一種提高存儲器訪問效率的方法及存儲器控制器的製作方法
2023-06-13 15:24:11 1
專利名稱：一種提高存儲器訪問效率的方法及存儲器控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據存儲技術，特別是涉及一種提高存儲器訪問效率的方法及存儲器控制器。
背景技術：
隨著通訊和多媒體行業的發展，人們對數據傳輸速度的要求越來越高，所以，網絡處理器、圖像處理晶片和流媒體處理晶片等處理晶片的速度就越來越快。但是，存儲器的帶寬是這些處理晶片的性能瓶頸，雖然存儲器製造商開發出了多種高性能的動態存儲器，但是，存儲器的帶寬並不能隨著性能的提高而加大。
存儲器的帶寬是指單位時間內訪問存儲器的數據量，理論上講，存儲器的帶寬和存儲器的時鐘頻率和存儲器的數據總線位數有關，也就是說，存儲器的時鐘頻率和數據總線位數決定了存儲器的峰值帶寬。但是，在實際工作時，存儲器未必能達到峰值帶寬，影響帶寬的因素還很多，比如，數據寫入和讀出存儲器所需的延遲時間和所存儲數據的命中率。延遲時間和命中率對帶寬的影響非常大，當把這些因素考慮在內，提高存儲器的帶寬的重點在於縮短數據讀寫的延遲時間以及提高所存儲數據的命中率，即提高存儲器的訪問效率。
動態存儲器通常具有多個頁(Bank)，每個頁具有多個行和列。動態存儲器通常需要對一行進行激活(Active)操作之後，才能對該行進行讀寫操作。動態處理器不允許同一頁內的兩行同時被激活，所以，如果某頁存在一個已經被激活的行，而又要操作另一行時，必須先關閉(Precharge)先前已經被激活的行，再激活需要操作的行，然後才能對該行進行讀寫操作。
下面舉例說明現有的訪問存儲器的方法，參見圖1，對動態存儲器的同一頁不同行進行操作時，在步驟101，激活第N頁第R1行；在步驟102，讀寫訪問第N頁第R1行；在步驟103，關閉第N頁第R1行；在步驟104，激活第N頁第R2行；在步驟105，讀寫訪問第N頁第R2行；在步驟106，關閉第N頁第R2行。
參見圖2，對動態存儲器的同一頁同一行進行操作時，在步驟201，激活第N頁第R行；在步驟202，讀寫訪問第N頁第R行第C1列；在步驟203，讀寫訪問第N頁第R行第C2列；在步驟204，讀寫訪問第N頁第R行第C3列；在步驟205，讀寫訪問第N頁第R1行第C4列；在步驟206，關閉第N頁第R行。
從以上技術方案可以看出，在連續對存儲器的同一行進行操作時，不論連續操作多少次，僅有一次激活操作和一次關閉操作，但是，在連續對不同的行進行操作時，每一次換行都對應一次激活操作和一次關閉操作。由於這些激活和關閉等操作將增加讀寫數據的延遲時間，所以，激活和關閉操作對於讀寫數據來說是開銷，造成對存儲器帶寬的浪費，存儲器的實際帶寬因為這些開銷的存在而大大降低，甚至不到峰值帶寬的一半。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種提高存儲器訪問效率的方法，利用分頁式存儲器的特性，將激活關閉的開銷抵消在讀寫操作中。
本發明的另一目的在於提供一種存儲器控制器，提高存儲器的訪問效率。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的一種提高存儲器訪問效率的方法，適用於分頁式存儲器，其包括按順序對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時對上一個激活的頁執行讀操作或寫操作，在對激活的頁執行完讀操作或寫操作後自動對該頁執行關閉操作，其中N為大於2且小於分頁式存儲器總頁數的自然數。
優選地，所述N為4。
其中，所述對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作具體為對分頁式存儲器的N個頁中的一行執行激活操作，所述對激活的頁執行讀操作或寫操作具體為對激活的頁中激活的行執行讀操作或寫操作。
在本發明一實施例中，所述激活頁並對激活的頁執行寫操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的一行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將未寫入的待存儲數據寫入上一個激活的頁中激活的行，重複此步驟直至對將所有待存儲數據寫入分頁式存儲器。
在本實施例中，所述激活頁並對激活的頁執行讀操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的一行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將未讀取的待讀取數據從上一個激活的頁中激活的行讀出，重複此步驟直至將所有待讀取數據從分頁式存儲器中讀出。
