读控制装置和方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510073330.8

申请日:

2015.02.11

公开号:

CN104657298A

公开日:

2015.05.27

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 13/16申请公布日:20150527|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 13/16申请日:20150211|||公开

IPC分类号:

G06F13/16

主分类号:

G06F13/16

申请人:

昆腾微电子股份有限公司

发明人:

陈世柱; 韩扬

地址:

100195北京市海淀区玉泉山路23号4号楼

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明涉及一种读控制装置,所述装置布置在系统总线和存储器之间,所述装置包括缓存模块和控制模块,其中:所述控制模块用于根据所述系统总线的状态,执行获取操作,其中,所述获取操作具体为读取操作或预取操作,所述获取操作包括:在所述缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容;当所述缓存模块中缓存有所述将要获取的内容,将所述将要获取的内容放到所述系统总线上;当所述缓存模块中没有缓存所述将要获取的内容,从所述存储器中获取所述将要获取的内容保存到所述缓存模块中并放到所述系统总线上。本发明用以实现预取,并且对于没有分支预测的系统,节省了读取时间,提高了系统的性能。

权利要求书

权利要求书
1.  一种读控制装置,其特征在于,所述装置布置在系统总线和存储器之间,所述装置包括缓存模块和控制模块,其中:
所述控制模块用于根据所述系统总线的状态,执行获取操作,其中,所述获取操作具体为读取操作或预取操作,所述获取操作包括:
在所述缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容;
当所述缓存模块中缓存有所述将要获取的内容,将所述将要获取的内容放到所述系统总线上;
当所述缓存模块中没有缓存所述将要获取的内容,从所述存储器中获取所述将要获取的内容保存到所述缓存模块中并放到所述系统总线上。

2.  根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述控制模块还用于在执行所述预取操作的过程中,查询所述系统总线的状态,当所述系统总线的状态为读取状态时,判断将要执行的读取操作与正在执行的预取操作是否发生冲突,当判定所述将要执行的读取操作与所述正在执行的预取操作发生冲突时,中断所述正在执行的预取操作,执行所述将要执行的读取操作。

3.  根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述控制模块还用于在执行所述预取操作的过程中,查询所述系统总线的状态,当所述系统总线的状态为读取状态时,在所述缓存模块中查找是否缓存有将要读取的内容,当所述缓存模块中没有将要读取的内容时,判断所述将要读取的内容与所述正在预取的内容是否一致,当所述将要读取的内容与所述正在预取的内容不一致时,中断所述正在执行的预取操作,执行将要执行的读取操作。

4.  根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:
地址预处理模块,用于对输入的地址进行预处理,使得预处理后的地址的形式与所需求的地址的形式一致。

5.  根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:
拼接组合模块,用于对放到所述系统总线上的内容进行拼接组合,使得放到所述系统总线上的内容的位宽与所述系统总线所要求的位宽匹配。

6.  一种处理系统,包括权利要求1-5所述的读控制装置、处理器、存储器,所述读控制装置与所述处理器之间通过系统总线进行通信,所述读控制装置与所述存储器之间通过内部总线进行通信。

7.  一种读控制方法,其特征在于,在系统总线和存储器之间增加读控制装置,所述读控制装置包括缓存模块和控制模块,所述方法包括:
所述控制模块根据所述系统总线的状态,执行获取操作,其中,所述获取操作具体为读取操作或预取操作,所述获取操作包括:
在所述缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容;
当所述缓存模块中缓存有所述将要获取的内容,将所述将要获取的内容放到所述系统总线上;
当所述缓存模块中没有缓存所述将要获取的内容,从所述存储器中获取所述将要获取的内容保存到所述缓存模块中并放到所述系统总线上。

8.  根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述控制模块还在执行所述预取操作的过程中,查询所述系统总线的状态,当所述系统总线的状态为读取状态时,判断将要执行的读取操作与正在执行的预取操作是否发生冲突,当判定所述将要执行的读取操作与所述正在执行的预取操作发生冲突时,中断所述正在执行的预取操作,执行所述将要执行的读取操作。

