JP4517741B2 - 記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のリードポートを設けた記憶装置に関する。

一般に、画像データや音声データを処理する装置として、回路ブロック間でのデータ転送時の動作タイミングを調整するために、入力側動作と出力側動作が非同期に実現できるＦＩＦＯ型の記憶装置を備えた情報処理装置が提案されている。

図１はこのような従来の情報処理装置を示す図である。図１に示すように、情報処理装置１は、ＦＩＦＯ(First In First Out)メモリ２Ａ、２Ｂ、データ処理装置３Ａ、３Ｂ、出力制御部４Ａ、４Ｂを有する。ＦＩＦＯメモリ２Ａ、２Ｂはシングルポートメモリである。この情報処理装置１は、ある入力データを、それぞれ異なるタイミングで動作する複数の処理で使用する場合、シングルポートのＦＩＦＯメモリ２Ａ、２Ｂに一旦データを取り込むことで、それ以降のデータ処理を異なるタイミングで実行できるようにしている。

上記構成では同一の入力データを保持するために、ＦＩＦＯメモリ２Ａ、２Ｂを処理回路ごとに複数持たなければならないため、回路規模の増大の原因となっていた。この回路規模の増大という問題点を解決するものとしてデュアルポートメモリを備えた情報処理装置が提案されている。

図２は、従来のデュアルポートメモリを用いた情報処理装置を示す図である。図２に示すように、この情報処理装置１１は、デュアルポートを有するＦＩＦＯメモリ１２、データ処理装置３Ａ、３Ｂ、出力制御部４Ａ、４Ｂを備える。ＦＩＦＯメモリ１２は、データの入力(書き込み)と出力(読み出し)とを同時に、すなわち、互いに非同期に、行えるようにするためのデュアルポートメモリである。このデュアルポートメモリに対するデータの入力、出力動作はそれぞれ非同期に制御される。

図３は、デュアルポートメモリ（１Ｗ２Ｒ）を使用した従来例の記憶装置のブロック図である。図３に示すように、記憶装置２０は、デュアルポートメモリ１２、入力制御部１３、出力制御部１４Ａ、１４Ｂ、ライトポインタ１５、リードポインタ１６Ａ、１６Ｂ、フラグ制御部１７を備える。デュアルポートメモリ１２は、１つのライトポートと複数のリードポートを備える。また、記憶装置２０はライトクロックドメインとリードクロックドメインを有する。入力制御部１３は、ライトポートから入力された入力データをデュアルポートメモリ１２に送る。

出力制御部１４Ａ、１４Ｂは、それぞれのリードポートへリードデータを供給する。ライトポイント１５は、ライトアクセスするアドレスを指定するものである。リードポインタ１６Ａ、１６Ｂは、リードアクセスするアドレスを指定するものである。フラグ制御部１７は、ライトポインタ１５とリードポインタ１６Ａ、１６Ｂの遅いほうの値とを比較してＦＵＬＬフラグｗｆｕｌｌを生成する。また、フラグ制御部１７は、ライトポインタ１５とリードポインタ１６ＡからエンプティフラグＥＭＰＴＹ＿Ａを生成し、ライトポインタ１５とリードポインタ１６ＢからエンプティフラグＥＭＰＴＹ＿Ｂを生成する。このように構成することにより、シングルポートメモリを用いた構成よりも回路規模を小さくできる。また、このようなデュアルポートメモリを用いた記憶装置として特許文献１記載のＦＩＦＯ回路が提案されている。

特許文献１記載のＦＩＦＯ回路は、デュアルポートメモリを備え、ＦＩＦＯに取り込まれたデータを再利用するために、１つのポインタと複数のリードポインタとを備えるというものである。

