JP5056773B2 - メモリ制御装置 - Google Patents

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本発明は、DRAMモジュールをCPUがデータを読み出し可能に制御するメモリ制御装置に関し、詳しくは、Nビット幅のDRAMユニットから構成されているM×Nビット幅のDRAMモジュールを、CPUがデータを読み出し可能に制御するNビット幅のデータバスに対応したメモリ制御装置に関する。
パーソナルコンピュータで使用するメモリはSDR−SDRAM(Single-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)やDDR−SDRAM(Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)を使用したDRAMモジュールを使用することが多い。これはユーザに自由がメモリの容量を決めることができるメリットを持っている。そしてパーソナルコンピュータの処理速度の高速化に対応するために、DRAMモジュールのデータバスも16ビットから32ビット、64ビットと増加して、一度に読み込むデータ量を増やしている。その場合、本来ならばメモリ制御回路にもDRAMモジュールと同じデータバス幅が必要になる。
一方、プリンタ等の周辺機器では、パーソナルコンピュータほどの処理速度が必要ないため、パーソナルコンピュータ用の大量生産されたことで安価なDRAMモジュールは使用しながらも、メモリ制御回路のデータバス幅を少なくすることで製造コストを低減したいといった要請もある。そこで、例えば、32ビットのデータバスに64ビットのSDR−SDRAMをワイヤードオア接続し、マスク信号(DQM)によってSDRAMのデータ端子をマスクすることによって、ワイヤードオア接続された2つのSDRAMのデータ端子のうち所望の方からCPUが読み出しを行うことが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−187614号公報
SDR−SDRAMでは、マスク信号(DQM)によって2つのDRAMのデータ端子をマスクすることによってワイヤードオア接続された2つのSDRAMのデータ端子のうち所望の方からCPUが読み出し及び書き込みが行えた。しかし、DDR−SDRAMでは、マスク信号の規格がマスク信号(DM)となり、SDR−SDRAMとは規格が異なる。マスク信号(DM)は、DRAMのデータ端子をマスクすることによって、CPUによる他のDRAMのデータ端子への書き込みを可能とする。よって、2つのDRAMのデータ端子に対して、マスク信号(DM)によって一方のDRAMをマスクすることで、CPUは所望のタイミングで他方のDRAMのデータ端子に書き込みを行うことができる。しかし、マスク信号(DM)は、DRAMのデータ端子からの読み出しをマスクすることはできない規格となっている(例えば、ELPIDA DDR SDRAMの使い方 ユーザーズマニュアル参照)。
このため、DDR−DDRAMに対して上記公報の技術を採用すると、マスク信号(DM)ではどちらか一方のDRAMのデータ端子から読みだすことができないため、ワイヤードオア接続された2つのDRAM端子から同時にデータが読みだされ、読み出されたデータが衝突してしまう。データバスにセレクタを設けて、どちらのDRAMのデータ端子からデータを読み出すかを指示すればこのような衝突は回避できるが、製造コストが上昇してしまう。
そこで、本発明は、セレクタ等の構成を追加することなく、ワイヤードオア接続された複数のDRAMユニットのうち所望のDRAMユニットからCPUがデータを読み出し可能に制御するメモリ制御装置の提供を目的としてなされた。
上記目的を達するためになされた本発明は、N(Nは自然数)ビット幅のDRAMユニットから構成されているM×N(Mは2以上の自然数)ビット幅のDRAMモジュールを、CPUがデータを読み出し可能に制御するNビット幅のデータバスに対応したメモリ制御装置であって、それぞれNビット幅の上記DRAMユニットM個に対してワイヤードオア接続されたNビット幅のデータバスと、上記各DRAMユニットに、それぞれクロック信号を入力するクロック信号入力手段と、上記クロック信号入力手段により入力されるクロック信号に同期して、上記各DRAMユニットからの読み出しを指示する制御信号を上記各DRAMユニットに出力する読み出し制御信号出力手段と、を備え、上記クロック信号入力手段は、周期が同一で位相が互いに異なるクロック信号を上記各DRAMユニットに入力し、上記読み出し制御信号出力手段は、読み出し対象となる上記DRAMユニットに入力されるクロック信号に対してのみ有効となるタイミングで上記制御信号を出力し、その制御信号のパルス幅が上記クロック信号の1周期未満のパルス幅に短縮されていることを特徴としている。
