一種頻率自適應(yīng)的高速存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及系統(tǒng)芯片(SoC)的存儲(chǔ)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速存儲(chǔ)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著集成電路制造工藝的進(jìn)步，片上系統(tǒng)芯片(SoC:System on Chip)成為驅(qū)動(dòng)嵌入式產(chǎn)品多樣化發(fā)展的源動(dòng)力，同時(shí)移動(dòng)設(shè)備的日趨普及也對(duì)SoC的性能和功耗提出了更高的要求。特別是在便攜式可穿戴設(shè)備盛行的今天，SoC性能和功耗之間的平衡顯得尤為重要。存儲(chǔ)系統(tǒng)在SoC中至關(guān)重要，常常成為制約SoC性能和功耗的瓶頸。
[0003]系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，針對(duì)不同應(yīng)用和同一應(yīng)用在不同時(shí)刻，運(yùn)行負(fù)載均可能不同，對(duì)存儲(chǔ)器的帶寬需求也會(huì)隨著時(shí)間不斷變化。當(dāng)系統(tǒng)需要頻繁訪問存儲(chǔ)器時(shí)，會(huì)造成存儲(chǔ)系統(tǒng)端口競(jìng)爭而降低系統(tǒng)性能。為了解決這一問題，現(xiàn)有的存儲(chǔ)系統(tǒng)常常支持多個(gè)從設(shè)備接口，將內(nèi)部的存儲(chǔ)模塊分成多個(gè)支持并行訪問的子塊(Bank)，這樣當(dāng)系統(tǒng)訪問存儲(chǔ)器不同Bank時(shí)沖突就能避免，提高吞吐量。但與傳統(tǒng)的單個(gè)Bank的實(shí)現(xiàn)方式相比，這樣的實(shí)現(xiàn)方式會(huì)顯著增加存儲(chǔ)器面積，同時(shí)需要復(fù)雜的仲裁邏輯支持。而且當(dāng)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器帶寬需求降低時(shí)，由于存儲(chǔ)系統(tǒng)與主設(shè)備工作在相同頻率下，造成額外的功耗浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有存儲(chǔ)系統(tǒng)無法兼顧低功耗和高性能要求的不足，本發(fā)明提供了一種能夠根據(jù)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的帶寬需求自動(dòng)調(diào)節(jié)存儲(chǔ)器訪問頻率、使其能在盡量低的功耗下滿足系統(tǒng)性能要求的頻率自適應(yīng)的高速存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種頻率自適應(yīng)的高速存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述高速存儲(chǔ)系統(tǒng)包括:
[0007]多個(gè)從設(shè)備接口，支持多個(gè)主設(shè)備同時(shí)訪問，用于將訪問請(qǐng)求發(fā)送給控制單元，接收控制單元的響應(yīng)信息和數(shù)據(jù)，向主設(shè)備返回與請(qǐng)求相應(yīng)的響應(yīng)信息和數(shù)據(jù)；
[0008]控制單元，用于接收所述從設(shè)備接口的讀寫訪問請(qǐng)求，仲裁并處理訪問請(qǐng)求，返回相應(yīng)的響應(yīng)信息和數(shù)據(jù)，將優(yōu)先級(jí)最高的請(qǐng)求發(fā)送給存儲(chǔ)器并掛起優(yōu)先級(jí)低的請(qǐng)求，自動(dòng)檢測(cè)訪問沖突，根據(jù)所述從設(shè)備接口發(fā)送的讀寫訪問請(qǐng)求，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)器端口訪問的沖突情況，將這種沖突情況發(fā)送給頻率比調(diào)整單元；
[0009]頻率比調(diào)整單元，用于根據(jù)所述控制單元發(fā)送的沖突情況，由存儲(chǔ)器系統(tǒng)外部輸入時(shí)鐘分頻得到存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘，使存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘和主設(shè)備時(shí)鐘達(dá)到設(shè)定的頻率比，同時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘同步信號(hào)，發(fā)送給同步單元；
[0010]同步單元，用于根據(jù)所述頻率比調(diào)整單元產(chǎn)生的時(shí)鐘同步信號(hào)，將所述主設(shè)備發(fā)送的訪問請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘域的訪問請(qǐng)求信號(hào)，將所述存儲(chǔ)系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)或響應(yīng)信息轉(zhuǎn)換為主設(shè)備時(shí)鐘域的信號(hào)。
[0011]進(jìn)一步，所述控制單元包含一個(gè)沖突檢測(cè)器和一個(gè)仲裁器，其中，所述沖突檢測(cè)器，根據(jù)所述從設(shè)備接口發(fā)送的讀寫訪問請(qǐng)求，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)訪問沖突情況，將這種沖突情況發(fā)送給頻率比調(diào)整單元；所述仲裁器，同時(shí)接收所述多個(gè)從設(shè)備接口發(fā)送的讀寫訪問請(qǐng)求，根據(jù)固定優(yōu)先級(jí)將新發(fā)起和掛起的請(qǐng)求中優(yōu)先級(jí)最高的請(qǐng)求發(fā)送給存儲(chǔ)器，并掛起其它請(qǐng)求，當(dāng)無更高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求需處理情況下，自動(dòng)發(fā)起最高優(yōu)先級(jí)掛起請(qǐng)求。
[0012]再進(jìn)一步，所述頻率比調(diào)整單元包含一個(gè)分頻器和一個(gè)時(shí)鐘同步器，其中，
[0013]所述分頻器包含一個(gè)分頻計(jì)數(shù)器、兩個(gè)比較器和沖突閾值寄存器，所述沖突閾值寄存器用來設(shè)置沖突的高低閾值，接收所述控制單元發(fā)送的沖突情況，當(dāng)規(guī)定時(shí)間內(nèi)沖突次數(shù)超過設(shè)定的高閾值時(shí)，減少分頻計(jì)數(shù)器的閾值，即提高存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，反之，當(dāng)沖突次數(shù)小于設(shè)定的低閾值時(shí)，增大分頻計(jì)數(shù)器的閾值，即降低存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，支持存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘和主設(shè)備時(shí)鐘的頻率比為N: 1，N為整數(shù)；
