JP2011065386A - メモリコントローラ及びそのデータ退避制御方法 - Google Patents

メモリコントローラ及びそのデータ退避制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】揮発性メモリから不揮発性メモリへのデータ退避動作時に費やされる電力量を抑え、データ退避動作時に要する供給電力を低減する。
【解決手段】揮発性メモリと不揮発性メモリとの間でデータの転送を制御するメモリコントローラにおいて、それぞれがリフレッシュ動作モードとセルフリフレッシュ動作モードとを有する複数の揮発性メモリに保持されているデータを不揮発性メモリへ転送する。少なくとも1つの揮発性メモリからのデータ読み出しを終了すると、その揮発性メモリをリフレッシュ動作モードからセルフリフレッシュ動作モードへ移行させる。そして、不揮発性メモリへのデータ書込みの進行状況に応じて、その揮発性メモリをセルフリフレッシュ動作モードから復帰させるように制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、揮発性メモリに保持されているデータを不揮発性メモリに転送することでデータの保護を行なう技術に関する。
大容量で高速なデータ処理を必要とする装置においては、一般的に揮発性メモリであるDRAM(ダイナミックRAM)が用いられ、近年ではクロック同期式であるSDRAM(シンクロナスDRAM)が主流となっている。このような揮発性メモリを利用する装置では、停電などの予期しない電源遮断の発生により、メモリに保持していたデータが消失し、ユーザに不利益を与える可能性がある。そこで、このような状況でメモリに保持していたデータが失われることを回避する技術(例えば、特許文献1、2、3)が提案されている。
特許文献1には、揮発性メモリにバックアップ電源を供給してデータを保持させ、電源遮断時に電源電圧が所定レベルに低下した場合に、揮発性メモリに保持していたデータをフラッシュメモリに退避させることでデータ消失を回避する方法が記載されている。
また、特許文献2、3にも同様にデータ消失を回避するため、電源供給状態を監視し、データ保持が困難な状況と判断すると、揮発性メモリから不揮発性メモリへデータを退避させる方法が開示されている。
このように、通常の動作では高速なアクセスが可能な揮発性メモリを用い、異常が発生してデータ保持が困難な状況に至ると、消失しては不都合なデータをフラッシュメモリに退避させる構成とすることで、信頼性が高く、実用的な装置を実現している。
特開平08−161236号公報 特開平06−028267号公報 特開平06−231053号公報
しかしながら、上述のDRAMからフラッシュメモリへデータを退避する場合、データ転送が完了するまでの動作を保障するバックアップ用電源の供給が必要になる。そして、退避すべきデータ量が増大すると、そのバックアップ電源の供給元となるバッテリ部品のコスト増大を招くという問題に繋がる。
特に、データ転送元であるDRAMは退避が済むまでデータを維持させるリフレッシュ動作を継続する必要があり、その動作に費やす電力はデータ保持時間に応じて大きくなるため、できる限り短時間でデータ退避を完了する必要がある。一方、退避先であるフラッシュメモリは、DRAMからの読み出し速度に比べて書換え速度が非常に遅い。そのため、上記のようなデータ退避動作においては、フラッシュメモリへの書込みがボトルネックとなり、DRAMからの読み出しが待たされ、その結果、データ維持に要する電力の低減が困難な状況となっている。
更に、近年、システム性能の向上に伴い、DRAMで構成するメモリ部は動作速度だけでなく、データバス幅を拡大させることで処理性能の向上が図られている。データバス幅の拡大は、複数のデバイスを配置して同時に動作させるため、デバイスの数に応じて動作に要する供給電流が増大する。従って、上述のバックアップ用電源に用いるバッテリ部品には、このような供給電流の増加に対応する性能が求められ、更にコスト増の要因となっている。
本発明は、揮発性メモリから不揮発性メモリへのデータ退避動作時に費やされる電力量を抑え、データ退避動作時に要する供給電力を低減させることを目的とする。
本発明は、揮発性メモリと不揮発性メモリとの間でデータの転送を制御するメモリコントローラであって、
それぞれがリフレッシュ動作モードとセルフリフレッシュ動作モードとを有する複数の揮発性メモリに保持されているデータを不揮発性メモリへ転送するデータ転送手段と、