特開２０００−７６８４１号公報

しかしながら、図３で示した記憶装置２０や特許文献１記載のＦＩＦＯ回路では、複数のリードポートを有するデュアルポートメモリの使用を前提としているため、１つのシングルポートメモリを用いた場合に比べて回路規模が大きく、記憶装置全体の回路規模が大きくなるという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の問題点に鑑み、複数のリードポートを設けた場合でも回路規模を削減できる記憶装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の記憶装置は、データの書き込みと読み出しとを同一のポートで行うシングルポートメモリと、前記シングルポートメモリに書き込むデータを入力するライトポートと、前記シングルポートから読み出したデータを出力する複数のリードポートと、前記ライトポートから入力した複数個のデータをパッキングし、該パッキングしたデータを前記シングルポートメモリに送って前記シングルポートメモリに記憶させるデータパック部と、前記シングルポートメモリから読み出された、パッキングされたデータを記憶する非同期ＦＩＦＯをそれぞれ備え、前記非同期ＦＩＦＯに記憶されたパッキングされたデータをアンパッキングして対応するリードポートに送る、前記複数のリードポートに対応してそれぞれ設けられた複数のデータアンパック部と、前記シングルポートメモリのデータを書き込むアドレスを示すライトアドレスと、前記シングルポートメモリから読み出すデータのアドレスを示すリードアドレスとを選択的に前記シングルポートメモリに送って前記シングルポートメモリへのデータの書き込みと前記シングルポートメモリからのデータの読み出しとを制御すると共に、非同期ＦＩＦＯのデータ記憶状態がフル状態にある場合に、対応するデータアンパック部から送られるデータ記憶状態がフルの状態を示す信号と、非同期ＦＩＦＯのデータ記憶状態がエンプティ状態にある場合に、対応するデータアンパック部から送られるデータ記憶状態がエンプティの状態を示す信号とを参照して、データ記憶状態がエンプティ状態の非同期ＦＩＦＯ部を選択し、選択した非同期ＦＩＦＯ部に優先的にデータを送るように前記シングルポートメモリからのデータの読み出しを制御する第１読み出し方式と、データ記憶状態がフル状態の非同期ＦＩＦＯ部にデータを送らないように前記シングルポートメモリからのデータの読み出しを制御する第２読み出し方式とを用いて、前記シングルポートメモリから読み出されたデータの送り先を制御するメモリアドレス制御部とを備えている。

請求項１記載の発明は、複数個のデータをパッキングしてシングルポートメモリに書き込み、また、シングルポートメモリから読み出したデータをアンパッキングして出力するようにしている。また、書き込み用の書き込みアドレスと読み出し用の複数の読み出しアドレスを制御しながらシングルポートメモリにアドレスを所定の順序で選択出力するので、１つのシングルポートメモリを用いた場合でも、見かけ上は常に書き込みと読み出しを行うことができる。これにより、複数のリードポートを設けた場合でも回路規模を削減することができる。
さらに、データ記憶状態がエンプティ状態の非同期ＦＩＦＯ部に優先的に読み出したデータを送る第１読み出し方式と、データ記憶状態がフル状態の非同期ＦＩＦＯ部に読み出したデータを送らないようにする第２読み出し方式とを用いて、シングルポートメモリから読み出したデータを送るデータアンパック部を選択しているので、データの読み出しを効率的に行うことができる。

また上記記憶装置において、前記複数のリードポートは、それぞれ周波数の異なる読み出しクロックに同期してデータを出力するとよい。

また上記記憶装置において、前記データパック部がパッキングする複数個のデータのデータ数ｎ（ｎは、任意の整数）は、前記ライトポートの動作クロック（ライトクロック）の周波数をＣｗ、前記シングルポートメモリの動作クロック（システムクロック）の周波数をＣｍ、前記複数のリードポートのそれぞれの動作クロック（リードクロック）の周波数の和をＣｒｘとした場合に、ｎ≧（Ｃｗ＋Ｃｒｘ）／Ｃｍの関係を満たすとよい。

本発明によれば、複数のリードポートを設けた場合でも回路規模を削減できる記憶装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。

図４は、本実施例に係る記憶装置２１のブロック図である。本実施例では、シングルポートＲＡＭを使用した場合の構成例である。図４に示すように、記憶装置２１は、シングルポートメモリ２２、データパック部２３、リードポート２４Ａ、２４Ｂ、データアンパック部２５Ａ、２５Ｂ、フラグ制御部２６、メモリアドレス制御部２７、ライトポート２８を備える。本実施例では、シングルポートメモリ２２の制御回路の動作クロックとして、ライトクロックを使用する場合について説明する。

記憶装置２１は、１つのライトポート２８と、複数の異なるアドレスのリードデータを出力可能な複数のリードポート２４Ａ、２４Ｂを有する。リードポート２４Ａ、２４Ｂは、それぞれが異なるクロックで動作可能なように、データアンパック部２５Ａ、２５Ｂの前段に少数ワード数の非同期ＦＩＦＯメモリ３０Ａ、３０Ｂが配置されている。このリードポート２４Ａ、２４Ｂは、複数の異なるアドレスのリードデータを出力可能である。

