TW201947405A - 用以控制記憶體的電路及相關的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種用以控制一記憶體的電路，其包含有一刷新控制電路以及一記憶體控制電路，其中該刷新控制電路用以判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出一時間點，並根據該時間點產生一刷新命令；以及該記憶體控制電路用以根據該刷新命令以控制該記憶體進行一刷新操作。

Description

用以控制記憶體的電路及相關的方法

本發明係有關於記憶體，尤指一種關於動態隨機存取記憶體中產生刷新命令(refresh command)的電路及相關的方法。

在動態隨機存取記憶體中，記憶單元需要透過刷新來維持電容的電位，因此記憶體控制器會每隔一固定的時間 (tREFI，約7.8微秒(us))發送一次刷新命令給動態隨機存取記憶體。然而，依據動態隨機存取記憶體的操作規範，在進行刷新操作之前記憶體控制器會先發送一針對所有記憶庫進行的預充電命令(pre-charge command)至動態隨機存取記憶體，並於一段時間(tRP)之後才可發送刷新命令給動態隨機存取記憶體以刷新一記憶體單元；此外，每次進行刷新操作之後，需要再等待一段時間(tRFC)後才能再次執行讀取、寫入等命令，亦即在這段時間內(tRP+tRFC)並無法對動態隨機存取記憶體進行存取。若是此時系統處於繁忙狀態而需要多次進行存取操作，這些刷新操作便會嚴重影響到記憶體的效能。

因此，本發明的目的之一在提出一種關於動態隨機存取記憶體中產生刷新命令的電路及相關的方法，其可以根據記憶體的忙碌程度以動態地決定進行刷新操作的時間點，以解決先前技術中所述的問題。

在本發明的一個實施例中，揭露了一種用以控制一記憶體的電路，其包含有一刷新控制電路以及一記憶體控制電路，其中該刷新控制電路用以判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出一時間點，並根據該時間點產生一刷新命令；以及該記憶體控制電路用以根據該刷新命令以控制該記憶體進行一刷新操作。

在本發明另一個實施例中，揭露了一種控制一記憶體的方法，其包含有以下步驟：判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出一時間點，並根據該時間點產生一刷新命令；以及使用一記憶體控制電路來根據該刷新命令以控制該記憶體進行一刷新操作。

第1A圖為根據本發明一實施例之電路100的方塊圖。如第1A圖所示，電路100包含了一刷新控制電路110以及一記憶體控制電路120，其中記憶體控制電路120係用來存取一記憶體102。在本實施例中，記憶體102係為一動態隨機存取記憶體，記憶體控制電路120係為一動態隨機存取記憶體控制電路，且刷新控制電路110係用來根據記憶體102(或是記憶體控制電路120)的忙碌程度來產生一刷新命令至記憶體控制電路120，以使得記憶體控制電路120控制記憶體102進行一刷新操作。

第1B圖為習知技術中記憶體控制電路控制記憶體進行多次刷新操作的示意圖，其中圖示的tREFI為記憶體刷新時間間隔，亦即兩個記憶體刷新指令應間隔的最小週期。在第1B圖所示的操作時序圖中，由於在(tRP+tRFC)的期間內並無法對記憶體102進行存取，因此，若是系統需要對記憶體102進行讀取或寫入操作，則只能在圖示的“DRAM存取期間”內進行，亦即記憶體102的存取受限於刷新操作的時間點。

第1C圖為根據本發明一實施例之記憶體控制電路120控制記憶體102進行多次刷新操作的示意圖。如第1C圖所示，刷新控制電路110會根據記憶體102或是記憶體控制電路120的忙碌程度來決定產生一刷新命令至記憶體控制電路120的時間點，例如在系統較空閒時連續產生多個刷新命令(如第1C圖所示之在時間點t1及t2連續產生兩個刷新命令)，而在系統繁忙時則暫時不發出刷新命令以避免影響到系統效能。另一方面，除了可以動態地控制產生刷新命令的時間，由於兩次的刷新操作可以共用一個預充電命令，故可以省下一次預充電命令的時間(tRP)，增加記憶體102可被存取的時間長度。

