロック図である。RAMアレイ40は、RAMバンク41、RAMバンク42、RAMバンク43およびRAMバンク44を備える。たとえば、RAMバンク41、RAMバンク42、RAMバンク43およびRAM44はすべて、DRAMメモリを使用してインプリメントされる。別法によると、スタティックRAM(SRAM)または強誘電性ランダムアクセスメモリ(FERAM)などのその他のタイプのRAMを使用すると、RAMバンク41、RAMバンク42、RAMバンク43およびRAM44をインプリメントすることができる。メモリコントローラ101は、RAMバンク41に対するメモリアクセスを制御する。メモリコントローラ102は、RAMバンク42に対するメモリアクセスを制御する。メモリコントローラ103は、RAMバンク43に対するメモリアクセスを制御する。メモリコントローラ104は、RAMバンク44に対するメモリアクセスを制御する。
回路50は、RAMアレイ40内に記憶されたデータにアクセスする。回路50は、たとえば、アプリケーションに固有の集積回路(ASIC)である。回路50は、バス65、バス66、バス67を備える。アービター(arbiter)(ARB)87は、バス65上のデータトランザクションを裁定する。アービター(ARB)88は、バス66上のデータトランザクションを裁定する。アービター(ARB)89は、バス67上のデータトランザクションを裁定する。種々のDMAデバイスは、バス65、66および67に接続される。バス65に接続されるDMAデバイスは、DMAデバイス51、DMAデバイス52、DMAデバイス53およびDMAデバイス54により表される。バス66に接続されるDMAデバイスは、DMAデバイス55、DMAデバイス56、DMAデバイス57およびDMAデバイス58により表される。バス67に接続されるDMAデバイスは、DMAデバイス59、DMAデバイス60、DMAデバイス61およびDMAデバイス62により表される。
DMAデバイス51〜62は各々、たとえば、スキャナDMA、走査補償器DMA、ビデオDMA、色空間変換器DMA、圧縮器DMA、シャーペン(sharpen)DMA、スケーラ(scaler)DMA、乗算器DMA、汎用シリアルバス(USB)DMA、イーサネット(登録商標)DMA、1284DMA、メディアカードDMA、またはDMAデータトランザクションを実行する別のデバイスで良い。
マルチプレクサブロック45およびマルチプレクサブロック46は、RAMアレイ40のRAMバンクに対するアクセスを提供するために使用する。DMAデバイスは、それぞれの目標アドレスをそれぞれの代表的なバスアービターに対して、バスリクエストの一部として提示する。個々のバスアービターは、RAMバンクがアドレス指定されているかどうかを復号して、選択されたバンクを復号し、リクエストをRAMアービター105に渡す。RAMアービター105は、所望のRAMバンクが使用可能になると許可を発行し、マルチプレクサブロック46を設定し、アクセスがデータを読み取るためである場合、マルチプレクサ45も設定され、要求するDMAデバイスに対するアクセスを提供する。
DMAデバイスが、別のDMAデバイス(ピアツーピア)と通信する必要がある場合、これらの2個のDMAデバイスは同じバスに接続され、RAMアービター105は不要である。別個のバスは、ピアツーピア転送が進行することを可能にし、他のバス上に位置するDMAデバイスについて、RAMアレイ40に対するアクセスが遮断されることはない。このプロセスは、各々のバスが独自のアービターを有するため、単純化される。
回路50は、中央処理ユニット(CPU)69も備える。CPUアービターおよびブリッジ68は、CPU69に対するアクセスを裁定するために使用される。CPUアービターおよびブリッジ68は、バス65〜67のすべて、およびRAMバンク41〜44のすべてにアクセスすることができる。CPUアービターおよびブリッジ68は、このため、バス65〜67の各々に至るバスリクエストを有する。CPUアービターおよびブリッジ68は、マルチプレクサ45および46に至る専用ポートも有する。CPUアービターおよびブリッジ68は、RAMバンク41〜44にアクセスする場合、バスアービター87〜89と同じリクエストプロトコルに従う。
マルチポート、マルチバスメモリシステムは、多量の同時アクセスを可能にする。たとえば、バス65上のDMAデバイス52はRAMバンク44にアクセスすることが可能であり、バス66上のDMAデバイス58はRAMバンク42にアクセスし、バス67上のDMAデバイス59はRAMバンク41にアクセスし、CPU69は、RAMバンク43にアクセスする。これは、著しい量の並列アクセスに対するポテンシャルを表す。こうした並列RAMアクセスは、システムメモリの帯域幅を増加させ、メモリアクセス待ち時間を比較的少なくする。