このように構成された本発明では、クロック信号入力手段は、周期が同一で位相が互いに異なるクロック信号を、Nビット幅のDRAMユニットM個にそれぞれ入力する。そして、読み出し制御信号出力手段は、読み出し対象となるDRAMユニットに入力されるクロック信号に対してのみ有効となるタイミングで、各DRAMユニットからの読み出しを指示する制御信号を出力する。しかも、その制御信号のパルス幅は上記クロック信号の1周期未満のパルス幅に短縮されているので、その制御信号が他のDRAMユニットに対しても有効となってしまうのが良好に抑制される。
このため、読み出し制御信号出力手段が各DRAMユニットに対して同様に上記制御信号を出力しても、読み出し対象となるDRAMユニットに入力されるクロック信号に対してのみその制御信号が有効となり、CPUは、そのDRAMユニットからのデータのみを、M個のDRAMユニットがワイヤードオア接続されたNビット幅のデータバスを介して読み取ることができる。従って、本発明では、セレクタ等の構成を追加することなくデータの衝突を回避して、ワイヤードオア接続されたM個のDRAMユニットのうち所望のDRAMユニットからCPUがデータを読み出し可能な制御を実行することができる。
なお、本発明は以下の構成に限定されるものではないが、M=2であり、上記クロック信号入力手段は、上記各DRAMユニットに互いに反転したクロック信号を入力してもよい。この場合、各DRAMユニットには互いに反転したクロック信号を入力すればよいので、装置の構成を簡略化することができる。なお、ここでいう反転とは、必ずしも180°位相が異なることを示すのではなく、回路上反転するように構成されていればよい。例えば、クロックラインの長さのばらつき等によって、クロック信号の位相差が180°から多少ずれてもよい。
本発明が適用された制御部の構成を表すブロック図である。 その制御部におけるASIC側の信号を表すタイミングチャートである。 その制御部におけるDRAM側の信号を表すタイミングチャートである。 SDR−SDRAMに対するASIC側の信号を表すタイミングチャートである。 DDR−SDRAMに対して図4のタイミングで信号が出力された場合の課題を表すタイミングチャートである。
[制御部の構成]
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図1は、本発明が適用されたメモリ制御装置の一例としての、レーザプリンタの制御部の構成を表すブロック図である。図1に示すように、本実施の形態の制御部は、ASIC(application specific integrated circuit )1を中心に構成され、このASIC1には、32bit幅のデータバス50を介して、オプションの拡張メモリとしての64bitのDIMM70(DRAMモジュールの一例)が接続可能とされている。なお、DIMM70は、32bitのデータバスをもつ2つのDDR−SDRAM(以下、単にDRAMという:DRAMユニットの一例)80,90を備えて構成されている。
ASIC1は、CPU2と、そのCPU2にクロック信号(cpuclk)を入力する発振回路3とを備えている。また、発振回路3が出力するクロック信号(cpuclk)は、PLL(位相同期回路:Phase Locked Loop )4にも入力されている。PLL4は、上記クロック信号(cpuclk)に基づき、IOバッファ8、IOバッファ9のそれぞれに入力される周期が同一であって、位相が同じであるクロック信号(ddrclk)を生成する。
DRAM80,90はDDR−SDRAMであるため、クロック端子ck0から出力されるクロック信号と、クロック端子ck0#(#は負論理を表す)から出力される、クロック端子ck0から出力されるクロック信号とは位相が反転したクロック信号とで構成される1対のクロック信号を用いる周知の技術である差動伝送方式を用いて、DRAM80,90が制御される。
そのため、DRAM80のクロック端子ck,ck#には、クロック信号(ddrclk)と同じ位相であるクロック信号と、クロック信号(ddrclk)とは位相が反転したクロック信号とが、IOバッファ8を介して、それぞれ入力される。
また、図1に記載のように、IOバッファ9に接続されたASIC1のクロック端子ck1とクロック端子ck1#とからの配線はクロスして、DRAM90のクロック端子ck#,ckに接続されたDIMM70のクロック端子ck1#,ck1に、それぞれ接続されている。すなわち、DRAM90のクロック端子ckには、IOバッファ9を介して、クロック信号(ddrclk)とは位相が反転したクロック信号が入力される。そして、DRAM90のクロック端子ck#には、IOバッファ9を介して、クロック信号(ddrclk)と同じ位相であるクロック信号(ck1#)が入力される。
