JP2020087053A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体装置のメモリアクセス制御に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to memory access control of the semiconductor device.
半導体装置に一般的に用いられているメモリであるDRAM(Dynamic Random Access Memory)は、その特性から定期的にアクセスできない期間が発生してしまう。 A DRAM (Dynamic Random Access Memory), which is a memory generally used in a semiconductor device, has a period in which it cannot be regularly accessed due to its characteristics.
例えばDRAMはリーク電流によって記憶している内容が徐々に失われてしまうのを防ぐために、定期的にリフレッシュという動作をさせる必要がある。リフレッシュ期間中、DRAMアクセスができないことがある。 For example, in DRAM, it is necessary to periodically perform an operation of refreshing in order to prevent the stored contents from being gradually lost due to a leak current. DRAM access may not be possible during the refresh period.
また、DRAMの温度が変化すると、トランジスタの特性変化のためにDRAMの動作タイミングが変化しDRAMが動作不良を起こすことがあるが、これを防ぐために定期的にリトレーニングというタイミング調整を行わなければいけない。このリトレーニング期間中も、DRAMアクセスができないことがある。 Further, when the temperature of the DRAM changes, the operation timing of the DRAM may change due to a change in the characteristics of the transistor, and the DRAM may malfunction. To prevent this, retraining timing must be regularly adjusted. should not. DRAM access may not be possible during this retraining period.
この問題に対して、特許文献1には、DRAMの温度をモニタし、温度に応じてリフレッシュ間隔を変更することで、アクセスできない期間を増大させないための技術が開示されている。 In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-242242 discloses a technique for monitoring the temperature of DRAM and changing the refresh interval according to the temperature so as not to increase the inaccessible period.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、DRAMアクセスできない期間が絶対的に生じることによってリアルタイム処理が間に合わなくなってしまうことについて考慮されていない。例えば撮像装置における動画の記録処理や表示処理等、リアルタイム性が求められる処理は、DRAMアクセスできない期間が生じてしまうことによって処理が間に合わなくなり、システムが破綻してしまう可能性がある。 However, the technique described in Patent Document 1 does not consider that real-time processing may not be in time because the period during which the DRAM cannot be accessed is absolutely generated. For example, processing that requires real-time processing, such as moving image recording processing and display processing in an imaging device, may be delayed in time due to a period during which DRAM access is not possible, and the system may fail.
そこで本発明は、DRAMアクセスを用いるシステムにおいて、リアルタイム処理を必要とするシステムを破綻させないメモリアクセス制御を行うことを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to perform memory access control in a system using DRAM access so as not to break down a system that requires real-time processing.
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、
第一のDRAM、第二のDRAM、第一のDRAM−PHY、第二のDRAM−PHY、温度センサ、メモリコントローラ、第一のマスタ、第二のマスタを備えた半導体装置であって、第一のマスタおよび第二のマスタは第一のDRAM−PHY、第二のDRAM−PHYにアクセス可能なマスタであり、メモリコントローラは、各マスタから各DRAM−PHYへのアクセス制御を行い、温度センサによって半導体装置の温度変化が検知された場合、メモリコントローラは第一のDRAMおよび第二のDRAMへリトレーニングの命令を発行し、第一のマスタは、第一のDRAMへ優先的にアクセスするが、第一のDRAMがアクセスできない期間中は第二のDRAMへアクセスを要求し、第二のマスタは、第二のDRAMへ優先的にアクセスするが、第二のDRAMがアクセスできない期間中および第一のマスタから第二のDRAMへアクセス要求があった場合は自身のアクセス処理を後ろ倒し、第一のマスタおよび第二のマスタから同時に第二のDRAMへアクセス要求があった場合、メモリコントローラは第一のマスタからの要求を優先することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the semiconductor device according to the present invention,
A semiconductor device comprising a first DRAM, a second DRAM, a first DRAM-PHY, a second DRAM-PHY, a temperature sensor, a memory controller, a first master, and a second master. And the second master are masters capable of accessing the first DRAM-PHY and the second DRAM-PHY, and the memory controller controls access from each master to each DRAM-PHY and uses a temperature sensor. When the temperature change of the semiconductor device is detected, the memory controller issues a retraining instruction to the first DRAM and the second DRAM, and the first master preferentially accesses the first DRAM. The second DRAM requests access to the second DRAM during the period when the first DRAM is inaccessible, and the second master preferentially accesses the second DRAM. If there is an access request from the master of the second DRAM to the second DRAM, its own access processing is delayed, and if there is an access request from the first master and the second master to the second DRAM at the same time, the memory controller The feature is that the request from one master is prioritized.