在本發明的優選實施例中，所述激活頁並對激活的頁執行寫操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的同一行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將當前待存儲數據寫入上一個激活的頁中激活的行，對N個頁的同一行寫入相同的當前待存儲數據，然後將後續待存儲數據作為當前待存儲數據，重複此步驟直至將所有待存儲數據寫入分頁式存儲器。
在優選實施例中，所述激活頁並對激活的頁執行讀操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的不同行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將未讀出的待讀取數據從上一個激活的頁中激活的行讀出，重複此步驟直至將所有待讀取數據從分頁式存儲器中讀出。
一種存儲器控制器，用於對分頁式存儲器進行控制，包括時鐘模塊、仲裁模塊、初始化模塊、命令模塊和數據通路模塊，所述命令模塊對生成的與訪問存儲器相關的命令進行排序和組織後通過數據通路模塊發送至分頁式存儲器，以實現按順序對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時對上一個激活的頁進行讀操作或寫操作，在對激活的頁的讀操作或寫操作完畢後自動關閉該頁，其中N為大於2且小於分頁式存儲器總頁數的自然數。
優選地，命令模塊在對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作並執行寫操作的過程中，將同一待存儲數據複製N份，分別寫入N個頁的同一位置。
其中，所述與訪問存儲器相關的命令包括激活、關閉、讀命令或寫命令。從上述技術方案可以看出，本發明的方法通過合理組織與訪問存儲器相關的訪問命令，將激活和關閉存儲器的開銷抵消在讀寫操作中，從而提高了存儲器的訪問效率。並且，在本發明一優選實施例中，通過將數據複製N份分別寫入存儲器的N個頁，利用空間換取存儲器的訪問帶寬，可以將存儲器訪問效率保持在一個較高的水平。
圖1是現有技術的對存儲器的同一頁不同行進行操作的示意性流程圖；圖2是現有技術的對存儲器的同一頁同一行進行操作的示意性流程圖；圖3是本發明第一實施例的訪問分頁式存儲器的流程圖；圖4是本發明第二實施例的對存儲器進行寫操作的流程圖；圖5是本發明第二實施例的對存儲器進行讀操作的流程圖；圖6是本發明的存儲器控制器的示意性結構框圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明的思想是利用分頁式存儲器的特性來提高其帶寬利用率。下面介紹存儲器的一些特性。
第一，對於分頁式存儲器，在激活某頁的同時可以激活其它一或多個頁。
第二，每次激活一頁中的一行需要等待一定的時間，即激活時間，然後才能對該行進行讀寫操作，在這段激活時間內可以對另一頁中已經激活的行進行讀寫操作。
第三，分頁式存儲器有自動關閉行的功能，即當對某行的讀寫操作完成之後，自動關閉該行。
基於以上三個特點，可以通過將激活和讀寫操作交替進行，並啟動自動關閉行的功能，將激活和關閉的開銷抵消在讀寫操作中。
下面通過兩個實施例對本發明的提高存儲器訪問效率的方法進行詳細說明。
第一實施例在第一實施例中，利用上述分頁式存儲器的特點，輪流激活不同頁並進行讀寫。圖3是本發明第一實施例的訪問分頁式存儲器的流程圖。從圖3可見，本實施例具體包括如下步驟步驟301激活物理頁1中的第R1行；步驟302激活物理頁2中的第R2行，並對物理頁1中的第R1行進行讀寫操作；步驟303激活物理頁3中的第R3行，並對物理頁2中的第R2行進行讀寫操作；步驟304激活物理頁4中的第R4行，並對物理頁3中的第R3行進行讀寫操作；步驟305對物理頁4中的第R4行進行讀寫操作。
然後，在仍有未寫入的待存儲數據或未讀出的待讀取數據時，返回步驟301，從物理頁1開始第二輪循環。在第二輪循環中，對物理頁1的第R5行到物理頁4的第R8行進行讀寫操作。
由於啟動了自動關閉行的功能，那麼當本輪循環執行到需要激活某一頁時，該頁中上一輪被激活的行已經有足夠的時間完成關閉操作，所以可以進行本輪的激活操作。例如，當步驟302完成後，即對物理頁1的第R1行進行完讀寫操作後，只要在步驟305結束之前關閉該行，即可在下一輪循環的步驟301中再次激活物理頁1。由於步驟303到步驟305這段時間遠大於行關閉的操作時間，因此可以實現無等待的循環。
從上述第一實施例的技術方案可以看出，在每一輪循環中，總共完成了五個操作，其中讀寫操作佔了四個，因此帶寬的利用率達到了80％。
上述實施例以四頁輪流的方式為例，對於兩頁存儲器，可採用兩頁輪流的方式；對於八頁存儲器，可採用八頁輪流的方式。但是，對於超過四頁的存儲器，例如八頁或十六頁存儲器，也可以採用四頁輪流的方式。
上述多頁輪流的方式雖然能夠大大提高存儲器的訪問效率，但是也存在一定缺陷，用戶從存儲器讀取數據時，如果待讀取的數據保存在同一頁的不同行中，無法應用多頁輪流的方式進行讀取，因此，由於用戶的訪問地址的隨機性，存儲器的訪問效率有可能無法穩定在一個較高的水平，所以存儲器的帶寬不穩定。為了解決上述問題，本發明又提出了一種用空間換帶寬的方式，在第二實施例中進行詳細介紹。