シングルポートメモリ２２は、１サイクルに書き込みまたは読み出しのどちらか一方のみが可能なメモリである。シングルポートメモリのワード幅は、入力されるデータのｎ倍で構成されている。これにより、ｎ個のデータをパッキングできる。例えば、シングルポートメモリ２２は、入出力されるデータが８ビット幅の場合、３２ビット幅のバス幅を有する。このように構成することで、８ビットを４回溜めてから３２ビットでライトすることで４回分を１度にライトすることができる。

また、リードするときも、３２ビットを一度に読み出すことができ、この読み出したデータを４回に分けることでリードデータとして供給することができる。シングルポートメモリ２２は、メモリアドレス制御部２７からのアドレスに応じて内部メモリにライトデータｗｄａｔａを書き込み、またリードデータｒｄａｔａを読み出す。

データパック部２３は、ライトポートから入力されたｎ個のデータをパッキングしてシングルポートメモリ２２に書き込む。ここで、データパッキングのパッキング数ｎは下記の関係式（１）を満たす整数を確保する必要がある。
・ｎ≧(ライトクロック周波数＋すべてのリードクロック周波数の合計)／前記シングルポートメモリの動作クロック周波数 （１）
この関係式（１）は、関係式（２）のように表すこともできる。
ｎ≧(ＣＷ＋ＣＲ１＋ＣＲ２＋ ・・・)／ＣＭ （２）
関係式（２）において、ＣＷはライトクロック周波数(Ｈｚ)、ＣＲｘはリードクロック周波数(Ｈｚ)、ＣＭはメモリ動作クロック周波数(Ｈｚ)をそれぞれ表す。

図４に示した構成では、ライトクロック周波数ＣＷ＝シングルポートメモリの動作クロック周波数ＣＭである。たとえば、ライトクロック周波数ＣＷが５０ＭＨｚで書き込み、リードポート１のクロック周波数ＣＲ１が５０ＭＨｚで読み出し、リードポート２のクロック周波数ＣＲ２が１００ＭＨｚで読み出したい場合、関係式（２）から、
・ｎ≧(５０＋５０＋１００)／５０＝４
となるので、最低パッキング数ｎ＝４が必要となる。

データパック部２３は、ライトイネーブルＷＥのアサートとともに入力された入力データを有効データとして順次取り込み、ｎ個データパッキングを行い、ｎ個のパッキング完了かつメモリアドレス制御部２７で生成されるライトアドレスセレクト信号のアサートの条件で、シングルポートメモリ２２へパッキングデータの書き込みを行う。

データアンパック部２５Ａ、２５Ｂは、シングルポートメモリ２２から読み出されたパッキングデータｒｄａｔａをｎ個のデータＲＤＡＴＡにアンパッキング（分割）して、順次リードポート２４Ａ、２４Ｂに出力する。図４では、リードポート２４Ａ、２４Ｂごとに異なるクロック周波数で動作可能なように、アンパッキングする前に少数ワード数の非同期ＦＩＦＯメモリ３０Ａ、３０Ｂでパッキングデータをバッファリングして、非同期ＦＩＦＯメモリ３０Ａ、３０Ｂから読み出したデータをアンパッキングする構成としている。

データアンパック部２５Ａ、２５Ｂは、シングルポートメモリ２２から読み出されたパッキングデータｒｄａｔａを受け取るごとに、リードイネーブル信号ｒｅ＿１、ｒｅ＿２をアサートして、リードポインタ３２、３３に出力する。データアンパック部２５Ａ、２５Ｂは、フラグ制御部２６からフルフラグｆｕｌｌ、エンプティフラグｅｍｐを受け取ると、これらをメモリアドレス制御部２７へ出力し、また、エンプティフラグｅｍｐを受け取った場合には、エンプティフラグＥＭＰＴＹをリードポート２４Ａ、２４Ｂに出力する。データアンパック部２５Ａ、２５Ｂは、パッキングデータｒｄａｔａを受け取るごとに、リードイネーブル信号ＲＥをリードポート２４Ａ、２４Ｂに出力する。