前記データ転送手段により少なくとも1つの揮発性メモリからのデータ読み出しが終了すると、前記リフレッシュ動作モードから前記セルフリフレッシュ動作モードへ当該揮発性メモリを移行させ、前記不揮発性メモリへのデータ書込みの進行状況に応じて、当該揮発性メモリを前記セルフリフレッシュ動作モードから復帰させるように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、揮発性メモリから不揮発性メモリへのデータ退避動作時に費やされる電力量を抑え、データ退避動作時に要する供給電力を低減することが可能となる。
第1の実施形態におけるデータ退避制御方法を適用する回路構成の一例を示すブロック図。 図1に示すメモリコントローラとメインメモリ部及びフラッシュメモリとの接続関係の一例を示すブロック図。 SDRAMにおけるセルフリフレッシュ動作モードの制御例を示すタイミングチャート。 データ退避動作における各SDRAMに与えられるcke1〜cke8の制御例を示すタイミングチャート。 バックアップ電源制御部の動作を示すフローチャート。 メモリコントローラのデータ退避処理を示すフローチャート。 第2の実施形態におけるデータ退避制御方法を適用する回路構成の一例を示すブロック図。
以下、図面を参照しながら発明を実施するための形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
(構成説明)
図1は、第1の実施形態におけるデータ退避制御方法を適用する回路構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、ASIC101に内蔵されるメモリコントローラ102は複数のメモリデバイスで構成されるメインメモリ部103とデータ退避時の格納用として利用する不揮発性メモリのフラッシュメモリ104とに接続される。実施形態では、メモリデバイスとして、揮発性メモリであるSDRAM(シンクロナスDRAM)を例に挙げて説明する。
メモリコントローラ102は、CPU、ゲートアレー、或いはスタンダードセルなどで実現される制御回路、DMAなどのデータ転送回路、バッファとしてのデータ保持回路を含む。そして、メモリコントローラ102はバックアップ電源制御部105からのデータ退避動作を要求する信号106によりメインメモリ部103のデータをフラッシュメモリ104へ退避させるデータ退避処理を実行する。
バックアップ電源制御部105は、主電源の遮断があった場合に、主電源に代わり電源供給を行なう補助的な電源供給回路を備える。この電源供給回路としては2次電池やキャパシタ部品などの充放電を制御可能な部品が用いられ、主電源から電力が供給されている時に充電しておくことで、主電源の遮断に備えるように制御される。また、バックアップ電源制御部105は、主電源の電圧を監視し、所定のレベル以下となったことを検出する電源監視回路を内蔵している。更に、この電源監視回路による検出結果に基づき主電源に代わり補助的な電源供給回路から電源供給を行なうように制御する制御回路を備える。
バックアップ電源制御部105は、主電源の電圧レベルを監視し、主電源が遮断されたことを検出すると、主電源に代わり内蔵された電源供給回路により電源供給を開始する。また、バックアップ電源制御部105は、この主電源の遮断検出により、データ退避動作を要求する信号106をASIC101のメモリコントローラ102に送出する。
図2は、図1に示すメモリコントローラ102とメインメモリ部103及びフラッシュメモリ104との接続関係の一例を示すブロック図である。SDRAM103a〜103hは、各8bitのデータ幅を持ち、メモリコントローラ102からの制御信号により、64bit幅のメインメモリ部103として動作する。また、フラッシュメモリ104は8bitのデータ幅を持つデバイスであり、メインメモリ部103のSDRAMから退避させるデータ量に対して十分な書込みエリアが確保されている。
以上の構成において、メモリコントローラ102はメインメモリ部103に保持されている予め定められたデータ量のデータを読み出し、そのデータをフラッシュメモリ104に書き込むという一連のデータ退避処理を実行する。
また、バックアップ電源制御部105はフラッシュメモリ104への書込み処理の進行状況に合わせ、複数のSDRAMを活性化或いは非活性化させるべくメモリコントローラ102に指示を与え、データ退避動作に要する供給電力を抑制する。