本発明に係る半導体装置によれば、DRAMアクセスを用いるシステムにおいて、リアルタイム処理を必要とするシステムを破綻させないメモリアクセス制御を行うことができる。 According to the semiconductor device of the present invention, in a system using DRAM access, it is possible to perform memory access control that does not break down a system that requires real-time processing.
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施例1にかかわる半導体装置の図である。 First Embodiment FIG. 1 is a diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
100は、本発明における半導体装置である。半導体装置100は、CPU101、メモリコントローラ102、マスタ103(第一のマスタ)、マスタ104(第二のマスタ)、DRAM−PHY105、DRAM−PHY106、温度センサ107によって構成される。半導体装置100は、外部メモリであるDRAM110、DRAM120と接続しており、これらをシステム上のメインメモリとして使用する。 100 is a semiconductor device in the present invention. The semiconductor device 100 includes a CPU 101, a memory controller 102, a master 103 (first master), a master 104 (second master), a DRAM-PHY 105, a DRAM-PHY 106, and a temperature sensor 107. The semiconductor device 100 is connected to the DRAM 110 and the DRAM 120, which are external memories, and uses them as the main memory on the system.
CPU101は、半導体装置100全体の制御を担う制御装置である。CPU101は、マスタ103、マスタ104、メモリコントローラ102、温度センサ107等、各回路ブロックのレジスタにアクセスすることで、各回路ブロックの制御を行う。 The CPU 101 is a control device that controls the entire semiconductor device 100. The CPU 101 controls each circuit block by accessing the registers of each circuit block such as the master 103, the master 104, the memory controller 102, and the temperature sensor 107.
マスタ103、104は、外部メモリであるDRAM110、120に対してマスタとなる機能ブロックである。マスタ103は、例えば動画符号化回路、動画記録回路、表示回路等、リアルタイム性が求められ、多くの処理を必要とする回路である。マスタ104は、レンズ制御回路、静止画現像回路等、マスタ103と比較するとリアルタイム性が求められない回路である。また、ここではマスタは103、104の2つのみしか図示していないが、他にも不図示の多くのマスタが存在している。 The masters 103 and 104 are functional blocks that serve as masters for the DRAMs 110 and 120 that are external memories. The master 103 is a circuit such as a moving picture coding circuit, a moving picture recording circuit, and a display circuit that requires real-time processing and requires a lot of processing. The master 104 is a circuit, such as a lens control circuit and a still image developing circuit, which does not require real-time property as compared with the master 103. Although only two masters 103 and 104 are shown here, there are many other masters not shown.
102はメモリコントローラである。メモリコントローラ102は、マスタ103、104等、数多くのマスタからメモリアクセスの要求を受け付け、DRAM−PHY105または106を経由して、DRAM110または120へメモリアクセスの要求を行う。その際、メモリコントローラ102は各マスタからのアクセス要求を調停し、あらかじめ決められた優先順位に従って各DRAM−PHY経由で各DRAMへアクセスを行う。 102 is a memory controller. The memory controller 102 accepts memory access requests from many masters such as the masters 103 and 104, and makes a memory access request to the DRAM 110 or 120 via the DRAM-PHY 105 or 106. At this time, the memory controller 102 arbitrates the access request from each master and accesses each DRAM via each DRAM-PHY in accordance with a predetermined priority order.
110、120は、外部のDRAMである。DRAM110、120は、それぞれ対応するDRAM−PHY105、106からのアクセス要求に従って、データ書き込みまたは読み出しを行う。ここではDRAMは2つとしたが、3つ以上のDRAMが存在しても良い。その場合は別途独立したDRAM−PHYがメモリコントローラ102に接続されているものとする。 110 and 120 are external DRAMs. The DRAMs 110 and 120 write or read data according to the access requests from the corresponding DRAM-PHYs 105 and 106, respectively. Although two DRAMs are used here, three or more DRAMs may exist. In that case, it is assumed that a separate independent DRAM-PHY is connected to the memory controller 102.