9.  根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述控制模块还在执行所述预取操作的过程中,查询所述系统总线的状态,当所述系统总线的状态为读取状态时,在所述缓存模块中查找是否缓存有将要读取的内容,当所述缓存模块中没有将要读取的内容时,判断所述将要读取的内容与所述正在预取的内容是否一致,当所述将要读取的内容与所述正在预取的内容不一致时,中断所述正在执行的预取操作,执行将要执行的读取操作。

10.  根据权利要求7述的方法,其特征在于,所述读控制装置还包括拼接组合模块,所述方法还包括:
所述拼接组合模块对放到所述系统总线上的内容进行拼接组合,使得放到所述系统总线上的内容的位宽与所述系统总线所要求的位宽匹配。

说明书

说明书读控制装置和方法
技术领域
本发明涉及处理器与存储器领域,尤其涉及一种读控制装置和方法。
背景技术
目前,很多嵌入式应用使用8051或者80251这些8位的微处理器作为核心处理单元,一般来说,这些处理器从功耗、性能和面积上可以满足一般性需求。
在一些比较先进的嵌入式系统中,为了进一步提高系统的性能,采用了预取的方法,具体地,就是在存储器和系统总线之间增加一个控制模块,在系统总线空闲时,控制模块先从存储器中获取系统总线将要访问的内容,在系统总线访问存储器时,控制模块将预取的内容直接放到系统总线上,这样系统总线不用再等待从存储器中获取将要访问的内容,从而节省了总的读取时间,提高了系统的性能。但是,这种方法不适用于没有分支预测功能的系统,例如:一些小范围的循环程序,这是因为由于系统没有预测将要跳转到哪个地址或调用哪个地址的功能,所以在系统总线空闲时控制模块进行的预取针对的是假如没有发生跳转或调用时的情况,而事实上系统发生了跳转或调用,因此就造成系统总线在进行读取时要读取的内容并不是之前控制模块预取的内容,从而系统总线仍需要继续等待从存储器中获取将要读取的内容,延长了读取时间,降低了系统的性能。
发明内容
本发明提供一种读控制装置和方法,用以实现预取,并且对于没有分支预测的系统,节省了读取时间,提高了系统的性能。
本发明提供一种读控制装置,所述装置布置在系统总线和存储器之间,所述装置包括缓存模块和控制模块,其中:
所述控制模块用于根据所述系统总线的状态,执行获取操作,其中, 所述获取操作具体为读取操作或预取操作,所述获取操作包括:
在所述缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容;
当所述缓存模块中缓存有所述将要获取的内容,将所述将要获取的内容放到所述系统总线上;
当所述缓存模块中没有缓存所述将要获取的内容,从所述存储器中获取所述将要获取的内容保存到所述缓存模块中并放到所述系统总线上。
本发明还提供一种读控制方法,在系统总线和存储器之间增加读控制装置,所述读控制装置包括缓存模块和控制模块,所述方法包括:
所述控制模块根据所述系统总线的状态,执行获取操作,其中,所述获取操作具体为读取操作或预取操作,所述获取操作包括:
在所述缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容;
当所述缓存模块中缓存有所述将要获取的内容,将所述将要获取的内容放到所述系统总线上;
当所述缓存模块中没有缓存所述将要获取的内容,从所述存储器中获取所述将要获取的内容保存到所述缓存模块中并放到所述系统总线上。
本发明还提供一种处理系统,包括前述的读控制装置、处理器、存储器,所述读控制装置与所述处理器之间通过系统总线进行通信,所述读控制装置与所述存储器之间通过内部总线进行通信。