ここで、上述した構成で生じるメインメモリ部103からのデータ転送の実行における待ち時間について説明する。SDRAMの動作周波数は、フラッシュメモリ104の動作周波数より遥かに高く、更に上述した構成ではデータ幅にも大きな差があるため、両者のデータ転送能力には格段の違いが生ずる。
従って、このような構成で実行されるデータ退避動作では、フラッシュメモリ104への書込み動作に対して、メインメモリ部103からのデータ読み出し動作が間欠的に実行され、データ転送が行なわれない「待ち時間」が発生する。このデータ退避処理中に生じる待ち時間は上述の転送能力の差に応じて増え、その間も揮発性メモリであるメインメモリ部103はデータ保持を継続するため、リフレッシュ動作を実行する必要がある。
SDRAMは、大別すると、2種類のリフレッシュ動作モードを備えている。1つは、通常動作でアクセスを実行している状況で用いるリフレッシュ動作モードであり、活性化された状態でデータを保持するためには所定の期間に指定された回数のリフレッシュ動作を実行する必要がある。もう1つは、SDRAMへのアクセスを実行せずに、データ保持だけを目的としたリフレッシュ動作であり、セルフリフレッシュ動作モードという。このセルフリフレッシュ動作モードは、SDRAMの内部で自動的にリフレッシュ動作を実行する機能を提供する動作モードである。このセルフリフレッシュ動作モードで動作中は、アクセス時に必要な外部とのインターフェース部などを省電力制御することで活性化時に比べ非常に小さな電力でデータ保持が可能である。
第1の実施形態では、図2に示すメインメモリ部103を構成するSDRAM103a〜103hの中から読み出し対象とするSDRAMを1つ選択して活性化させ、それ以外のSDRAMをセルフリフレッシュ動作モードに移行させるように制御する。例えば、SDRAM103aを読み出し対象として設定し、それ以外のSDRAM103b〜103hをセルフリフレッシュ動作モードに移行させるべく、メモリコントローラ102から各SDRAMに制御信号を与える。そして、所定数量のデータ退避動作が終了すると、次のSDRAM103bを非活性状態から復帰させ、逆にSDRAM103aを非活性状態に移行させて同様にデータ退避処理を実行する。
このように順次活性状態とするSDRAMを切り替えていき、退避対象のデータを全て処理する。尚、読み出し対象となるデータは、SDRAMに保持されている全てのデータであっても、或いはその一部であっても良い。例えば、退避すべきデータの保存先と容量を固定しておけば、退避動作時にこれに該当するエリアの先頭アドレスとデータサイズを指定してデータ読み出しを実行すれば良い。
また、データの保存先が動的に変更する場合であっても、その保存先を示す情報を逐次記憶しておき、同様に退避動作時に読み出しエリアを指定することも可能である。また、退避対象となるデータの格納先を特定のSDRAMに限定することで、制御を簡略化することも可能である。例えば、64bit幅のメインメモリ部103に対して、退避すべきデータとしては16bit分だけを有効として格納させることで、SDRAM切替制御を2つのSDRAMのみに適用させるようにすることができる。また、退避処理の信頼性を向上させるために、より重要度の高いデータを優先して退避させるべく、優先度に従って格納先となるSDRAMを割り当てておくことも可能である。
次に、SDRAMの非活性状態への移行及び復帰制御について説明する。SDRAMの非活性状態への移行及び復帰は、図2に示す「clk」と記載した同期クロック信号と、「cke」と記載したクロックイネーブル信号とによって制御される。更に、「cmd」と記載したコマンド信号(RAS/CAS/WEなど各信号の組み合わせで既定される)により、リフレッシュ動作モードの制御が行なわれる。図2の構成に従えば、SDRAM103a〜103hに独立したcke1〜cke8を与え、個々に非活性状態への移行及び復帰を制御することができる。