第2圖為根據本發明一實施例之電路100的細部方塊圖。如第2圖所示，記憶體控制電路120包含一記憶體控制器122與一仲裁器124，在本實施例中，記憶體控制器122係為一動態隨機存取記憶體控制器，仲裁器124則用來接收多個處理電路202、204的存取請求，以及對該些存取請求進行排序，並依序將排序後的該些存取請求傳送至記憶體控制器122；此外，刷新控制電路110所產生之刷新命令亦可透過仲裁器124傳送至記憶體控制器122中來執行。刷新控制電路110包含了一控制電路112、一頻寬偵測器114、一存取請求偵測器116、一刷新時間計數器118以及一刷新次數計數器119，其中頻寬偵測器114以及存取請求偵測器116係用來判斷記憶體102的忙碌程度，刷新時間計數器118係用來計數記憶體102進行刷新操作的一時間長度(亦即，上一次進行刷新操作到目前時間點的一時間長度)，刷新次數計數器119係用來計數刷新控制電路110累積之應產生而未產生之刷新命令的數量，以及控制器112係用來根據頻寬偵測器114以及存取請求偵測器116所判斷出之記憶體102的忙碌程度、以及刷新時間計數器118與刷新次數計數器119的計數結果以決定出產生刷新命令的時間點。

在一實施例中，刷新控制電路110、記憶體控制器122以及仲裁器124係被整合在同一個晶片中。在本發明的另一實施例中，刷新控制電路110中的控制器112、頻寬偵測器114、存取請求偵測器116、刷新時間計數器118以及一刷新次數計數器119中的至少一部分可以使用軟體方式來實作。

在刷新控制電路110的操作中，頻寬偵測器114可以透過偵測記憶體控制器122在一段時間內對記憶體102的存取次數，來決定出記憶體102的頻寬。在一實施例中，當仲裁器124送出一個存取請求至記憶體控制器122，且記憶體控制器122有回應此存取請求給仲裁器124，則代表系統已取得對記憶體102的存取，此時頻寬偵測器114便可以依據該回應將記憶體控制器122對記憶體102的存取次數增加“1”。以一範例來做為說明，頻寬偵測器114可以計算在一百萬個時脈週期中記憶體控制器122回應了多少個存取請求給仲裁器124來計算出記憶體102的頻寬，假設在一百萬個時脈週期中記憶體控制器122回應了十二萬個存取請求，則可以計算出頻寬為12%(120000/1000000=0.12=12%)。之後，頻寬偵測器114再將所計算出的頻寬資訊傳送給控制器112。在本實施例中，該頻寬資訊係提供給控制器112來據以判斷記憶體102的忙碌程度。在另一實施例中，頻寬偵測器114可以依據該頻寬資訊判斷出記憶體102的忙碌程度，並將判斷結果傳送給控制器112。

存取請求偵測器116係用來偵測仲裁器124內部所接收到之存取請求的狀態。具體來說，存取請求偵測器116可以偵測目前有發出存取請求之處理電路的優先狀態，例如是否具有最高優先權(highest priority)、或者是否有很多的存取請求正在等待發送給記憶體控制器122…等等，並傳送給控制器112。在本實施例中，上述資訊係提供給控制器112來據以判斷記憶體102的忙碌程度。在另一實施例中，存取請求偵測器116可以依據該些上述資訊判斷出記憶體102的忙碌程度，並將判斷結果傳送給控制器112。

在一實施例中，若是存取請求偵測器116有偵測到有具有最高優先權的處理電路發出存取請求、或是仲裁器124內部待處理的存取請求超過第一特定數量(例如說超過5個)、或是頻寬偵測器114所計算出的頻寬大於第一特定值(例如說大於80%)，則控制器112會判斷記憶體102具有高忙碌程度；若是存取請求偵測器116偵測到仲裁器124內部待處理的存取請求位於第一特定數量與第二特定數量之間(例如說2~5個之間)、或是頻寬偵測器114所計算出的頻寬位於第一特定值與第二特定值之間(例如說30%~80%之間)，則控制器112會判斷記憶體102具有中等忙碌程度；以及若是存取請求偵測器116偵測到仲裁器124內部待處理的存取請求低於第二特定數量(例如說少於2個)、或是頻寬偵測器114所計算出的頻寬小於第二特定值(例如說小於30%)，則控制器112會判斷記憶體102具有低忙碌程度。需注意的是，上述判斷忙碌程度的內容僅是用來作為範例說明，並非是作為本發明的限制。