在本发明中,采用读控制装置中的控制模块根据系统总线的状态执行获取操作,通过进行预取操作实现预取功能,可以节省系统中总的访问时间,提高系统性能;设置缓存模块,根据在缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容进行不同的操作,并且在系统发生跳转或调用未知的情况下,由于控制模块将预取或读取的内容缓存到缓存模块中,所以若系统发生跳转或调用,系统总线进行读取时,控制模块仍可能在缓存模块中得到系统总线要读取的内容,这样,使得没有分支预测功能的系统同样可以节省读取的时间,提高系统的性能。
附图说明
图1为本发明读控制装置实施例的结构示意图;
图2为本发明读控制装置实施例的具体工作过程图;
图3为本发明读控制装置实施例的一个实例的具体工作过程图;
图4为本发明读控制装置中大小端关系的一个实例;
图5为本发明读控制装置中拼接组合模块14一种处理过程的实例示意图;
图6为本发明处理系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
如图1所示,为本发明读控制装置实施例的结构示意图,该装置布置在系统总线和存储器之间,具体可以包括:缓存模块11、控制模块12,其中,控制模块12与缓存模块11相连,控制模块12与存储器之间通过内部总线13进行连接。
在本实施例中,控制模块12用于根据系统总线的状态,执行获取操作,其中,获取操作具体可以为读取操作或预取操作,获取操作可以包括:在缓存模块11中查找是否缓存有将要获取的内容;当缓存模块11中缓存有将要获取的内容,将将要获取的内容放到系统总线上;当缓存模块11中没有缓存将要获取的内容,从存储器中获取将要获取的内容保存到缓存模块11中并放到系统总线上。
具体地,当控制模块12查询到系统总线的状态为读取状态时,控制模块12进行读取操作,在缓存模块11中查找是否缓存有将要读取的内容;若缓存模块11中缓存有将要读取的内容,则控制模块12直接从缓存模块11中获取将要读取的内容放到系统总线上;若缓存模块11中没有缓存将要读取的内容,则控制模块12从存储器中获取将要读取的内容保存到缓存模块11中并放到系统总线上;当控制模块12查询到系统总线的状态为空闲状态时,控制模块12进行预取操作,在缓存模块11中查找是否缓存有将要预取的内容;当缓存模块11中没有缓存将要预取的内容,则控制模块12从存储器中获取将要预取的内容保存到缓存模块11中,若缓存模块11中缓存有将要预取的内容,则控制模块12不需要进行后续的预取操作,返 回继续查询系统总线状态。
该实施例的具体工作过程如下:控制模块12根据系统总线的状态,执行获取操作,其中,获取操作具体可以为读取操作或预取操作,获取操作可以包括:在缓存模块11中查找是否缓存有将要获取的内容;当缓存模块11中缓存有将要获取的内容,将将要获取的内容放到系统总线上;当缓存模块11中没有缓存将要获取的内容,从存储器中获取将要获取的内容保存到缓存模块11中并放到系统总线上。
具体地,如图2所示,为本发明读控制装置实施例的具体工作过程图,可以包括如下步骤:
步骤21、控制模块12查询系统总线的状态,若系统总线为读取状态则进行步骤22,否则进行步骤25;
步骤22、控制模块12进行读取操作,在缓存模块11中查找是否缓存有将要读取的内容,若是则执行步骤23,否则执行步骤24;
步骤23、控制模块12直接从缓存模块11中获取将要读取的内容放到系统总线上;
步骤24、控制模块12从存储器中获取将要读取的内容保存到缓存模块11中并放到系统总线上;
步骤25、控制模块12进行预取操作,在缓存模块11中查找是否缓存有将要预取的内容,若是则返回步骤21,否则执行步骤26;
步骤26、控制模块12从存储器中获取将要预取的内容保存到缓存模块11中。