本発明の実施例では、DRAM80のクロック端子ckに入力されるクロック信号と、DRAM90のクロック端子ckに入力されるクロック信号とでは、周期が同一であるが、位相が反転している関係にある。すなわち、発振回路3、PLL4、及び、IOバッファ8,9はクロック信号入力手段に相当する。
また、上記クロック信号(cpuclk),(ddrclk)は、制御信号出力手段の一例としてのメモリ制御回路10にも入力されている。メモリ制御回路10は、IOバッファ11及びデータバス50を介してDRAM80,90からデータを読み込み、IOバッファ12及びデータバス50を介してDRAM80,90にデータを書き込む。32bit幅のデータバス50には、それぞれ32bitの2つのDRAM80,90のdq端子がワイヤードオア接続されている。
また、メモリ制御回路10は、IOバッファ14を介して制御信号の1つであるチップを選択する信号であるCS信号(cs#)を、IOバッファ15を介して他の制御信号である行アドレス指定信号であるRAS信号(ras#),列アドレス指定信号であるCAS信号(cas#),書き込み命令信号であるWE信号(we#)他を、各DRAM80,90に同時に出力する。なお、IOバッファ15は、実際には制御信号毎にそれぞれ設けられているが、図1では、図面を簡略化するため1つのIOバッファ15のみを記載した。
DRAM80またはDRAM90のクロック端子ckに入力されるクロック信号の立ち上がりに同期してDRAM80または90に読み込まれるCS信号,CAS信号,WE信号が全てLレベルで、同時に読み込まれるRAS信号がHレベルである場合、CPU2がメモリ制御回路10を介して、そのDRAM80または90へのデータの書き込み(ライト)を指示する。また、上記クロック信号の立ち上がりに同期してDRAM80または90に読み込まれるCS信号,CAS信号がLレベルで、同時に読み込まれるRAS信号,WE信号がHレベルである場合、CPU2がメモリ制御回路10を介してそのDRAM80または90からのデータの読み出し(リード)を指示する。更に、これらの各種制御信号や上記書き込みまたは読み出しがなされるデータ(ライトデータ,リードデータ)は、メモリ制御回路10とCPU2との間でも送受信される。
また、メモリ制御回路10は、IOバッファ13を介して、8ビットのマスク信号(DM)を出力する。そして、DRAM80のdm端子(4ビット)には、マスク信号の下位ビット[0:3]が入力され、DRAM90のdm端子(4ビット)には、マスク信号の上位ビット[7:4]が入力される。
ASIC1側から出力されるマスク信号(DM)は、0xF0=(11110000)b若しくは、0x0F=(00001111)bである(0xは16進数を表す)。0xF0=(11110000)bが出力されたときには、DRAM80には、下位ビットに対応する(0000)bが入力され、DRAM90には、上位ビットに対応する(1111)bが入力される。
また、0x0F=(00001111)bが出力されたときには、DRAM80には、下位ビットに対応する(1111)bが入力され、DRAM90には、上位ビットに対応する(0000)bが入力される。
DRAM80若しくはDRAM90に入力されたマスク信号がHレベルである(1111)bが入力されたときには、上述したDRAM80に入力されるクロック信号,DRAM90に入力されるクロック信号の立ち上がりに同期してDRAM80,90に読み込まれるCS信号,CAS信号,WE信号が全てLレベルで、同時に読み込まれるRAS信号がHレベルである場合であっても、DRAM80若しくはDRAM90にはデータが書き込まれない。
[制御部における処理]
本実施の形態のように、DRAM80,90がDDR−SDRAMの場合、マスク信号(DM)は、読み出しに対してはマスクを行うことができない規格となっている。ここで、DDR−SDRAMであるDRAM80,90に対してSDR−SDRAMと同様の制御を行った場合の課題を、図4,図5を用いて説明する。
図4は、ASIC1側のck端子に入力されるクロック信号と、制御信号(CS信号、RAS信号、CAS信号、WE信号)と、IOバッファ13から出力されるライトデータdq[31:0]と、マスク信号(DM)とのタイミングチャートをそれぞれ示したものである。
図5(A)は、DRAM80側のck端子に入力されるクロック信号と、制御信号(CS信号、RAS信号、CAS信号、WE信号)と、dq[31:0]と、入力されるマスク信号(DM)とのタイミングチャートをそれぞれ示したものである。また、図5(B)は、DRAM80側のck端子に入力されるクロック信号と、制御信号(CS信号、RAS信号、CAS信号、WE信号)と、dq[31:0]と、入力されるマスク信号(DM)とのタイミングチャートをそれぞれ示したものである。