なお、図1は模式図であり、各マスタと各DRAM−PHYの実際の大きさや位置関係は必ずしもこの図と一致しないが、相対的な位置関係としては、マスタ103とDRAM−PHY105が近傍に、マスタ104とDRAM−PHY106が近傍に配置されているものとする。そのため、マスタ103がDRAM−PHY105へアクセスする際は小さなレイテンシでアクセスできるが、マスタ103がDRAM−PHY106へアクセスする際は大きなレイテンシが発生する。同様に、マスタ104がDRAM−PHY106へアクセスする際は小さなレイテンシでアクセスできるが、マスタ104がDRAM−PHY105へアクセスする際は大きなレイテンシが発生する。 Note that FIG. 1 is a schematic diagram, and the actual size and positional relationship between each master and each DRAM-PHY do not necessarily match this figure, but the relative positional relationship is that the master 103 and the DRAM-PHY 105 are close to each other. , The master 104 and the DRAM-PHY 106 are arranged in the vicinity. Therefore, when the master 103 accesses the DRAM-PHY 105, it can be accessed with a small latency, but when the master 103 accesses the DRAM-PHY 106, a large latency occurs. Similarly, when the master 104 accesses the DRAM-PHY 106, it can be accessed with a small latency, but when the master 104 accesses the DRAM-PHY 105, a large latency occurs.
107は、温度センサである。温度センサ107は、半導体装置100の温度をある一定間隔で定期的に測定する。CPU101は、温度センサ107によって得られた温度情報を定常的に監視し、その温度変化情報によって、メモリコントローラ102に対してリトレーニングの実施/非実施、リトレーニング間隔の変更などの制御を命令する。 107 is a temperature sensor. The temperature sensor 107 periodically measures the temperature of the semiconductor device 100 at certain fixed intervals. The CPU 101 constantly monitors the temperature information obtained by the temperature sensor 107, and instructs the memory controller 102 to perform control such as execution/non-execution of retraining and change of retraining interval according to the temperature change information. ..
図2は、半導体装置100の温度の時間変化と、リトレーニング間隔の関係について表した図である。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the time change of the temperature of the semiconductor device 100 and the retraining interval.
時刻t100までは、半導体装置100は定常動作をしており、半導体装置100の温度変化はほとんどない。時刻t100以降、半導体装置100の動作モードが変化し、動画記録モード等、電力を多く消費し発熱するモードに切り替わったとする。動作モードが切り替わった後、時刻t200までは温度変化が大きく、時刻t200までは傾きがある一定値K以上である。また、時刻t200以降は温度変化も緩やかになり、傾きがある一定値K以下になったとする。さらに、時刻t300以降は定常状態になり、温度変化はほぼなくなるものとする。 Until time t100, the semiconductor device 100 is in a steady operation, and the temperature of the semiconductor device 100 hardly changes. After time t100, it is assumed that the operation mode of the semiconductor device 100 is changed and switched to a mode in which a large amount of power is consumed and heat is generated, such as a moving image recording mode. After the operation mode is switched, the temperature change is large until time t200, and the slope is equal to or more than a certain constant value K until time t200. It is also assumed that after time t200, the temperature change also becomes gentle and the slope becomes less than a certain value K. Further, it is assumed that after time t300, the steady state is reached and the temperature change is almost eliminated.
時刻t100までの区間では、温度変化がほぼないためトランジスタの特性もほぼ変化せず、リトレーニング実施は不要である。よって、メモリコントローラ102は、PHY105、106に対してリトレーニング実行の命令を発行することが無く、DRAM110、120においてリトレーニングが実行されない。 In the section up to time t100, since there is almost no temperature change, the characteristics of the transistor hardly change, and retraining is not necessary. Therefore, the memory controller 102 does not issue a retraining execution instruction to the PHYs 105 and 106, and retraining is not performed in the DRAMs 110 and 120.
時刻t100からt200までの区間では、温度変化が傾きK以上であり、リトレーニングをT1の間隔で実施する。この区間は温度変化が大きい区間であるため、T1は比較的小さな時間間隔であり、頻繁にリトレーニングを必要とする。メモリコントローラ102は、PHY105、106に対してT1の間隔でリトレーニング実施の命令を発行し、DRAM110、120のリトレーニングを行う。 In the section from the time t100 to the time t200, the temperature change is the slope K or more, and the retraining is performed at the interval of T1. Since this section is a section in which the temperature change is large, T1 is a relatively small time interval and frequently requires retraining. The memory controller 102 issues a retraining instruction to the PHYs 105 and 106 at intervals of T1 to retrain the DRAMs 110 and 120.