ライトポインタ３１は、シングルポートメモリ２２への書き込み信号ｗｅを受けて対応するアドレスをインクリメントする。リードポインタ３２、３３は、データアンパック部２５Ａ、２５Ｂからのリードイネーブル信号ｒｅ＿１，ｒｅ＿２を受けて、それぞれ対応するアドレスをインクリメントする。したがって、このライトポインタ３１、リードポインタ３２、３３が、書き込みおよび読み出しが実行されるたびに、対応するライトアドレスまたはリードアドレスのアドレスカウントをインクリメントするアドレス生成部に相当する。

フラグ制御部２６は、ライトポインタ３１から送られた書き込みアドレスｗａｄｄｒと複数のリードポインタ３２、３３から送られた読み出しアドレスｒａｄｄｒからフルフラグｗｆｕｌｌ／エンプティフラグｒｅｍｐ＿１、ｒｅｍｐ＿２を生成する。このフラグ制御部２６は、ライトポインタ３１とリードポインタ３２、３３の内で一番遅いポインタの値とを比較してフルフラグｗｆｕｌｌを生成し、ライトポインタ３１と、個々のリードポインタ３２、３３とからエンプティフラグｒｅｍｐをそれぞれ生成する。なお、フルフラグｗｆｕｌｌは１つのライトポートに対応して１つ生成される。エンプティフラグｒｅｍｐはリードポートの数に応じて生成される。

メモリアドレス制御部２７は、メモリ選択の方式に応じて、書き込み用の１つの書き込みアドレスｗａｄｄｒと読み出し用の複数の読み出しアドレスｒａｄｄｒ＿１、ｒａｄｄｒ＿２を制御しながらシングルポートメモリ２２にアドレスａｄｄｒを所定の順序で選択出力すると共に、選択されているアドレスを示すアドレスセレクト信号(wsel、rsel_１、…)をアサートする。

図５はメモリアドレス制御部２７における入出力信号を説明する図である。メモリアドレス制御部２７は、メモリ選択の方式に応じて、書き込み用の１つの書き込みアドレスｗａｄｄｒ、読み出し用の複数の読み出しアドレスｒａｄｄｒ＿１、フルフラグｆｕｌｌ、エンプティフラグｅｍｐｔｙを受け、シングルポートメモリ２２にアドレスａｄｄｒを所定の順序で選択出力すると共に、選択されているアドレスを示すアドレスセレクト信号(wsel、rsel_１、…)をアサートする。

図６は、メモリアドレスの選択方式を説明する図である。図６に示すように、メモリ選択の方式としては、１)固定順序でアドレスを切替える方式、リードポート２４Ａ、２４Ｂの非同期ＦＩＦＯメモリ３０Ａ、３０Ｂのフラグを参照して、２)Ｅｍｐｔｙポートを優先してアドレス選択する方式、３)Ｆｕｌｌポートを除外してアドレスを選択する方式等の方式をとることができる。

１）の固定順序方式は、複数のリードポートのクロック周波数比に応じて一定の順序でアドレスを切り替えるという方式である。
２）のＥｍｐｔｙポート優先方式は、リードポート２４Ａ、２４Ｂの非同期ＦＩＦＯメモリ３０Ａ、３０Ｂのフラグを参照して、データの足りないところに優先的にデータを割り当てるという方式である。
３）のＦｕｌｌポート除外方式は、リードポート２４Ａ、２４Ｂの非同期ＦＩＦＯメモリ３０Ａ、３０Ｂのフラグを参照して、Ｆｕｌｌになっているポートを除外して他のポートにリードを優先的に割り当てるという方式である。なお、メモリアドレスの選択方式はここで上げた例に限られず他のアドレス選択方式を用いてもよい。

このメモリアドレス制御部２７は、複数のリードポート２４Ａ、２４Ｂの読み出し状況に応じて、シングルポートメモリ２２に出力するアドレスの選択方式を変更するようにしてもよい。これにより、ダイナミックなアドレス制御を行うことができる。

本実施例によれば、入力データをそれぞれ異なるタイミングで動作する複数の処理で使用する場合などで、従来複数のＦＩＦＯを使用しなければならなかったが、本発明では複数のリードポートを有するＦＩＦＯを使用することで、1つのシングルポートメモリで機能を実現できる。メモリの占有面積は、シングルポートメモリ、またはデュアルポートメモリの回路規模でほぼ決定される。シングルポートメモリは、デュアルポートメモリのほぼ半分以下の回路規模となる。このため、メモリ自体の半分以下の回路規模となる。これにより、記憶装置の回路規模を削減することができる。