控制器112在根據頻寬偵測器114以及存取請求偵測器116所提供的資訊來判斷出記憶體102的忙碌程度之後，會根據刷新時間計數器118以及刷新次數計數器119的計數結果決定出產生刷新命令的時間點。控制器112會控制記憶體控制器122於系統較不繁忙時多對記憶體102進行刷新操作，以及於系統較繁忙時少對記憶體102進行刷新操作。舉例來說，若是刷新時間計數器118指出目前已經到達一預設時間週期(例如，7.8us)，則控制器112根據記憶體102的忙碌程度以及刷新次數計數器119中所記錄之刷新控制電路110累積未產生之刷新命令的數量，以決定出一產生刷新命令的時間點。在一實施例中，當控制器112判斷記憶體102為高忙碌程度，則控制器112可以暫時不發出刷新命令以將時間讓給針對記憶體102的存取操作，具體來說，假設此時刷新次數計數器119所記錄之累積未產生之刷新命令的數量小於一第一臨界值(例如，8個)，則控制器112不產生刷新命令，並控制刷新次數計數器119增加累積未產生之刷新命令的數量；此外，若此時刷新次數計數器119所記錄之累積未產生之刷新命令的數量已到達該第一臨界值，則控制器112還是需要產生該刷新命令至記憶體控制電路120以控制記憶體102進行該刷新操作。在另一實施例中，當控制器112判斷記憶體102為低忙碌程度，則控制器112可以將先前累積未發出的刷新命令連續地發送給記憶體控制電路120，甚至可以提前多發出刷新命令給記憶體控制電路120，具體來說，假設刷新次數計數器119所記錄之累積未產生之刷新命令的數量大於一第二臨界值(例如，0次)，則控制器112產生一刷新命令至記憶體控制電路120以控制記憶體102進行刷新操作，並控制刷新次數計數器119減少該累積未產生之刷新命令的數量；此外，假設刷新次數計數器119所記錄之累積未產生之刷新命令的數量不大於該第二臨界值，則控制器112不產生刷新命令。

參考第3圖，其為根據本發明一實施例之產生刷新命令的方法的流程圖。在第3圖所示的流程中，於步驟300，流程開始且電路100開始致能操作。在步驟302中，控制器112設定刷新次數計數器119所記錄之刷新控制電路110累積未產生之刷新命令的數量(以下簡稱為“數量C”)為一預設值(本實施例中假設數量C等於4)。在步驟304中，控制器112根據頻寬偵測器114以及存取請求偵測器116所提供的資訊來判斷出記憶體102的忙碌程度，其中若是判斷為高忙碌程度則流程進入步驟306，若是判斷為中等忙碌程度則流程進入步驟314，以及若是判斷為低忙碌程度則流程進入步驟316。

於步驟306，控制器112判斷刷新時間計數器118所記錄的時間長度T是否大於預設時間週期(例如，7.8us)，若是則流程進入步驟308，若否則流程進入步驟324。在步驟308中，控制器112判斷刷新次數計數器119所記錄的數量C是否到達一第一臨界值(在本實施例中，第一臨界值為“8”)，若是，則流程進入步驟312，控制器112產生一刷新命令至記憶體控制電路120，之後流程進入步驟322等待一時間tRFC，最後流程進入步驟324以回到步驟304；若否，則流程進入步驟310，此時控制器112不會產生刷新命令，且控制器112控制刷新次數計數器119增加所記錄之數量C，之後流程進入步驟322。

於步驟314，控制器112判斷刷新時間計數器118所記錄的時間長度T是否大於預設時間週期，若是，則流程進入步驟312；若否，則流程進入步驟324。

於步驟316，控制器112判斷刷新時間計數器118所記錄的時間長度T是否大於預設時間週期，若是，則流程進入步驟312；若否，則流程進入步驟318。在步驟318中，控制器112判斷刷新次數計數器119所記錄的數量C是否大於一第二臨界值(本實施例中，第二臨界值為“0”)，若是，則流程進入步驟320控制器112控制刷新次數計數器119減少所記錄之數量C，之後再進入步驟312；若否，則流程進入步驟324。

在以上第1~3圖的實施例中，由於刷新控制電路110可以根據記憶體102的忙碌程度來決定延後或是提前產生刷新命令，亦即在記憶體102不忙碌的時候提早多發出幾個刷新命令，而在記憶體102忙碌的時候暫時不發出刷新命令以避免影響到系統的效能，因此可以在維持記憶體102正常操作的情形下(亦即，在一段時間內發出足夠數量的刷新命令)，同時兼顧系統效能。