また、時刻t200からt300までの、傾きがK以下の区間では、T2>T1であるT2の間隔でリトレーニングを実施する。この区間では温度変化が緩やかになるため、T1ほどの間隔でリトレーニングを実施する必要はなく、T1より大きなT2の間隔でリトレーニングを実施する。さらに、時刻t300以降は温度変化がほぼ無くなり、リトレーニング実施も中止する。 Further, in the section from time t200 to t300 where the inclination is K or less, retraining is performed at intervals of T2 where T2>T1. Since the temperature change is gentle in this section, it is not necessary to perform retraining at intervals of about T1, and retraining is performed at intervals of T2 larger than T1. Furthermore, after time t300, there is almost no change in temperature, and retraining is also stopped.
以上により、半導体装置100の温度変化に応じて適切なリトレーニング間隔となり、DRAMアクセスできない期間が不必要に増えるということが無い。また、DRAM110とDRAM120が同時にリトレーニングを開始してしまうと、DRAMにアクセスできない期間が生じてしまう。そのため、DRAM110とDRAM120のリトレーニングは、図2の通りタイミングをずらして実行される。例えば、時刻t100からt200の区間ではDRAM110と120のリトレーニングのタイミングはT1/2の時間だけずれ、時刻t200からt300の区間では、DRAM110と120のリトレーニングのタイミングはT2/2の時間だけずれる。 As described above, the retraining interval becomes appropriate according to the temperature change of the semiconductor device 100, and the period during which the DRAM cannot be accessed does not unnecessarily increase. Further, if the DRAM 110 and the DRAM 120 start retraining at the same time, a period in which the DRAM cannot be accessed occurs. Therefore, the retraining of the DRAM 110 and the DRAM 120 is executed with a timing shift as shown in FIG. For example, in the period from time t100 to t200, the retraining timing of the DRAMs 110 and 120 is shifted by T1/2 time, and in the period from time t200 to t300, the retraining timing of the DRAMs 110 and 120 is shifted by T2/2 time. ..
また、DRAMが3つ以上であった場合においても、メモリコントローラ102はすべてのDRAMのリトレーニングタイミングがバラバラになるように制御する。そのため、すべてのDRAMをトータルで見たときに、DRAMにアクセスできない期間は存在しない。 Even when the number of DRAMs is three or more, the memory controller 102 controls the retraining timings of all the DRAMs to be different. Therefore, when looking at all the DRAMs in total, there is no period during which the DRAMs cannot be accessed.
次に、図3を用いて、DRAM110とDRAM120のアクセス量について説明する。図3における時間軸としては、例えば図2におけるt100からt200の間の間隔を拡大したものである。 Next, the access amount of the DRAM 110 and the DRAM 120 will be described with reference to FIG. As the time axis in FIG. 3, for example, the interval between t100 and t200 in FIG. 2 is enlarged.
図3(a)は、時間軸に対してDRAM110に対するアクセス量を表したグラフである。図3(a)のA1で示した領域は、マスタ103のDRAM110へのアクセスを示している。マスタ103は、定常的にグラフ縦軸でAの量のアクセス量を必要としている。マスタ103は、基本的には少ないレイテンシでアクセスできるDRAM110へアクセスをする。 FIG. 3A is a graph showing the access amount to the DRAM 110 with respect to the time axis. The area indicated by A1 in FIG. 3A indicates access to the DRAM 110 of the master 103. The master 103 constantly requires an access amount of A on the vertical axis of the graph. The master 103 basically accesses the DRAM 110 that can be accessed with low latency.
図3(a)の時刻t1〜t2およびt7〜t8の空白期間は、DRAM110のリトレーニング期間を表している。この間、各マスタはDRAM110へアクセスすることができない。 The blank periods at times t1 to t2 and t7 to t8 in FIG. 3A represent the retraining period of the DRAM 110. During this time, each master cannot access the DRAM 110.
図3(b)は、時間軸に対してDRAM120に対するアクセス量を表したグラフである。図3(b)のB1〜B3で示した領域は、マスタ104のDRAM120へのアクセスを示している。マスタ104は、定常的にグラフ縦軸でBの量のアクセス量を必要としている。マスタ104は、基本的には少ないレイテンシでアクセスできるDRAM120へアクセスをする。 FIG. 3B is a graph showing the access amount to the DRAM 120 with respect to the time axis. Areas B1 to B3 in FIG. 3B indicate access to the DRAM 120 of the master 104. The master 104 constantly requires an access amount of B on the vertical axis of the graph. The master 104 basically accesses the DRAM 120 that can be accessed with low latency.