なお、図4,図5において、Hi−Zはハイインピーダンスを表す。また、以下、各図において、DRAM80を一部DDR−SDRAM0と表記し、DRAM90を一部DDR−SDRAM1と表記する。
SDR−SDRAMを想定した従来の回路では、ASIC1のクロック端子ck0,ck1をDRAM80,90のクロック端子ckに同様に接続している。このため、図4,図5に示すように、時刻t1において、DRAM80及びDRAM90において、クロック信号の立ち上がりでCS信号がLレベル、RAS信号がHレベル、CAS信号がLレベル、WE信号がLレベルであるとき、DRAM80,90の双方にライトコマンドが発行される。
そして、図4に示すように、ライトコマンドが発行されてから所定の遅れ時間をもって、ASIC1は、32ビットのデータであるdt1、dt2、dt3、dt4を4回出力する。なお、4回出力するのは、仕様である。また、このとき同時に、ASIC1からは、マスク信号(DM)が0xF0=(11110000)bが出力されている。
このため、図5に示すように、DRAM80には、0x0=(0000)bが、DRAM90には、0xF=(1111)bが、それぞれマスク信号(DM)として入力されている。上記データの出力時点で、DRAM80にはLレベルの信号、DRAM90にはHレベルの信号が入力されているため、DRAM80及びDRAM90でライトコマンドが発行されていても、DRAM80においては、データが書き込まれるが、DRAM90では、データが書き込まれない。
逆に、図4,図5に示すように、時刻t2においてライトコマンドが発行された後のデータ出力時には、マスク信号(DM)が、DRAM80ではHレベルの信号、DRAM90ではLレベルの信号として入力されるので、DRAM80においては、データが書き込まれないが、DRAM90では、32ビットのデータであるdt4、dt5、dt6、dt7が書き込まれる。
次に、時刻t3において、クロック信号の立ち上がりでCS信号がLレベル、RAS信号がHレベル、CAS信号がLレベル、WE信号がHレベルであるとき、DRAM80,90の双方にリードコマンドが発行される。そして、リードコマンドが発行されてから所定の遅れ時間をもって、DRAM80からdt0、dt1、dt2、dt3が、DRAM90からdt4、dt5、dt6、dt7が出力されると、DRAM80,90の双方からデータが読み出され、データが衝突してしまうという課題があった
すなわち、SDR−SDRAMの場合においては、DDR−SDRAMの場合と異なり、読み出し時においても、マスク信号(DQM)が有効となる規格であるので、DRAM80,90の双方からデータが読み出され、データが衝突してしまうということはなかった。ところが、DDR−SDRAMは読み出し時のマスクができない規格となっているため、SDR−SDRAMを想定した従来の回路構成をそのまま適用すると上記のようにデータが衝突するといった課題が生じていた。
そこで、本実施の形態のASIC1では、前述のように各DRAM80,90のck端子に入力されるクロック信号(ck0),(ck1),の位相が互いに反転していて、メモリ制御回路10が次のようなタイミングで各種制御信号を出力する。すなわち、メモリ制御回路10は、制御信号の一例としてのCS信号(cs#)を通常の半分程度(クロック信号(ck0),(ck1)の約半周期分)のパルス幅に短縮し、クロック信号(cpuclk),(ddrclk)の双方を入力されることにより、その短縮後のCS信号(cs#)をいずれか一方のクロック信号(ck0)または(ck1)の立ち上がりに対してのみLレベルとなるように出力するのである。
図2は、ASIC1側のDRAM80とDRAM90に入力されるクロック信号と、制御信号(CS信号、RAS信号、CAS信号、WE信号)と、IOバッファ13から出力されるライトデータdq[31:0]と、マスク信号(DM)とのタイミングチャートをそれぞれ示したものである。
図3(A)は、DRAM80側の入力されるクロック信号と、制御信号(CS信号、RAS信号、CAS信号、WE信号)と、dq[31:0]と、入力されるマスク信号(DM)とのタイミングチャートをそれぞれ示したものである。図3(B)は、DRAM90側の入力されるクロック信号と、制御信号(CS信号、RAS信号、CAS信号、WE信号)と、dq[31:0]と、入力されるマスク信号(DM)とのタイミングチャートをそれぞれ示したものである。
図2,図3に示すように、時刻t1において、CS信号がLレベル、RAS信号がHレベル、CAS信号がLレベル、WE信号がLレベルである。しかし、DRAM80のck端子に入力されるクロック信号は立ち上がりであるためライトコマンドが発行されるが、DRAM90のck端子に入力されるクロック信号が立ち上がりでないためライトコマンドは発行されない。そして、所定の遅れ時間をもって、DRAM80にはデータdt1、dt2、dt3、dt4が書き込まれるが、DRAM90にはデータが書き込まれない。なお、本実施の形態でも、図4,図5の例と同様にマスク信号(DM)を出力しているが、本実施の形態ではマスク信号(DM)を用いることなく所望のDRAM80または90にデータの書き込みを行うことができる。