また、回路サイズが小さいシングルポートメモリを使用してＦＩＦＯメモリを実現できるので、ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）のチップサイズ削減によるコストダウンが可能である。

さらに、各リードポートをそれぞれ異なるクロックで動作させることが可能である。これにより、デュアルポートメモリを用いた場合、リードポートのアクセスがすべて同一のクロック同期でしか行えないため、リードポートのアクセスを異なるクロック同期で行うことができないという問題を解決できる。

本実施例の記憶装置は、例えば画像処理装置における画像圧縮部分に適用することができる。タグ情報を有するＬａｂ色空間で表現された画素の情報を圧縮する際に、ａを圧縮するとき、ｂを圧縮するときにそれぞれタグ情報が必要である場合でも、本実施例で説明した記憶装置によれば、圧縮に必要なタグ情報をそれぞれのタイミングで読み出すことができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば上記実施例では２つのリードポートを有する場合を例をとって説明したがリードポートの数は、３ポートでも、４ポートでもよく、リードポートの数は特に限定されない。

従来の情報処理装置を示す図である。 従来のデュアルポートメモリを用いた情報処理装置を示す図である。 デュアルポートメモリを使用した従来例の記憶装置のブロック図である。 本実施例に係る記憶装置のブロック図である。 メモリアドレス制御部における入出力信号を説明する図である。 メモリアドレスの選択方式を説明する図である。

符号の説明

２１ 記憶装置
２２ シングルポートメモリ
２３ データパック部
２４Ａ、２４Ｂ リードポート
２５Ａ、２５Ｂ データアンパック部
２６ フラグ制御
２７ メモリアドレス制御部
２８ ライトポート

Claims (3)

1. データの書き込みと読み出しとを同一のポートで行うシングルポートメモリと、
   前記シングルポートメモリに書き込むデータを入力するライトポートと、
   前記シングルポートから読み出したデータを出力する複数のリードポートと、
   前記ライトポートから入力した複数個のデータをパッキングし、該パッキングしたデータを前記シングルポートメモリに送って前記シングルポートメモリに記憶させるデータパック部と、
   前記シングルポートメモリから読み出された、パッキングされたデータを記憶する非同期ＦＩＦＯをそれぞれ備え、前記非同期ＦＩＦＯに記憶されたパッキングされたデータをアンパッキングして対応するリードポートに送る、前記複数のリードポートに対応してそれぞれ設けられた複数のデータアンパック部と、
   前記シングルポートメモリのデータを書き込むアドレスを示すライトアドレスと、前記シングルポートメモリから読み出すデータのアドレスを示すリードアドレスとを選択的に前記シングルポートメモリに送って前記シングルポートメモリへのデータの書き込みと前記シングルポートメモリからのデータの読み出しとを制御すると共に、非同期ＦＩＦＯのデータ記憶状態がフル状態にある場合に、対応するデータアンパック部から送られるデータ記憶状態がフルの状態を示す信号と、非同期ＦＩＦＯのデータ記憶状態がエンプティ状態にある場合に、対応するデータアンパック部から送られるデータ記憶状態がエンプティの状態を示す信号とを参照して、データ記憶状態がエンプティ状態の非同期ＦＩＦＯ部を選択し、選択した非同期ＦＩＦＯ部に優先的にデータを送るように前記シングルポートメモリからのデータの読み出しを制御する第１読み出し方式と、データ記憶状態がフル状態の非同期ＦＩＦＯ部にデータを送らないように前記シングルポートメモリからのデータの読み出しを制御する第２読み出し方式とを用いて、前記シングルポートメモリから読み出されたデータの送り先を制御するメモリアドレス制御部と、
   を有することを特徴とする記憶装置。
2. 前記複数のリードポートは、それぞれ周波数の異なる読み出しクロックに同期してデータを出力することを特徴とする請求項１記載の記憶装置。
3. 前記データパック部がパッキングする複数個のデータのデータ数ｎ（ｎは、任意の整数）は、前記ライトポートの動作クロック（ライトクロック）の周波数をＣｗ、前記シングルポートメモリの動作クロック（システムクロック）の周波数をＣｍ、前記複数のリードポートのそれぞれの動作クロック（リードクロック）の周波数の和をＣｒｘとした場合に、
   ｎ≧（Ｃｗ＋Ｃｒｘ）／Ｃｍ
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の記憶装置。

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