第二實施例本實施例所採用的空間換帶寬的方式是如果採用N頁輪流的方式，在寫入數據時，將一個數據複製N份，分別寫入N頁的同一行的同一列，這樣N頁上的數據完全相同。在讀取數據時，可以保證在任何情況下均可利用多頁輪流的方式讀取數據，而且可以按照任意頁順序讀取。例如，對於四頁輪流的方式，可以對這四頁進行隨機排序，比如可以將物理頁3、4、1和2分別作為邏輯頁1、2、3和4，也可以將物理頁4、1、2和3分別作為邏輯頁1、2、3和4，然後按照邏輯頁順序進行讀取。
圖4是本發明第二實施例的對存儲器進行寫操作的流程圖。從圖4可見，在本實施例中仍以四頁輪流的方式為例，對存儲器進行寫操作具體包含如下步驟步驟401激活邏輯頁1的第R1行；步驟402激活邏輯頁2的第R1行，並在邏輯頁1的第R1行寫入數據段D1；步驟403激活邏輯頁3的第R1行，並從邏輯頁2的第R1行開始寫入數據段D1；步驟404激活邏輯頁4的第R1行，並從邏輯頁3的第R1行開始寫入數據段D1；步驟405從邏輯頁4的第R1行開始寫入數據段D1。
然後，在仍有未寫入的待存儲數據時，返回步驟401，從邏輯頁1開始第二輪循環。在第二輪循環中，在R2行寫入數據段D2；在第三輪循環中，在R3行寫入數據段D3，直至最後一輪循環即第S輪循環中，在RS行寫入數據段DS。這樣，在執行完寫入操作後，四個頁上的數據完全相同，數據段D1、D2、D3至DS分別位於四個頁上的第R1、R2、R3至第RS行。
圖5是本發明第二實施例的對存儲器進行讀操作的流程圖。從圖5可見，在本實施例中仍以四頁輪流的方式為例，對存儲器進行讀操作具體包含如下步驟步驟501激活邏輯頁1的第R1行；步驟502激活邏輯頁2的第R2行，並從邏輯頁1的第R1行讀取數據段D1；步驟503激活邏輯頁3的第R3行，並從邏輯頁2的第R2行讀取數據段D2；步驟504激活邏輯頁4的第R4行，並從邏輯頁3的第R3行讀取數據段D3；步驟505從邏輯頁4的第R4行讀取數據段D4。
然後，在仍有未讀出的待讀取數據時，返回步驟501，從邏輯頁1開始第二輪循環。
從上述技術方案可見，第一輪循環中，從邏輯頁1的第R1行至邏輯頁4的第R4行分別讀取數據段D1到D4；第二輪循環中，從邏輯頁1的第R5行至邏輯頁4的第R8行分別讀取數據段D5到D8，直至第INT(S/4)+1輪循環，從邏輯頁MOD(S/4)的第RS行讀取數據段DS，其中INT表示取整操作，MOD表示取餘數的操作。
在本實施例中，向存儲器寫入數據時，將寫入的數據複製幾份，分別寫入存儲器的幾個頁中，因此這幾個頁中保存著相同的數據，這樣，雖然佔用空間，但是可在任何情況下利用多頁輪流的方式讀取數據，並可按照任意頁順序讀取數據，從而避免了第一實施例中可能出現的由於待讀取的數據位於同頁的不同行所導致的訪問效率不穩定的缺陷，因此是本發明的一個優選實施例。
在上述兩個實施例中，均假設讀取的數據與寫入的數據為同一大小的數據，在實際應用中，讀取的數據可以是寫入的數據中的一部分，其實現的方式與本發明的實施例類似，在此不予贅述。
本發明還提供了一種提高存儲器訪問效率的存儲器控制器，該存儲器控制器控制存儲器實現上述多頁輪流的訪問。
圖6是本發明的提高存儲器訪問效率的存儲器控制器的示意性結構框圖。從圖6可見，該存儲器控制器包括時鐘模塊、初始化模塊、仲裁模塊、命令模塊和數據通路模塊。
時鐘模塊產生存儲器控制器所需的時鐘信號，並將時鐘信號輸入到初始化模塊、仲裁模塊、命令模塊和數據通路模塊。
初始化模塊生成對存儲器的初始化命令，並將初始化命令發送給命令模塊，以實現存儲器的延遲鎖定環(DLL)的復位、使能以及某些外置雙倍速率動態同步隨機訪問存儲器(DDR SDRAM)讀寫特性的配置。
仲裁模塊完成對多個通路的訪問請求的仲裁，根據系統要求進行公平輪詢、優先級輪詢等，選擇一個通路的訪問請求，向命令模塊發送訪問請求命令和數據，並在訪問請求為寫入請求時將待寫入的數據發送至命令模塊；在接收到命令模塊發來的從存儲器讀取的數據時，將所讀取的數據發送給對應的通路。
命令模塊對初始化模塊和仲裁模塊送來的命令和數據進行處理，對激活、讀取、關閉等命令進行合理的排序和組織，然後將優化後的數據和命令發送至數據通路模塊，以實現第一實施例所述的多頁輪流訪問的方式，或者，應用第二實施例所述的以空間換帶寬的多頁輪流訪問的方式；並轉發數據通路模塊發來的從存儲器讀取的數據至仲裁模塊。
數據通路模塊對接收到的命令和數據進行時序安排，使輸出的命令和數據符合接口存儲器的時序要求；接收從存儲器讀取的數據，對所讀取的數據進行真情採樣後發送至命令模塊。