此外，在一實施例中，為了進一步增進系統效能並降低記憶體102無法存取的時間，當第3圖的流程進入步驟312且控制器112準備要發送刷新命令時，控制器112會選擇在該時間點之後的一時間範圍內所發生之記憶庫衝突(bank conflict)事件的同時產生該刷新命令，其中記憶庫衝突指的是多個連續的存取命令需要存取相同記憶庫(bank)但是不同列(row)的位址；此外，若是該時間範圍內沒有記憶庫衝突發生時，控制器112仍須產生該刷新命令。具體來說，由於當發生記憶庫衝突事件時記憶體控制電路120需要傳送僅針對發生記憶庫衝突之該記憶庫的一預充電命令以及一致能命令(active command)至記憶體後才能再發出存取命令，因此，本實施例可以將上述的預充電命令改為一對所有記憶庫進行的預充電命令，並在對所有記憶庫進行的預充電命令以及致能命令之間發出刷新命令，其時序可參考第4圖所示。

如上所述，由於發生記憶庫衝突事件以及進行刷新命令都需要先進行預充電操作，因此，透過記憶庫衝突(bank conflict)事件與刷新命令共用一次預充電命令，可以進一步節省一次預充電命令的時間，減少了無法存取記憶體102的等待時間，故可以進一步提升系統的使用效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧電路

102‧‧‧記憶體

110‧‧‧刷新控制電路

112‧‧‧控制器

114‧‧‧頻寬偵測器

116‧‧‧存取請求偵測器

118‧‧‧刷新時間計數器

119‧‧‧刷新次數計數器

120‧‧‧記憶體控制電路

122‧‧‧記憶體控制器

124‧‧‧仲裁器

202、204‧‧‧處理電路

300~324‧‧‧步驟

第1A圖為根據本發明一實施例之電路的方塊圖。 第1B圖為習知技術中記憶體控制電路控制記憶體進行多次刷新操作的示意圖。 第1C圖為根據本發明一實施例之記憶體控制電路控制記憶體進行多次刷新操作的示意圖。 第2圖為根據本發明一實施例之電路的細部方塊圖。 第3圖為根據本發明一實施例之產生刷新命令的方法的流程圖。 第4圖為在記憶庫衝突事件發生時一併發出刷新命令的時序圖。

Claims (18)

