JP2015022437A - 制御装置、コンピュータシステム、制御方法、及びプログラム - Google Patents

制御装置、コンピュータシステム、制御方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 簡素な構成でメモリアクセス時間を短縮すること。
【解決手段】 メモリへのアクセスを制御する制御装置は、メモリへのアクセスについて、メモリのアクセスされるアドレスの順序に対応する所定のアドレスを取得し、所定のアドレスとアクセスの対象アドレスとが一致するかを判定し、その所定のアドレスと対象アドレスとが一致する場合に、対象アドレスへのアクセス終了後のページクローズを行うようにメモリへのアクセスを制御する。
【選択図】 図7

Description

本発明はメモリアクセス技術に関する。
半導体の集積度の向上により、様々な処理装置が1つのLSIチップに統合されるようになった。様々な処理装置を1つのLSIチップに統合する場合、コストを低く抑えるために、チップ内の様々な処理装置がLSIチップ外に接続されたDRAMを共用する構成が広く使用されている。
このとき、それぞれの処理装置がDRAMへアクセスするときの、メモリのアクセスされるアドレスの順序(アクセスパターン)が異なる場合がある。これに伴い、異なるアクセスパターンが使用される場合であってもDRAMアクセス時間を短縮して高い性能を得られるように、DRAMのページモードでのページクローズを最適に行うことが求められている。
最近のDRAMは、アクセス時間を短縮できるページモードを備える。DRAMは複数のバンクで構成され、それぞれのバンクは複数のページを含む。DRAMはバンク選択信号とROWアドレスにより、アクセスするページを選択してオープンを行い、次のCOLUMNアドレスの指定により読み出しあるいは書き込み先アドレスを指定する。
なお、ページモードを用いることにより、DRAMのバンク内の同一ページに対してアクセスする場合(ページヒットの場合)、当該ページに短い時間でアクセスすることが可能となる。しかし、DRAMのバンク内の別のページに対してアクセスする場合(ページミスの場合)には、プリチャージを行ってそれまでアクセスしていたページをクローズして、新しいROWアドレスを指定してページをオープンしてからアクセスすることとなる。
図1にDRAMアクセスの手順を示す。DRAMはACTによりページをオープンして、CMDによりページを指定し、書き込みまたは読み出しアクセスを行い、PREによりページをクローズする。
図1(a)は、1番目のアクセスと2番目のアクセスとが同一バンクかつ同一のページに対するものであり、2番目のアクセスがページヒットの場合を示している。この場合、ACT120によりページオープンしてCMD121により1番目のアクセスをした後、ページのクローズと別のページのオープンをすることなく、CMD122を発行することにより2番目のアクセスを行うことができる。
図1(b)は、例えば、1番目のアクセスと2番目のアクセスとが同一バンクの異なるページに対するものであり、2番目のアクセスがページミスとなる場合である。この時は、まず、ACT123によりページをオープンしてCMD124により1番目のアクセスを行う。その後、PRE125によりページをクローズしてからACT126により2番目のアクセスのためのページオープンが行われ、CMD127により2番目のアクセスが行われる。このためACTとPREの分のページミスペナルティ128が生じる。
したがって、メモリアクセス速度を向上するには、ページミスを減らすことによりページミス時のペナルティを少なくすることが重要である。
ページヒットとなるかミスとなるかは、処理装置のメモリアクセスパターン(アクセスの順序)とページの割り当て方に依存する。例えば、図2に示すラスタ方向のアクセスパターンでは、アドレスが連続的に増加する。図3に示す矩形のアクセスパターンでは、X方向にアドレスが連続して増加した後、Y方向にアドレスが増加するためにアドレスが大きく増加する。
このように複数のアクセスパターンが使用される場合、メモリアクセスの高速化のために、ページをX方向とY方向とのいずれが増加した場合でも同一ページになるように、ROWアドレスとCOLUMNアドレスのビットに対するページの割り当てが行われる。例えば、図4はページサイズが1KBであるときに、フレームバッファとして1ピクセル32Bit(4Byte)、X方向に16ピクセル、Y方向に16ピクセルが同一ページになるようにしている。
また、特許文献1及び特許文献2には、メモリアクセスのパターンによってページクローズの発行を制御する技術が記載されている。特許文献1には、メモリコントローラがアドレスキュー内で今回メモリアクセスを行うページと次のメモリアクセスのページが同一であるかどうかを検出することでクローズを最適なタイミングで行う技術が記載されている。また、特許文献2には、複数のバスマスタが、メモリのアクセスされるアドレスの異なる順序を有するとき、メモリコントローラがバスマスタ毎にバーストアクセスの終了検知ができるようにすることを記載している。そして、特許文献2に記載の技術では、マスタデバイス毎に、バーストアクセスの終了時に、ページクローズと後続するメモリアクセスが参照するページのオープンとを行う。