図3は、SDRAMにおけるセルフリフレッシュ動作モードの制御例を示すタイミングチャートである。図3において、cke信号はハイレベルからローレベルに変化すると同時にリフレッシュコマンドが与えられることでセルフリフレッシュ動作が開始され、その後、cke信号がハイレベルに戻されるまでその状態が継続される。また、同じリフレッシュコマンドが発生されてもcke信号がハイレベルのままであればオートリフレッシュ動作が行なわれる。従って、図2に示す構成で、上述のようにcke1〜cke8を制御することで、非活性状態に移行させるデバイスに対してはセルフリフレッシュへの移行を指示し、活性状態の場合はオートリフレッシュ動作を指示することができる。第1の実施形態では、cke信号以外の制御信号を共通に与える構成としたが、cke以外の信号についてもそれぞれデバイス毎に独立して与える構成としても構わない。
図4は、データ退避動作における各SDRAMに与えられるcke1〜cke8の制御例を示すタイミングチャートである。上述したように、図2に示すメインメモリ部103は、通常動作では64bit幅にてアクセス制御されており、この時cke1〜cke8は全てハイレベルとなる。データ退避動作を要求する信号106に基づき、データ退避動作を開始すると、最初に読み出し対象となるSDRAM103aに対する制御信号であるcke1を除く全てのcke信号をローレベルとする。
これにより、各SDRAMは非活性状態でのデータ保持を継続するセルフリフレッシュ動作モードに移行する。その後、読み出し対象を順次切り替えていくデータ退避動作に合わせてcke1〜cke8を図4に示すように駆動することで各SDRAMのセルフリフレッシュ動作モードへの移行及び復帰を制御する。
また、図4に示す円で囲んだ拡大部分は、読み出し対象のSDRAMに対して退避動作を行なっている間でも、逐次セルフリフレッシュ動作モードへの移行及び復帰を制御する様子を示している。これは、上述したデータ転送実行時に生ずる待ち時間に対する省電力制御を目的とした動作である。データ退避動作では、フラッシュメモリ104に対して、その書換え速度に合わせて可能な限り間を空けず書換えを実行させることが処理時間の短縮となり、退避処理に要する電力の抑制にも繋がる。そのため、読み出し対象のSDRAMからのデータ転送は、一群のデータを一括してASIC101に取り込み、これを保持させた上で、該データをフラッシュメモリ104のデータ幅である8bit毎に分けて順次転送するように制御を行なう。このSDRAMからの読み出し動作に、バーストリードモードを適用して高速にデータ転送を実行させることが可能である。
このように、データ退避動作は、SDRAMから読み出したデータを一括してバッファ(データ保持回路)に保持させるようにすることで、上述の待ち時間を積極的に作り出し、その待ち時間を非活性状態に移行させるように制御する。
尚、上述した構成では、図2に示す8個のSDRAMを個々に制御し、その中の1つを読み出し対象としたが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、SDRAMを1つ以上のグループ毎に制御するようにしても良い。例えば、SDRAM103a〜103hを2つのグループ(103a〜103d及び103e〜103h)に分割し、グループ毎に制御することも可能である。この場合、cke信号はグループ毎に割り当てれば良いので、上述した構成より制御を簡略化することができる。また、転送時に同時に動作するデバイスは4個に制限される。このように、該グループ分割については、適用する装置構成に応じて選択することができる。
上述したように、フラッシュメモリ104に対して、その書換え速度に合わせて間隔を空けず書換えを実行できるのであれば、メインメモリ部103のSDRAMはできるだけ非活性状態に移行させ、電力消費を抑制することが望ましい。従って、グループの分割は上述したメインメモリ部103からの読み出し動作と、フラッシュメモリ104への書込み動作との能力差に応じて選択することができる。この能力差が大きい場合には、分割数を増やし、非活性状態となるデバイス数を多くするようにしても良い。
また、バックアップ電源制御部105から供給可能な電流量に応じて、同時に動作するSDRAM数を制限するように分割することができる。バックアップ電源の供給元となるバッテリ部品は、その電流供給性能に応じてコストアップとなるので、データ退避動作時に要する電流供給を抑えることで、コスト低減を図ることも可能となる。
(動作説明)