裁定は、主要DMAデバイスが、DMAデバイスが使用しているバスおよびRAMバンクを独占するのを防止する。しかし、主要DMAが使用するRAMバンクに対する有効帯域幅は、ほぼ飽和される。これは、RAMバンク41〜44全体のRAMアレイ40のアドレス空間を交互配置することにより克服することができる。アドレス空間は、RAMアレイ40の自然な行サイズ(ページ)境界上で分割される。こうして、RAMアレイ40の線形アドレス空間を通って移動する場合、余分なプレチャージサイクルは不要になる。線形アドレス空間は、RAMバンク41の第1行で開始し、第2行は、RAMバンク42の第1行として考えられ、以下同様である。こうして、主要DMAの帯域幅消費は、4個のRAMバンクすべての全体に拡散し、マルチポート、マルチバスメモリシステム上への侵入は比較的少なくなる。
バス65とRAMアービター105との間の接続111は、たとえば、RAMアービター105に対するRAMバンクリクエスト入力信号、RAMアービター105に対するRAMバンク番号入力信号、およびRAMアービター105からのRAMバンク許可信号を含む。バス66とRAMアービター105との間の接続112は、たとえば、RAMアービター105に対するRAMバンクリクエスト入力、RAMアービター105に対するRAMバンク番号入力信号、RAMアービター105からのRAMバンク許可信号を含む。バス67とRAMアービター105との間の接続113は、たとえば、RAMアービター105に対するRAMバンクリクエスト入力信号、RAMアービター105に対するRAMバンク番号入力信号、およびRAMアービター105からのRAMバンク許可信号を含む。CPUアービターおよびブリッジ68とRAMアービター105との間の接続119は、たとえば、RAMアービター105に対するRAMバンクリクエスト入力、RAMアービター105に対するRAMバンク番号入力信号、RAMアービター105からのRAMバンク許可信号を含む。
DMAデバイス51〜62の各々とその個々のバス65〜67との間の接続は、制御信号およびデータ信号を含む。制御信号は、一般に、バスリクエスト信号、およびDMAからの目標アドレス、並びにDMAに対する許可信号を含む。各々のバス内のバスアービターは、制御信号を処理する。
バス65とCPUアービターおよびブリッジ68との間の接続114は、バスアービトレータ(bus arbitrator)87により処理される制御信号を含み、データ信号を含む。制御信号は、一般に、CPUアービターおよびブリッジ68からのバスリクエスト信号、並びにバスアービトレータ87からの許可信号を含む。バス66とCPUアービターおよびブリッジ68との間の接続115は、バスアービトレータ88により処理される制御信号を含み、データ信号を含む。制御信号は、CPUアービターおよびブリッジ68からのバスリクエスト信号、並びにバスアービトレータ88からの許可信号を含む。バス67とCPUアービターおよびブリッジ68との間の接続116は、バスアービトレータ89により処理される制御信号を含み、データ信号を含む。制御信号は、一般に、CPUアービターおよびブリッジ68からのバスリクエスト信号、並びにバスアービトレータ87からの許可信号を含む。
RAMアービター105は、選択ライン117を使用してマルチプレクサブロック45を制御する。RAMアービター105は、選択ライン118を使用してマルチプレクサブロック46を制御する。
バス65からマルチプレクサブロック46までの接続71は、選択したRAMバンクに対するデータおよび制御信号を表す。バス66からマルチプレクサブロック46までの接続72は、選択したRAMバンクに対するデータおよび制御信号を表す。バス67からマルチプレクサブロック46までの接続73は、選択したRAMバンクに対するデータおよび制御信号を表す。CPUアービターおよびブリッジ68からマルチプレクサブロック46までの接続74は、選択したRAMバンクに対するデータおよび制御信号を表す。
マルチプレクサブロック46からRAMバンク41までの接続75は、RAMバンク41に転送されるデータを表し、メモリコントローラ101に対するアドレスおよび制御信号を表す。マルチプレクサブロック46からRAMバンク42までの接続76は、RAMバンク42に転送されるデータを表し、メモリコントローラ102に対するアドレスおよび制御信号を表す。マルチプレクサブロック46からRAMバンク43までの接続77は、RAMバンク43に転送されるデータを表し、メモリコントローラ103に対するアドレスおよび制御信号を表す。マルチプレクサブロック46からRAMバンク44までの接続78は、RAMバンク44に転送されるデータを表し、メモリコントローラ104に対するアドレスおよび制御信号を表す。
RAMバンク41からマルチプレクサブロック45までの接続83は、RAMバンク41から転送されるデータを表す。RAMバンク42からマルチプレクサブロック45までの接続84は、RAMバンク42から転送されるデータを表す。RAMバンク43からマルチプレクサブロック45までの接続85は、RAMバンク43から転送されるデータを表す。RAMバンク44からマルチプレクサブロック45までの接続86は、RAMバンク44から転送されるデータを表す。