特開2000−331476号公報 特開2006−127110号公報
システム内に処理装置が複数存在し、それぞれが異なるメモリアクセスパターンを有することが一般化している。この時、ページクローズの制御を最適にするという観点からは、特許文献1のメモリコントローラでは、ページ変化検出をするため次のメモリアクセスが到着していない場合は最適な制御を行うことができないという課題があった。さらに、特許文献1の技術では、ページ変化を検出するための回路量が大きくなってしまうという課題があった。また、特許文献2のメモリコントローラでは、ページクローズの制御をバーストアクセスの終了時のみに行うため、バーストアクセス中でページが変わる場合のページクローズの制御が最適ではなく、メモリアクセス時間が長くなるという課題があった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、簡素な構成でメモリアクセス時間を短縮する技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明による制御装置は、メモリへのアクセスを制御する制御装置であって、前記メモリへのアクセスについて、当該メモリのアクセスされるアドレスの順序に対応する所定のアドレスを取得する取得手段と、前記所定のアドレスとアクセスの対象アドレスとが一致するかを判定する判定手段と、前記所定のアドレスと前記対象アドレスとが一致する場合に、当該対象アドレスへのアクセス終了後のページクローズを行うように前記メモリへのアクセスを制御する制御手段と、を有する。
本発明によれば、簡素な構成でメモリアクセス時間を短縮することができる。
ページヒット時とページミス時のDRAM制御の概念図。 メモリのアクセスされるアドレスの順序の例を示す図。 メモリのアクセスされるアドレスの順序の例を示す図。 フレームバッファ上のページ割り当ての例を示す図。 コンピュータシステムの構成例を示す図。 メモリコントローラの構成例を示す図。 ページクローズ判定部の構成例を示すブロック図。
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本実施形態では、複数の処理装置ごとに定まるメモリのアドレスへのアクセス順序(アクセスパターン)に対応する所定のアドレスを取得し、その所定のアドレスと、アクセスの対象アドレスとが一致するかを判定する。そして、その所定のアドレスと対象アドレスとが一致する場合に、対象アドレスへのアクセス後にページクローズを行うことで、メモリアクセス時間を短縮する。
なお、ここでのアクセスパターンとは、図2又は図3に示すようなものを含む。なお、図2及び図3の例では、1つのマス目は1画素に関する情報を含む。例えば、図2のアクセスパターンでは、メモリの1つの行の全てについてのメモリアクセスが完了した後に、次の行のメモリアクセスが行われる。また、図3のアクセスパターンでは、8画素×8画素のブロック単位でアクセスが行われる。図3の例では、ブロック内の1つの行の8画素分のメモリアクセスが完了した後に、次の行の8画素分のメモリアクセスを行い、これを繰り返して8行分のアクセスが完了した後に、次(右隣)のブロックへのメモリアクセスを行う。
ここで、メモリが、図4のように、16画素分×16画素分の範囲を有する複数のページに分割されているものとする。この場合、図2のアクセスパターンを用いる場合は、ページの左端のアドレスへのアクセスの後、その16画素分だけ右に存在するアドレスへのアクセス時には、ページの切り替えが発生することが予め分かる。さらに言えば、例えば、図2の201aのアドレスにアクセスする時点において、アクセスパターンにおける次のアドレスへのアクセスの際にページの切り替えが生じることが分かる。したがって、201aのアドレスへアクセスする場合、アクセスの終了後にページクローズしておけば、改めてページクローズをする必要がなく、高速なメモリアクセスを行うことが可能となる。したがって、本実施形態では、201a、201b及び201cのアドレスへのアクセスをする場合に、そのアクセスの終了後にページクローズするような制御を行う。
同様に、図3のアクセスパターンを用いる場合は、図4のページ構成では、図3におけるブロックがX方向に2個、Y方向に2個存在する。ここで、図3のアクセスパターンでは、1つのブロックのメモリアクセスが終了すると、右隣のブロックのメモリアクセスを行う。そして、その右隣のブロックのメモリアクセスが終了すると、さらにその右隣のブロックのメモリアクセスを行う。したがって、図3のアクセスパターンを用いる場合では、2つのブロックを1つのグループとして、その右側のブロックの最後(右下端)の画素分についてのメモリアクセスが完了した後に、ページが切り替わる。すなわち、図3の211aのアドレスへアクセスする場合、アクセスの終了後にページクローズしておくことにより、高速なメモリアクセスを行うことが可能となる。したがって、本実施形態では、211a、211b及び211cのアドレスへのアクセスをする場合に、そのアクセスの終了後にページクローズするような制御を行う。