[0014]所述時(shí)鐘同步器包含一個(gè)計(jì)數(shù)器和比較器，使用所述存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘和主設(shè)備時(shí)鐘的頻率比N: 1，利用所述分頻器生成的存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘，通過計(jì)數(shù)器值的變化來產(chǎn)生時(shí)鐘同步信號(hào)。
[0015]設(shè)定Q為分頻計(jì)數(shù)器的閾值，此時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)外部輸入時(shí)鐘和存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率比為2Q:1 ;所述存儲(chǔ)系統(tǒng)外部輸入時(shí)鐘是主設(shè)備時(shí)鐘的2M倍，M是固定的整數(shù)，M能被Q整除，故而所支持存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘和主設(shè)備時(shí)鐘的頻率比為N: 1，N = M/Q，N為整數(shù)。
[0016]所述多個(gè)從設(shè)備接口全部支持AMBA2.0協(xié)議。
[0017]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:能夠根據(jù)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的帶寬需求自動(dòng)調(diào)節(jié)存儲(chǔ)器訪問頻率、使其能在盡量低的功耗下滿足系統(tǒng)性能要求。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的頻率自適應(yīng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是控制單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3是頻率比調(diào)整單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖4是同步單元的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0023]參照?qǐng)D1?圖4，一種頻率自適應(yīng)的高速存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括多個(gè)從設(shè)備接口，一個(gè)控制單元，一個(gè)頻率比調(diào)整單元和一個(gè)同步單元，其中，
[0024]所述多個(gè)從設(shè)備接口，支持多個(gè)主設(shè)備同時(shí)訪問，接收主設(shè)備發(fā)送的訪問請(qǐng)求，發(fā)送給控制單元，接收控制單元的響應(yīng)信息和數(shù)據(jù)，向主設(shè)備返回與請(qǐng)求相應(yīng)的響應(yīng)信息和數(shù)據(jù)；
[0025]所述控制單元，接收所述從設(shè)備接口的讀寫訪問請(qǐng)求，仲裁并處理所述訪問請(qǐng)求，返回相應(yīng)的響應(yīng)信息和數(shù)據(jù)；根據(jù)所述從設(shè)備接口發(fā)送的讀寫訪問請(qǐng)求，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)總線訪問的沖突情況，將這種沖突情況發(fā)送給頻率比調(diào)整單元；
[0026]所述頻率比調(diào)整單元，能自動(dòng)調(diào)節(jié)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘和主設(shè)備時(shí)鐘的頻率比，在保證存儲(chǔ)器訪問速度滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，盡量將存儲(chǔ)器訪問頻率降到最低，接收所述控制單元發(fā)送的沖突情況，使用存儲(chǔ)系統(tǒng)外部時(shí)鐘輸入，將存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘和主設(shè)備時(shí)鐘調(diào)整到設(shè)定的頻率比，同時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘同步信號(hào)，發(fā)送給同步單元；
[0027]所述同步單元，根據(jù)所述頻率比調(diào)整單元產(chǎn)生的時(shí)鐘同步信號(hào)，將所述主設(shè)備發(fā)送的訪問請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘域的訪問請(qǐng)求信號(hào)，將所述存儲(chǔ)系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)或響應(yīng)信息轉(zhuǎn)換為主設(shè)備時(shí)鐘域的信號(hào)。
[0028]進(jìn)一步，按照?qǐng)D2所示，所述控制單元，包含一個(gè)沖突檢測(cè)器，根據(jù)所述從設(shè)備接口發(fā)送的讀寫訪問請(qǐng)求，實(shí)時(shí)檢測(cè)存儲(chǔ)器端口的訪問沖突情況，將這種沖突情況發(fā)送給頻率比調(diào)整單元；包含一個(gè)仲裁器，同時(shí)接收所述多個(gè)從設(shè)備接口發(fā)送的讀寫訪問請(qǐng)求，根據(jù)固定優(yōu)先級(jí)將新發(fā)起和掛起的請(qǐng)求中優(yōu)先級(jí)最高的請(qǐng)求發(fā)送給存儲(chǔ)器，并掛起其它請(qǐng)求，當(dāng)無更高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求需處理情況下，自動(dòng)發(fā)起最高優(yōu)先級(jí)掛起請(qǐng)求；
[0029]按照?qǐng)D3所示，所述頻率比調(diào)整單元，包含一個(gè)分頻器和一個(gè)時(shí)鐘同步器；所述分頻器，包含一個(gè)分頻計(jì)數(shù)器，兩個(gè)比較器和一個(gè)沖突閾值寄存器，所述沖突閾值寄存器用來設(shè)置沖突的高低閾值，接收的所述控制單元發(fā)送沖突情況，當(dāng)規(guī)定時(shí)間內(nèi)沖突次數(shù)超過設(shè)定的高閾值時(shí)，減少分頻計(jì)數(shù)器的閾值，提高存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，從而提高存儲(chǔ)器訪問速度，反之，當(dāng)沖突次數(shù)小于設(shè)定的低閾值時(shí)，增大