マルチプレクサブロック45からバス65までの接続79は、マルチプレクサブロック45からバス65に転送されるデータを表す。マルチプレクサブロック45からバス66までの接続80は、マルチプレクサブロック45からバス66に転送されるデータを表す。マルチプレクサブロック45からバス67までの接続81は、マルチプレクサブロック45からバス67に転送されるデータを表す。マルチプレクサブロック45からCPUアービターおよびブリッジ68までの接続82は、マルチプレクサブロック45からCPUアービターおよびブリッジ68に転送されるデータを表す。
図2は、マルチプレクサブロック45およびマルチプレクサブロック46のその他の詳細を示す単純化されたブロック図である。マルチプレクサブロック45は、マルチプレクサ91、マルチプレクサ92、マルチプレクサ93およびマルチプレクサ94から成るように示されている。マルチプレクサブロック45は、RAMアレイ40内のRAMバンクの数に応じて、より多いかまたはより少ないマルチプレクサを備えることができる。
マルチプレクサブロック46は、マルチプレクサ95、マルチプレクサ96、マルチプレクサ97およびマルチプレクサ98から成るように示されている。マルチプレクサブロック46は、回路50内のバスまたはその他のデータ宛先(たとえば、CPUアービターおよびブリッジ68)に応じて、より多いかまたはより少ないマルチプレクサを備えることができる。
図1は、マルチポートRAMアレイおよび複数のバスをインプリメントする集積回路間にあるエンティティ(entities)のパーティションの単なる一例を示す。当業者は理解するように、マルチポートRAMアレイおよび複数のバスを、1個の回路上に備えることができる。別法によると、マルチポートRAMアレイおよび複数のバスを、2個を超える回路上に備えることができる。別法によると、たとえば、エンティティは、図1に示す場合と異なり、2個の回路間に配分することができる。たとえば、マルチプレクサは、複数のバスを備える回路ではなく、DRAMアレイを備える回路上に備えることができる。
たとえば、図3は、マルチポート、マルチバスメモリシステムの別法による実施態様を示す。RAMアレイ10は、RAMバンク11、RAMバンク12、RAMバンク13およびRAMバンク14を備える。たとえば、RAMバンク11、RAMバンク12、RAMバンク13およびRAM14はすべて、DRAMメモリを使用してインプリメントされる。別法によると、その他のタイプのRAM、たとえばスタティックRAM(SRAM)または強誘電性ランダムアクセスメモリ(FERAM)を使用して、RAMバンク11、RAMバンク12、RAMバンク13およびRAMバンク14をインプリメントすることができる。メモリコントローラ201は、RAMバンク11に対するメモリアクセスを制御する。メモリコントローラ202は、RAMバンク12に対するメモリアクセスを制御する。メモリコントローラ203は、RAMバンク13に対するメモリアクセスを制御する。メモリコントローラ204は、RAMバンク14に対するメモリアクセスを制御する。マルチプレクサ16およびマルチプレクサ15は、回路筐体のRAMアレイ10上に備えられる。
回路20は、RAMアレイ10内に記憶されたデータにアクセスする。回路20は、たとえば、特定用途向け集積回路(ASIC)である。回路20は、バス35、バス36およびバス37を備える。様々なDMAデバイスは、バス35、36および37に接続される。バス35に接続されるDMAデバイスは、DMAデバイス21、DMAデバイス22、DMAデバイス23およびDMAデバイス24により表される。バス36に接続されるDMAデバイスは、DMAデバイス25、DMAデバイス26、DMAデバイス27およびDMAデバイス28により表される。バス37に接続されるDMAデバイスは、DMAデバイス29、DMAデバイス30、DMAデバイス31およびDMAデバイス32により表される。
DMAデバイス21〜32は各々、たとえば、スキャナDMA、走査補償器DMA、ビデオDMA、色空間変換器DMA、圧縮器DMA、シャーペンDMA、スケーラDMA、乗算器DMA、汎用シリアルバス(USB)DMA、イーサネット(登録商標)DMA、1284DMA、メディアカードDMA、またはDMAデータトランザクションを実行する別のデバイスで良い。
マルチプレクサブロック15およびマルチプレクサブロック16は、RAMアレイ10のRAMバンクに対するアクセスを提供するために使用する。DMAデバイスは、それぞれの目標アドレスをそれぞれの代表的なバスアービターに対して、バスリクエストの一部として提示する。個々のバスアービターは、RAMバンクがアドレス指定されているかどうかを復号して、選択されたバンクを復号し、リクエストをRAMアービター205に渡す。RAMアービター205は、所望のRAMバンクが使用可能になると許可を発行し、マルチプレクサブロック16を設定し、アクセスがデータを読み取るためである場合、マルチプレクサ15も設定され、要求するDMAデバイスに対するアクセスを提供する。