すなわち、本実施形態では、アクセスパターンが図2のようなものであるか、図3に示すようなものであるかに応じて、そのアクセスの終了後にページクローズする所定のアドレスを定めておく。そして、実際のアクセスの対象アドレスがページクローズする所定のアドレスである場合に、アクセス終了後にページクローズするような制御が行われる。
これにより、システム内に処理装置が複数存在し、それぞれが異なるメモリアクセスパターン(順序)を有する場合でも、少ない回路量でページクローズの制御を最適に行うことができる。また、この結果、メモリアクセスのページクローズ、ページオープンのための時間が短縮でき、メモリインタフェースの周波数、ビット幅、チャネル数を少なくすることができ、製品コストを安くすることができる。
続いて、本実施形態に係るコンピュータシステムの構造及び具体的な動作について説明する。
図5は、本実施形態に係るコンピュータシステムの構成例を示す図である。ここでは、DRAMとのインタフェースが32ビットであり、1アクセスで4回の32ビットのアクセスを行うものを例に説明するが、他の構成でも以下の実施形態を適用することができる。また、本実施形態では、説明を簡単にするため、アクセスパターンごとのページクローズするアドレスを識別するための情報として、バスマスタとメモリコントローラとの間を接続するバスの、バスマスタID(識別情報)を用いる場合について説明する。なお、バスマスタとメモリコントローラの間では、アクセスパターンごとのページクローズするアドレスを特定する情報がサイドバンド信号で通知されてもよい。また、アクセスパターン自体を特定する情報が通知されてもよい。この場合、アクセスパターンとメモリ内のページの範囲とから、ページクローズするアドレスを特定してもよい。例えば、あるアクセスパターンにおいて、第1のアドレスを含むページと、その第1のアドレスの次にアクセスされる第2のアドレスを含むページとが異なる場合に、その第1のアドレスがページクローズするアドレスとして定められる。なお、アクセスパターンごとに、定められたページクローズするアドレスをテーブルとして保持しておいてもよい。
図5のコンピュータシステムは、例えば、第1処理装置101、第2処理装置102、システムバス103、メモリコントローラ104、及びDRAM107を含む。
第1処理装置101がメモリアクセスを行う場合、第1バスマスタ108が、システムバス103に対してコマンド(Read、又はWrite)、バスマスタID、アドレス、コマンドがWriteの場合は書き込みデータを出力する。第2処理装置102がメモリアクセスを行う場合も同様であるが、バスマスタが異なるため、第2バスマスタ109は第1バスマスタ108とは異なるバスマスタIDをシステムバス103に対して出力する。
システムバス103は、調停を行い、調停に勝ったメモリアクセスのコマンド(Read、又はWrite)、バスマスタID、アドレス、コマンドがWriteの場合は書き込みデータをメモリコントローラ104に出力する。なお、Readコマンドを受け取った場合、システムバス103は、メモリコントローラ104が送出したDRAMからの読み出しデータをバスマスタIDで指定された処理装置に送る。
メモリコントローラ104は、Readコマンドを受信すると、DRAMに対して指定されたアドレスで読み出しを行う。また、メモリコントローラ104は、受け取ったバスマスタIDに対して、DRAMから読み出したデータを送出する。さらに、メモリコントローラ104は、Writeコマンドを受信すると、DRAMに対して指定されたアドレスへの書き込みを行う。
図6は、メモリコントローラ104の構成例を示す図である。メモリコントローラ104は、例えば、制御部141、ページクローズ判定部142、ROWアクセスシーケンサ144、タイミングカウンタ145、COLアクセスシーケンサ146、及びページ情報保持部148を有する。
制御部141はページヒット、ページミスの判定を行い、ページオープン(ページの活性化)、ページクローズ(プリチャージ)をROWアクセスシーケンサ144とCOLアクセスシーケンサ146に対して指示する。また、制御部141は、コマンド発行アドレスの生成、リフレッシュ、リード、ライト、モードセット等を行う。
ページ情報保持部148には、バンクごとにページがオープン/クローズのいずれの状態であるかの情報と、オープンされている場合はオープンされているページのページ番号とが保持される。制御部141はページをオープン、クローズする度に、ページ情報保持部148を更新する。
制御部141は、アクセスの対象アドレスからバンクとページを算出し、ページ情報保持部148を参照する。算出したバンクがオープンされていて、オープンされているページが算出したページと等しい場合はページヒットである。この時は、制御部141は、そのままCOLアクセスシーケンサ146に対してメモリアクセスコマンドを発行する。