ここで、上述したデータ退避処理を指示するバックアップ電源制御部105の動作を、図5を用いて説明する。電源監視回路が主電源の電圧レベルを検出し(S501)、電圧レベルが所定のレベル以下に低下したか否かを判定する(S502)。判定の結果、主電源の電圧が所定のレベル以下と判定されると、制御回路がデータ退避動作を要求する信号を送出してASIC101のメモリコントローラ102に通知する(S503)。そして、制御回路がバックアップ電源である電源供給回路に切り替え、補助的な電源供給を開始する(S504)。
次に、バックアップ電源制御部105からの指示に基づき、メモリコントローラ102が実行するデータ退避処理を、図6を用いて説明する。まず、メモリコントローラ102がバックアップ電源制御部105から送出されたデータ退避要求信号106によりデータ退避の開始要求を検出すると(S401)、データ退避処理に関係する初期化を実行する(S602)。そして、初期化が終了すると、メモリコントローラ102はメインメモリ部103からフラッシュメモリ104へのデータ退避動作を開始する。
ここでは、データ退避動作時に読み出し対象となるSDRAMだけを活性状態とし、それ以外のSDRAMを非活性状態に移行させるべく制御を行なう。ここでは、図2に示すSDRAM103a〜103hの中で、まずSDRAM103aを活性デバイスに選定する(S603)。それ以外のSDRAM103b〜103hをセルフリフレッシュ動作モードに移行させる(S604)。
次に、読み出し対象のSDRAMから一括して取り込む一群のデータ量に基づいて実行する転送回数Nを求める(S605)。そして、この一群のデータを転送すべく不図示のDMAに情報を与え(S606)、読み出し対象のSDRAMからデータ読み出しを開始する(S607)。一方、フラッシュメモリ104への書込みでは、SDRAMから読み出されたデータがメモリコントローラ102に取り込まれるのを待ち(S608)、取り込まれた最初のデータが書込み可能な状態になると即座に開始する(S609)。
このように、SDRAMからの読み出しとフラッシュメモリ104への書込みとを並行して実行する。SDRAMからの読み出しは、所定のデータ量である一群のデータの転送が終了するまで継続し(S610)、終了するとS605で求めたNから1を引いて(S611)、N回の転送が完了したか(N=0に達したか)否かを判定する(S612)。判定の結果、N回の転送が完了していない場合はフラッシュメモリ104への書込み待ちとなっているデータ量に基づき、非活性状態に移行させるか否かを判定する(S613)。SDRAMを一旦非活性状態に遷移させた場合(S614)、フラッシュメモリ104への書込み処理の進行状況に応じて、その非活性状態からの復帰タイミングを判断する(S615)。そして、次の転送を開始する前に活性状態に復帰させて(S616)、上述のS608に戻る。
尚、非活性状態からの復帰タイミングについては、フラッシュメモリ104への書込みを滞りなく実行するため、データが不足する前に復帰させて転送を開始できるように制御する。例えば、フラッシュメモリ104へのデータ書込み数をカウントし、所定数に達することで復帰タイミングを制御することが可能である。また、フラッシュメモリ104への書込みサイクルに基づいて計算される時間を計測するタイマを用いても良い。
一方、S612における判定の結果、N回の転送が完了した場合は取り込んだデータがフラッシュメモリ104に書込み終わるまで待つ(S617)。その後、上述のS603〜S617に至る処理で読み出し対象として選定されたSDRAMデバイスからのデータ退避が完了すると、次の読み出し対象のSDRAMが残っているか確認する(S618)。ここで残っていれば、上述のS603に戻り、次の読み出し対象を選定して処理を繰り返し実行する。また、全ての読み出し対象のSDRAMからのデータ退避が完了した場合はデータ退避終了を設定し(S619)、この処理を終了する。
第1の実施形態によれば、複数のメモリデバイスを個々に制御してデータ退避動作時に同時に動作するメモリデバイスの数を制限することで、供給電流を抑えながらデータ退避動作を実行させることが可能となる。従って、データ退避動作時に電力を供給するバックアップ用電源に用いるバッテリ部品のコスト低減を図ることができる。
<第2の実施形態>
次に、図面を参照しながら本発明に係る第2の実施形態を詳細に説明する。第2の実施形態は、メモリデバイスとしてのSDRAMに供給する電圧を下げて動作時の消費電力を低減させるものである。
図7は、第2の実施形態におけるデータ退避制御方法を適用する回路構成の一例を示すブロック図である。図1に示す第1の実施形態との相違点は、メインメモリ用電源制御部107及びメインメモリ電源切替信号108が追加されている点である。