DMAデバイスが、別のDMAデバイス(ピアツーピア)と通信する必要がある場合、これらの2個のDMAデバイスは同じバスに接続され、RAMアービター105は不要である。別個のバスは、ピアツーピア転送が進行することを可能にし、他のバス上に位置するDMAデバイスについて、RAMアレイ10に対するアクセスが遮断されることはない。このプロセスは、各々のバスが独自のアービターを有するため、単純化される。
回路20は、中央処理ユニット(CPU)39も備える。CPUアービターおよびブリッジ38は、CPU39に対するアクセスを裁定するために使用される。CPUアービターおよびブリッジ38は、バス35〜37のすべて、およびRAMバンク11〜14のすべてにアクセスすることができる。CPUアービターおよびブリッジ38は、このため、バス35〜37の各々に至るバスリクエストを有する。CPUアービターおよびブリッジ38は、マルチプレクサ15および16に至る専用ポートも有する。CPUアービターおよびブリッジ38は、RAMバンク11〜14にアクセスする場合、バスアービターと同じリクエストプロトコルに従う。
上記の考察は、本発明の単なる例示的な方法および実施態様を開示し、説明するものである。当業者であれば分かるように、本発明は、本発明の精神または本質的な特徴を逸脱することなく、その他の特定の形態で具現することができる。したがって、本発明の開示事項は、以下の請求の範囲に記載されている本発明の範囲を具体的に示すことを意図しており、これを制限するものではない。
本発明の一実施態様によるマルチポートマルチバスメモリシステムの単純化されたブロック図である。 本発明の一実施態様による図1に示すマルチポートマルチバスメモリシステムに使用されるマルチプレックスブロックの単純化されたブロック図である。 本発明のもう1つの実施態様によるマルチポートマルチバスメモリシステムの単純化されたブロック図である。
符号の説明
10 RAMアレイ
11〜14 RAMバンク
15 第1マルチプレクサブロック(選択機構)
16 第2マルチプレクサブロック(選択機構)
20 回路
21〜32 DMAデバイス
35〜37 バス
38 CPUアービターおよびブリッジ
39 中央処理ユニット
40 RAMアレイ
41〜44 RAMバンク
45 第1マルチプレクサブロック(選択機構)
46 第2マルチプレクサブロック(選択機構)
50 回路
51〜62 DMAデバイス
65〜67 バス
68 CPUアービターおよびブリッジ
69 中央処理ユニット
71〜86 接続
87〜89 バスアービター
91〜98 マルチプレクサ
101〜104 メモリコントローラ
105 RAMアービター(選択機構)
111〜116 接続
117 選択ライン
118 選択ライン
119 接続
201〜204 メモリコントローラ
205 RAMアービター(選択機構)

Claims (7)

  1. 複数のメモリバンクと、
    複数のバスと、
    複数のメモリバンク内のすべてのメモリバンクと、複数のバス内のすべてのバスとに接続された選択機構であって、複数のメモリバンクから何れかのメモリバンクを選択して、複数のバスからの何れかのバスに接続することが可能な選択機構とを備えるメモリシステム。
  2. 前記メモリバンクが、
    ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、
    スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、
    強誘電性ランダムアクセスメモリ(FERAM)の何れか1つから成る、請求項1に記載のメモリシステム。
  3. 前記各々のメモリバンクが、メモリコントローラを備える、請求項1に記載のメモリシステム。
  4. 前記選択機構が、
    前記複数のバスからのバスの1つに送信されるデータ源として、前記複数のメモリバンクから第1メモリバンクを選択する第1マルチプレクサブロックと、
    前記複数のメモリバンクからのメモリバンクの1つに送信されるデータ源として、前記複数のバスから第1バスを選択する第2マルチプレクサブロックとを備える、請求項1に記載のメモリシステム。
  5. 前記選択機構が、中央処理ユニットのアービターおよびブリッジにさらに接続され、中央処理ユニットのアービターおよびブリッジを選択して、前記複数のメモリバンクからの何れかのメモリバンクに接続することが可能である、請求項1に記載のメモリシステム。
  6. 前記複数のバスからの各々のバスが、少なくとも1個のメモリアクセスデバイスに接続される、請求項1に記載のメモリシステム。
  7. 前記選択機構が、
    前記複数のバスからのバスの1つに送信されるデータ源として、前記複数のメモリバンクから第1メモリバンクを選択する第1マルチプレクサブロックと、
    前記複数のメモリバンクからのメモリバンクの1つに送信されるデータ源として、前記複数のバスから第1バスを選択する第2マルチプレクサブロックと、
    前記第1マルチプレクサブロックと前記第2マルチプレクサブロックとが行なう選択を制御するバスアービターを備える、請求項1に記載のメモリシステム。
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