一方、算出したバンクがオープンされていて、オープンされているページが算出したページと異なる場合はページミスである。この時は、制御部141は、ROWアクセスシーケンサ144に対して、現在オープンされているページをクローズする指示を発行してから、アクセスするページをオープンする指示を発行する。その後、制御部141は、COLアクセスシーケンサ146に対してメモリアクセスコマンドを発行する。
また、算出したバンクがクローズされている場合は、制御部141は、ROWアクセスシーケンサ144にページをオープンする指示を出す。そして、制御部141は、アクセスの対象ページがオープンされた後に、COLアクセスシーケンサ146に対してメモリアクセスコマンドを発行する。
ROWアクセスシーケンサ144は、ページオープン、クローズの指示を受けると、タイミングカウンタ145を参照して発行可能なタイミングを待って、ページオープンコマンド、ページクローズコマンドをDRAM107に対して発行する。なお、タイミングカウンタ145は、DRAMのコマンド発行タイミングの制約に違反しないようにタイミング待ちを行うためのカウンタである。
COLアクセスシーケンサ146は、メモリアクセスコマンドを受け取ると、タイミングカウンタ145を参照してコマンド発行可能なタイミングを待って、読み出し又は書き込みコマンドをDRAM107に対して発行する。COLアクセスシーケンサ146は、読み出し又は書き込みを行う際に、その動作が終了した後でページクローズする指示を出すことができる(AutoPageClose)。AutoPageClose機能により、読み出し又は書き込みの対象アドレスへのアクセスが終了した後に、ページクローズコマンドを発行することがわかっている場合に、ページクローズコマンドを改めて発行する必要がなくなる。この結果、メモリアクセス時間を短縮することができる。
図7は、ページクローズ判定部142の構成例を示す図である。ページクローズ判定部142は、現在のアクセスの対象アドレスと、バスマスタIDごとに定められるページクローズするアドレスとから、アクセスを行うページに対するクローズコマンドを発行するか否かを判定する。この判定手順について、以下、説明する。
まず、ページクローズ判定部142では、アドレス151とバスマスタID153とが入力される。次にマルチプレクサ244において、PageCloseアドレスマスクレジスタ240に格納されているPageCloseアドレスマスクから、バスマスタID153に対応する値を出力する。そして、ANDゲート245において、この値とアドレス151との論理積が取られる。さらに、マルチプレクサ246において、PageCloseアドレスコンペアレジスタ241に格納されているPageCloseアドレスのコンペア値から、バスマスタID153に対応する値を出力する。そして、比較回路247において、この値とANDゲート245の出力とのコンペアが行われ、同じであればPageCloserequest248がアサートされる。
PageCloserequest248がアサートされた時、読み出し又は書き込みをする際に、COLアクセスシーケンサ146に対してAutoPageCloseの読み出し又は書き込みコマンドを送る。これにより、COLアクセスシーケンサ146は、アクセスの対象アドレスが、アクセスパターンに対応するページクローズする所定のアドレスと一致する場合は、AutoPageClose機能を実行することとなる。したがって、アクセスパターンごとに適切なページクローズするアドレスを決定することにより、異なる複数のアクセスパターンが用いられる場合のメモリアクセス時間を短縮することが可能となる。
図4に示すDRAMのページ割り当てがなされている状態で、0x01000000番地から画像データの各画素値が格納されているとする。このアドレスに対して、第1バスマスタ108がラスタ方向(図2のようなアクセスパターン)でピクセル書き込みを行い、書き込まれたデータを第2バスマスタ109が、8×8×Nの順序(図3のようなアクセスパターン)で読み出しを行う例を説明する。
第1バスマスタ108は、図2のようなラスタ方向のアクセスパターンでメモリへの書き込みを行うため、第1バスマスタ108からのアクセスに対して、図2の201a、201b及び201cのような位置において、AutoPageCloseが行われる。すなわち、下位6ビットが111100(0x3c)であるアドレスを含む読み出しを行う時に、AutoPageCloseが行われる。したがって、この時には、PageCloseアドレスマスクレジスタ240のマスタID#1 242bには、0x0000003cが格納される。さらに、PageCloseアドレスコンペアレジスタ241のマスタID#1 243bには、0x0000003cが格納される。