メインメモリ用電源制御部107は、メインメモリ部103の複数のSDRAMに供給する電源を制御する電源制御回路で構成される。この電源制御回路は、供給電圧を通常動作時の電圧レベルとデータ退避動作時の電圧レベルの2つの電圧レベルに切り替える機能を有する。また、SDRAMの終端電圧もこれに応じて切り替わるように制御する。
また、メインメモリ電源切替信号108は、ASIC101のメモリコントローラ102がデータ退避動作をメインメモリ用電源制御部107に通知する信号であり、この信号に基づき、メインメモリ用電源制御部107が供給電圧の変更を行なう。
前述したように、メインメモリ部103からの読み出し動作とフラッシュメモリ104への書込み動作とでは転送能力に大きな差があり、上述のデータ退避動作時に、通常時の速度でメインメモリ部103にアクセスする必要はない。そこで、第2の実施形態では、SDRAMに供給する電圧を下げて動作時の消費電力を低減させる。また、SDRAMへのアクセス速度を低減させるべく、メモリコントローラ102がSDRAMの動作周波数を下げるように制御してデータ退避動作時の省電力化を実現する。
[他の実施形態]
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (7)

  1. 揮発性メモリと不揮発性メモリとの間でデータの転送を制御するメモリコントローラであって、
    それぞれがリフレッシュ動作モードとセルフリフレッシュ動作モードとを有する複数の揮発性メモリに保持されているデータを不揮発性メモリへ転送するデータ転送手段と、
    前記データ転送手段により少なくとも1つの揮発性メモリからのデータ読み出しが終了すると、当該揮発性メモリを前記リフレッシュ動作モードから前記セルフリフレッシュ動作モードへ移行させ、前記不揮発性メモリへのデータ書込みの進行状況に応じて、当該揮発性メモリを前記セルフリフレッシュ動作モードから復帰させるように制御する制御手段と、
    を有することを特徴とするメモリコントローラ。
  2. 主電源に代わって電源を供給するバックアップ電源から電源が供給される場合に、前記データ転送手段と前記制御手段とにより前記揮発性メモリに保持されているデータを前記不揮発性メモリへ転送することを特徴とする請求項1記載のメモリコントローラ。
  3. 前記データ転送手段による前記揮発性メモリから前記不揮発性メモリへの転送は、前記メモリコントローラの内部に備えられたデータ保持手段を介して行なわれることを特徴とする請求項1又は2に記載のメモリコントローラ。
  4. 前記データ転送手段により前記データ保持手段には前記揮発性メモリから読み出されたデータが保持され、保持されたデータは予め定められたサイズに分割されて前記不揮発性メモリへ転送されることを特徴とする請求項3に記載のメモリコントローラ。
  5. 前記不揮発性メモリへのデータ書込みの進行状況は、前記不揮発性メモリへのデータ書込み数をカウントするか、前記不揮発性メモリへの書込みサイクルから計算される時間をタイマで計測するかにより判定することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のメモリコントローラ。
  6. 揮発性メモリと不揮発性メモリとの間でデータの転送を制御するメモリコントローラのデータ退避制御方法であって、
    データ転送手段が、それぞれがリフレッシュ動作モードとセルフリフレッシュ動作モードとを有する複数の揮発性メモリに保持されているデータを不揮発性メモリへ転送するデータ転送工程と、
    制御手段が、前記データ転送工程において少なくとも1つの揮発性メモリからのデータ読み出しを終了すると、当該揮発性メモリを前記リフレッシュ動作モードから前記セルフリフレッシュ動作モードへ移行させ、前記不揮発性メモリへのデータ書込みの進行状況に応じて、当該揮発性メモリを前記セルフリフレッシュ動作モードから復帰させるように制御する制御工程と、
    を有することを特徴とするメモリコントローラのデータ退避制御方法。
  7. コンピュータを、請求項1乃至5の何れか1項に記載のメモリコントローラとして機能させるためのプログラム。
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