本發明的方法和存儲器控制器適用於對所有類型的分頁式存儲器，例如內置動態隨機訪問存儲器(DRAM)、外置動態同步隨機訪問存儲器(SDRAM)、外置雙倍速率動態同步隨機訪問存儲器(DDR SDRAM)、外置第2代雙倍速率動態同步隨機訪問存儲器(DDR SDRAM2)、外置低延遲動態同步隨機訪問存儲器(RLDRAM)、外置快速循環隨機訪問存儲器(FCRAM)等，並包括未來可能出現的任何類型的分頁式存儲器。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種提高存儲器訪問效率的方法，適用於分頁式存儲器，其特徵在於，包括按順序對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時對上一個激活的頁執行讀操作或寫操作，在對激活的頁執行完讀操作或寫操作後自動對該頁執行關閉操作，其中N為大於2且小於分頁式存儲器總頁數的自然數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述N為4。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作具體為對分頁式存儲器的N個頁中的一行執行激活操作，所述對激活的頁執行讀操作或寫操作具體為對激活的頁中激活的行執行讀操作或寫操作。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述激活頁並對激活的頁執行寫操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的一行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將未寫入的待存儲數據寫入上一個激活的頁中激活的行，重複此步驟直至對將所有待存儲數據寫入分頁式存儲器。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述激活頁並對激活的頁執行讀操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的一行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將未讀取的待讀取數據從上一個激活的頁中激活的行讀出，重複此步驟直至將所有待讀取數據從分頁式存儲器中讀出。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述激活頁並對激活的頁執行寫操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的同一行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將當前待存儲數據寫入上一個激活的頁中激活的行，對N個頁的同一行寫入相同的當前待存儲數據，然後將後續待存儲數據作為當前待存儲數據，重複此步驟直至將所有待存儲數據寫入分頁式存儲器。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述激活頁並對激活的頁執行讀操作具體為按順序對分頁式存儲器的N個頁的不同行執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時將未讀出的待讀取數據從上一個激活的頁中激活的行讀出，重複此步驟直至將所有待讀取數據從分頁式存儲器中讀出。
8.一種存儲器控制器，用於對分頁式存儲器進行控制，包括時鐘模塊、仲裁模塊、初始化模塊、命令模塊和數據通路模塊，其特徵在於，所述命令模塊對生成的與訪問存儲器相關的命令進行排序和組織後通過數據通路模塊發送至分頁式存儲器，以實現按順序對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時對上一個激活的頁進行讀操作或寫操作，在對激活的頁的讀操作或寫操作完畢後自動關閉該頁，其中N為大於2且小於分頁式存儲器總頁數的自然數。
9.根據權利要求8所述的存儲器控制器，其特徵在於，命令模塊在對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作並執行寫操作的過程中，將同一待存儲數據複製N份，分別寫入N個頁的同一位置。
10.根據權利要求8或9所述的存儲器控制器，其特徵在於，所述與訪問存儲器相關的命令包括激活、關閉、讀命令或寫命令。
全文摘要
本發明公開了一種提高存儲器訪問效率的方法，該方法是按順序對分頁式存儲器的N個頁執行激活操作，並在對當前頁執行激活操作的同時對上一個激活的頁進行讀操作或寫操作，在對激活的頁執行完讀操作或寫操作後自動對該頁執行關閉操作，其中N為大於2且小於分頁式存儲器總頁數的自然數。應用了本發明的方法，可以將激活和關閉存儲器的開銷抵消在讀寫操作中，從而提高了存儲器的訪問效率。並且，在本發明的優選實施例中，通過將數據複製N份分別寫入存儲器的N個頁，保證了將存儲器的訪問效率穩定在一個較高的水平。
文檔編號G06F12/00GK1851669SQ20051009865
公開日2006年10月25日 申請日期2005年9月7日 優先權日2005年9月7日
發明者謝小玲, 呂超, 慕光, 羅琨 申請人:深圳市海思半導體有限公司