また、第2バスマスタ109は、図3のような8×8×Nのアクセスパターンでメモリからの読み出しを行う。このため、第2バスマスタ109からのアクセスに対して、図3の211a、211b及び211cのような位置において、AutoPageCloseが行われる。すなわち、アドレスの下位6ビットが0x3cで、かつ、アドレスの15ビット〜13ビットが0x7である時にAutoPageCloseが行われる。したがって、この時には、PageCloseアドレスマスクレジスタ240の242dマスタID#3 242dには、0x0000e03cが格納される。さらに、PageCloseアドレスコンペアレジスタ241のマスタID#3 243dには、0x0000e03cが格納される。
したがって、第1バスマスタ108が、ラスタ方向のアクセスパターンで1920画素分のデータの書き込みを行う際には、
{0x0100003c,0x0100007c,0x010000bc,0x010000fc,0x0100013c,0x0100017c,0x010001bc,0x010001fc,・・・,0x01001d3c,0x01001d7c,0x01001dbc,0x01001dfc}
が書き込みの対象アドレスであった時に、その書き込みの終了後、AutoPageCloseが行われる。
また、第2バスマスタ109が8×8×Nのアクセスパターンで512ピクセルの読み出しを行う際には、
{0x0100e03c,0x0100e07c,0x0100e0bc,0x0100e0fc}
が読み出しの対象アドレスであった時に、その読み出しの終了後、AutoPageCloseが行われる。
以上のようにして、本実施形態に係るメモリコントローラは、バスマスタIDからアクセスパターンごとに対応するページクローズするアドレスを識別して、読み出し/書き込みのアドレスに応じてページクローズを行う。これによりシステム内に処理装置が複数あり、それぞれが異なるメモリアクセスパターンを有する場合でも、ページクローズの制御を最適に行うことができる。この結果メモリアクセス時間を短くすることができる。また、ページクローズの制御を行う際の回路に、後続のアクセスアドレスとの比較をする必要がないため後続アクセス待ちをする必要もなく、また回路量も小さくすることができる。
<<その他の実施形態>>
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. メモリへのアクセスを制御する制御装置であって、
    前記メモリへのアクセスについて、当該メモリのアクセスされるアドレスの順序に対応する所定のアドレスを取得する取得手段と、
    前記所定のアドレスとアクセスの対象アドレスとが一致するかを判定する判定手段と、 前記所定のアドレスと前記対象アドレスとが一致する場合に、当該対象アドレスへのアクセス終了後のページクローズを行うように前記メモリへのアクセスを制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする制御装置。
  2. 前記所定のアドレスは、前記順序と前記メモリにおけるページの範囲とに基づいて定められる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記所定のアドレスは、前記順序において当該所定のアドレスの次にアクセスされるアドレスを含むページが、当該所定のアドレスを含むページと異なるように定められる、
    ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記取得手段は、複数のバスマスタのいずれかが、システムバスを通じて前記メモリへアクセスする場合、前記バスマスタの識別情報に基づいて、前記順序を特定し、前記所定のアドレスを取得する、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置と、前記メモリとを有することを特徴とするコンピュータシステム。
  6. メモリへのアクセスを制御する制御装置の制御方法であって、
    取得手段が、前記メモリへのアクセスについて、当該メモリのアクセスされるアドレスの順序に対応する所定のアドレスを取得する取得工程と、
    判定手段が、前記所定のアドレスとアクセスの対象アドレスとが一致するかを判定する判定工程と、
    制御手段が、前記所定のアドレスと前記対象アドレスとが一致する場合に、当該対象アドレスへのアクセス終了後のページクローズを行うように前記メモリへのアクセスを制御する制御工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
  7. メモリへのアクセスを制御する制御装置に備えられたコンピュータに、
    前記メモリへのアクセスについて、当該メモリのアクセスされるアドレスの順序に対応する所定のアドレスを取得する取得工程と、
    前記所定のアドレスとアクセスの対象アドレスとが一致するかを判定する判定工程と、 前記所定のアドレスと前記対象アドレスとが一致する場合に、当該対象アドレスへのアクセス終了後のページクローズを行うように前記メモリへのアクセスを制御する制御工程と、
    を実行させるためのプログラム。
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