次に、時刻t2では、CS信号がLレベル、RAS信号がHレベル、CAS信号がLレベル、WE信号がLレベルである。今度は逆に、DRAM80のck端子に入力されるクロック信号は立ち上がりでないためライトコマンドが発行されないが、DRAM90のck端子に入力されるクロック信号が立ち上がりであるためライトコマンドは発行される。そして、所定の遅れ時間をもって、DRAM90にはデータdt4、dt5、dt6、dt7が書き込まれるが、DRAM80にはデータが書き込まれない。
更に、時刻t3において、CS信号がLレベル、RAS信号がHレベル、CAS信号がLレベル、WE信号がHレベルである。そのとき、DRAM80のck端子に入力されるクロック信号は、立ち上がりであるため、リードコマンドが発行されるが、DRAM90では、立ち上がりでないため、リードコマンドが発行されない。よって、DRAM80に対してのみ、データの読み出しが実行される。本実施形態を用いれば、マスク信号(DM)とは関係なく、所望のDRAM80若しくはDRAM90に対して書き込み及び読み出し動作を実行することができる。
[本実施の形態の効果及び変形例]
このように、本実施の形態では、2つのDRAM80,90に互いに反転したクロック信号(ck0),(ck1)を入力し、読み出し対象となるDRAM80(または90)に入力されるクロック信号に対してのみ有効となるタイミングで制御信号(CS信号)を出力している。しかも、その制御信号(CS信号)のパルス幅は上記クロック信号(ck0),(ck1)の1周期未満のパルス幅に短縮されているので、そのCS信号(cs#)が他のDRAM90(または80)に対しても有効となってしまうのが良好に抑制される。このため、本実施の形態では、セレクタ等の構成を追加することなくデータの衝突を回避して、ワイヤードオア接続された2つのDRAM80,90のうち所望のDRAM80または90からCPU2がデータを読み出すことができる。
なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、DIMM70が3つ以上のDDR−SDRAMから構成されている場合にも、各DDR−SDRAMに入力されるクロック信号の位相をそれぞれ異ならせることによって同様の制御が可能となる。但し、上記実施の形態のように、DIMM70が2つのDRAM80,90によって構成されている場合、各DRAM80,90には互いに反転したクロック信号(ck0),(ck1)を入力すればよいので、装置の構成を簡略化することができる。また、発振回路3やPLL4は、ASIC2の外部に設けられてもよい。更に、上記実施の形態では、CS信号(cs#)のパルス幅及び出力タイミングを制御しているが、他の制御信号(例えばCAS信号)のパルス幅及び出力タイミングを制御してもよい。
1…ASIC 2…CPU
3…発振回路 4…PLL
8,9,11,12,13,14,15…IOバッファ 10…メモリ制御回路
50…データバス 70…DIMM
80,90…DRAM

Claims (2)

  1. N(Nは自然数)ビット幅のDRAMユニットから構成されているM×N(Mは2以上の自然数)ビット幅のDRAMモジュールを、CPUがデータを読み出し可能に制御するNビット幅のデータバスに対応したメモリ制御装置であって、
    それぞれNビット幅の上記DRAMユニットM個に対してワイヤードオア接続されたNビット幅のデータバスと、
    上記各DRAMユニットに、それぞれクロック信号を入力するクロック信号入力手段と、
    上記クロック信号入力手段により入力されるクロック信号に同期して、上記各DRAMユニットからの読み出しを指示する制御信号を上記各DRAMユニットに出力する読み出し制御信号出力手段と、
    を備え、
    上記クロック信号入力手段は、周期が同一で位相が互いに異なるクロック信号を上記各DRAMユニットに入力し、
    上記読み出し制御信号出力手段は、読み出し対象となる上記DRAMユニットに入力されるクロック信号に対してのみ有効となるタイミングで上記制御信号を出力し、その制御信号のパルス幅が上記クロック信号の1周期未満のパルス幅に短縮されていることを特徴とするメモリ制御装置。
  2. M=2であり、
    上記クロック信号入力手段は、上記各DRAMユニットに互いに反転したクロック信号を入力することを特徴とする請求項1記載のメモリ制御装置。
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