1. 一種用以控制一記憶體的電路，包含有： 一刷新控制電路，用以判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出一時間點，並根據該時間點產生一刷新命令；以及 一記憶體控制電路，耦接於該刷新控制電路，用以根據該刷新命令以控制該記憶體進行一刷新操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電路，其中該刷新控制電路包含有： 一頻寬偵測器，用以偵測該記憶體控制電路存取該記憶體的資訊，以產生一頻寬偵測結果；以及 一控制器，耦接於該頻寬偵測器，用以根據該頻寬偵測結果判斷該記憶體的忙碌程度，以決定出該時間點並據以產生該刷新命令。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電路，其中該記憶體控制電路另包含有： 一仲裁器，用以對多個存取請求進行排序以供該記憶體控制電路據以存取該記憶體；以及 該刷新控制電路包含有： 一存取請求偵測器，用以偵測該仲裁器所接收到之該多個存取請求，以產生一存取請求偵測結果；以及 一控制器，耦接於該存取請求偵測器，用以根據該存取請求偵測結果判斷該記憶體的忙碌程度，以決定出該時間點並據以產生該刷新命令。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電路，其中當該刷新控制電路判斷該記憶體為高忙碌程度時，該刷新控制電路延後該時間點；以及當該刷新控制電路判斷該記憶體為低忙碌程度時，該刷新控制電路提早該時間點。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電路，其中該刷新控制電路包含有： 一刷新時間計數器，用以計數該記憶體進行刷新操作的一時間長度； 一刷新次數計數器，用以計數該刷新控制電路累積未產生之刷新命令的數量；以及 一控制器，耦接於該刷新時間計數器以及該刷新次數計數器，用以根據該記憶體的忙碌程度、該時間長度以及該刷新控制電路累積未產生之刷新命令的數量，以決定出該時間點。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電路，其中當該控制器判斷該記憶體為高忙碌程度且該時間長度已到達一預設時間周期時，該控制器判斷該刷新次數計數器所記錄之該刷新控制電路累積未產生之刷新命令的數量是否已到達一第一臨界值，其中當該數量到達該第一臨界值時，該控制器產生該刷新命令；以及當該數量未到達該第一臨界值時，該控制器不產生該刷新命令，並控制該刷新次數計數器增加該刷新控制電路累積未產生之刷新命令的數量。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電路，其中當該控制器判斷該記憶體為低忙碌程度且該時間長度未達一預設時間周期時，該控制器判斷該刷新次數計數器所記錄之該刷新控制電路累積未產生之刷新命令的數量是否大於一第二臨界值，其中當該數量不大於該第二臨界值時，該控制器不產生該刷新命令；以及當該數量大於該第二臨界值時，該控制器產生該刷新命令，並控制該刷新次數計數器減少該刷新控制電路累積未產生之刷新命令的數量。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電路，其中該記憶體係為一動態隨機存取記憶體，且該刷新控制電路係在該時間點之後的一特定時間點產生該刷新命令，其中該特定時間點係與一記憶庫衝突(bank conflict)事件發生的時間點相關。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電路，其中該記憶體控制器更用以對該記憶體發送一預充電命令(pre-charge command)以及一致能命令(active command)，且該特定時間點係位於該記憶體控制電路發送該預充電命令以及發送該致能命令的時間點之間。
10. 一種控制一記憶體的方法，包含有： 持續地判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出一時間點，並根據該時間點產生一刷新命令；以及 使用一記憶體控制電路來根據該刷新命令以控制該記憶體進行一刷新操作。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中持續地判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出該時間點，並根據該時間點產生該刷新命令的步驟包含有： 用以偵測該記憶體控制電路存取該記憶體的資訊，以產生一頻寬偵測結果；以及 根據該頻寬偵測結果判斷該記憶體的忙碌程度，以決定出該時間點並據以產生該刷新命令。
12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，另包含有： 使用一仲裁器來對多個存取請求進行排序以供該記憶體控制電路據以存取該記憶體；以及 判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出該時間點，並根據該時間點產生該刷新命令的步驟包含有： 偵測該仲裁器所接收到之該多個存取請求，以產生一存取請求偵測結果；以及 根據該存取請求偵測結果以判斷出該記憶體的忙碌程度，以決定出該時間點並產生該刷新命令。
13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中根據該記憶體的忙碌程度以決定出該時間點的步驟包含有： 當判斷該記憶體為高忙碌程度時，延後該時間點；以及 當判斷該記憶體為低忙碌程度時，提早該時間點。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中判斷該記憶體的忙碌程度，並根據該記憶體的忙碌程度以決定出該時間點，並根據該時間點產生該刷新命令的步驟包含有： 計數該記憶體進行刷新操作的一時間長度； 計數累積未產生之刷新命令的數量；以及 根據該記憶體的忙碌程度、該時間長度以及累積未產生之刷新命令的數量，以決定出該時間點。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中根據該記憶體的忙碌程度、該時間長度以及累積未產生之刷新命令的數量，以決定出該時間點並產生該刷新命令的步驟包含有： 當判斷該記憶體為高忙碌程度且該時間長度已到達一預設時間周期時，判斷累積未產生之刷新命令的數量是否已到達一第一臨界值； 當該數量到達該第一臨界值時，產生該刷新命令；以及 當該數量未到達該第一臨界值時，不產生該刷新命令，並增加累積未產生之刷新命令的數量。
16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中根據該記憶體的忙碌程度、該時間長度以及累積未產生之刷新命令的數量，以決定出該時間點並產生該刷新命令的步驟包含有： 當判斷該記憶體為低忙碌程度且該時間長度未達一預設時間周期時，判斷累積未產生之刷新命令的數量是否大於一第二臨界值； 當該數量不大於該第二臨界值時，不產生該刷新命令；以及 當該數量大於該第二臨界值時，產生該刷新命令，並減少累積未產生之刷新命令的數量。
17. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該記憶體係為一動態隨機存取記憶體，且根據該時間點產生該刷新命令的步驟包含有： 在該時間點之後的一特定時間點產生該刷新命令，其中該特定時間點係與一記憶庫衝突(bank conflict)事件發生的時間點相關。
18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該記憶體控制器更用以對該記憶體發送一預充電命令(pre-charge command)以及一致能命令(active command)，且該特定時間點係位於該記憶體控制電路發送該預充電命令以及發送該致能命令的時間點之間。