また、図3(b)のA2で示した領域は、マスタ103のDRAM120へのアクセスを示している。本来であればマスタ103は少ないレイテンシでアクセスできるDRAM110へアクセスするが、時刻t1〜t2およびt7〜t8ではDRAM110へアクセスできないため、DRAM120へ割込みアクセス要求を行う。 The area indicated by A2 in FIG. 3B indicates access to the DRAM 120 of the master 103. Originally, the master 103 accesses the DRAM 110 which can be accessed with a small latency, but cannot access the DRAM 110 at times t1 to t2 and t7 to t8, and therefore issues an interrupt access request to the DRAM 120.
メモリコントローラ102は、このようにリアルタイム処理が必要なマスタ103からDRAM120へ割込みアクセス要求があった場合、本来DRAM120へアクセスを必要としていたマスタ104よりもマスタ103のアクセスを優先するように制御する。 When there is an interrupt access request from the master 103 that requires real-time processing to the DRAM 120, the memory controller 102 controls so that the master 103 has priority over the master 104 that originally needed to access the DRAM 120.
時刻t1〜t2で、本来DRAM120へアクセスを必要としていたマスタ104は、マスタ103の割込みアクセスを優先することにより、本来の自分のアクセスを時刻t2〜t3で後ろ倒しのアクセスを行う(B2の領域)。 At time t1 to t2, the master 104, which originally needed to access the DRAM 120, gives its original access backward from time t2 to t3 by prioritizing the interrupt access of the master 103 (area B2). ).
また、図3(b)の時刻t4〜t5およびt10〜t11の空白期間は、DRAM120のリトレーニング期間を表している。この間、各マスタはDRAM120へアクセスすることができない。この期間中、本来DRAM120へアクセスを必要としていたマスタ104は、アクセスの時刻をt5〜t6へ後ろ倒しする(B3の領域)。 Further, the blank periods at times t4 to t5 and t10 to t11 in FIG. 3B represent the retraining period of the DRAM 120. During this time, each master cannot access the DRAM 120. During this period, the master 104, which originally needs access to the DRAM 120, delays the access time to t5 to t6 (area B3).
以上の構成にすることで、複数マスタ、複数DRAMをとる構成において、リアルタイム処理を必要とするシステムを破綻させないメモリアクセス制御をすることが可能となる。 With the above configuration, it is possible to perform memory access control that does not break down a system that requires real-time processing in a configuration including multiple masters and multiple DRAMs.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
100 半導体装置、101 CPU、102 メモリコントローラ、
103 マスタ、104 マスタ、105 DRAM−PHY、
106 DRAM−PHY、107 温度センサ、110 DRAM、
120 DRAM
100 semiconductor device, 101 CPU, 102 memory controller,
103 master, 104 master, 105 DRAM-PHY,
106 DRAM-PHY, 107 temperature sensor, 110 DRAM,
120 DRAM
Claims (4)
第一のマスタおよび第二のマスタは第一のDRAM−PHY、第二のDRAM−PHYにアクセス可能なマスタであり、メモリコントローラは、各マスタから各DRAM−PHYへのアクセス制御を行い、
温度センサによって半導体装置の温度変化が検知された場合、メモリコントローラは第一のDRAMおよび第二のDRAMへリトレーニングの命令を発行し、
第一のマスタは、第一のDRAMへ優先的にアクセスするが、第一のDRAMがアクセスできない期間中は第二のDRAMへアクセスを要求し、
第二のマスタは、第二のDRAMへ優先的にアクセスするが、第二のDRAMがアクセスできない期間中および第一のマスタから第二のDRAMへアクセス要求があった場合は自身のアクセス処理を後ろ倒し、
第一のマスタおよび第二のマスタから同時に第二のDRAMへアクセス要求があった場合、メモリコントローラは第一のマスタからの要求を優先することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising: a first DRAM, a second DRAM, a first DRAM-PHY, a second DRAM-PHY, a temperature sensor, a memory controller, a first master, and a second master.
The first master and the second master are masters capable of accessing the first DRAM-PHY and the second DRAM-PHY, and the memory controller controls access from each master to each DRAM-PHY,
When the temperature sensor detects a temperature change in the semiconductor device, the memory controller issues a retraining instruction to the first DRAM and the second DRAM,
The first master preferentially accesses the first DRAM, but requests access to the second DRAM while the first DRAM is inaccessible,
The second master preferentially accesses the second DRAM, but performs its own access processing during the period when the second DRAM is inaccessible and when there is an access request from the first master to the second DRAM. Rearward,
A semiconductor device, wherein the memory controller gives priority to the request from the first master when the first master and the second master request access to the second DRAM at the same time.
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