在本实施例中,控制模块12具体根据系统总线的状态执行具体为读取操作或预取操作的获取操作,通过进行预取操作实现预取功能,可以节省系统中总的访问时间,提高系统性能;控制模块12通过在缓存模块11中查找是否缓存有将要获取的内容进行后续不同的操作,并且在系统发生跳转或调用未知的情况下,由于控制模块12将预取或读取的内容缓存到缓存模块11中,所以若系统发生跳转或调用,在系统总线进行读取时,控制模块13仍可能在缓存模块11中得到系统总线要读取的内容,这样,使得没有分支预测功能的系统也可以节省读取的时间,提高系统的性能。
可选地,在本实施例中,读取操作的优先权要高于预取操作。控制模 块12还用于在执行预取操作的过程中,查询系统总线的状态,若系统总线为空闲状态,则继续查询系统总线的状态,当系统总线的状态为读取状态时,判断将要执行的读取操作与正在执行的预取操作是否发生冲突,当判定将要执行的读取操作与正在执行的预取操作发生冲突时,中断正在执行的预取操作,执行将要执行的读取操作,当判定将要执行的读取操作与正在执行的预取操作没有发生冲突时,继续执行正在执行的预取操作,并且继续执行将要执行的读取操作。
具体地,控制模块12还用于在执行预取操作的过程中,查询系统总线的状态,若系统总线为空闲状态,则继续查询系统总线的状态,当系统总线的状态为读取状态时,在缓存模块11中查找是否缓存有将要读取的内容;当缓存模块11中存在将要读取的内容时,控制模块12直接从缓存模块11中获取将要读取的内容放到系统总线上,并且在此过程中预取操作不受影响,仍可继续进行,当缓存模块11中没有将要读取的内容时,控制模块12判断将要读取的内容与正在预取的内容是否一致;当将要读取的内容与正在预取的内容一致时,继续执行当前的预取操作,总线此时处于等待状态,在控制模块12完成预取操作时,控制模块12将将要读取的内容保存到缓存模块11中并放到系统总线上,当将要读取的内容与正在预取的内容不一致时,中断正在执行的预取操作,执行将要执行的读取操作。也就是说,当正在读取的内容不在缓存模块11中并且与当前正在预取的内容不一致时,控制模块12将及时放弃预取操作,保证以最快的速度返回读取新的内容,可以减少系统的性能损失。
如图3所示,为本发明读控制装置实施例的一个实例的具体工作过程图,存储器具体可以包括存储器控制器和存储单元,在本实例中,存储单元具体为NVM,存储器控制器为NVM控制器,控制模块12与NVM之间通过NVM控制器进行信息传递,其中,NVM控制器用于根据具体操作信号或时序需求在控制模块12与NVM之间传递信息,完成在存储器的读取操作;另外,在本实例中,预取操作或读取操作的内容是指令,具体可以包括如下步骤:
步骤301、控制模块12查询系统总线有无读取操作,若有则执行步骤302,否则执行步骤307;
步骤302、控制模块12查找缓存模块11中是否存在将要读取的指令 的地址,若不存在则执行步骤303,否则执行步骤306;
步骤303、控制模块12给NVM控制器发送将要读取的指令的地址和读取信号,然后进行等待;
步骤304、控制模块12是否接收到NVM控制器返回的读取完成信号,若是则执行步骤305,否则继续执行步骤304;
步骤305、控制模块12根据系统处理器的位数选择信号将读取的指令放到系统总线上,同时按照最近最少访问(Least Recently Used,简称:LRU)原则将读取的指令保存到缓存模块11中,然后返回步骤301;
步骤306、控制模块12将缓存模块11中将要读取的指令的地址对应的指令放到系统总线上进行读取,然后返回步骤301;
步骤307、预取准备阶段,控制模块12查找缓存模块11中是否存在将要预取的指令的地址,若不存在则执行步骤308,否则执行步骤301;
步骤308、控制模块12给NVM控制器发送将要预取的指令的地址和预取信号;
步骤309、控制模块12判断是否继续当前预取操作,若是则执行步骤310,否则执行步骤412;
具体地,在这个步骤中,控制模块12持续检测系统总线是否有读取操作,若系统总线有读取操作并且缓存模块11中存在将要读取的指令的地址标签,则控制模块12直接将缓存模块11中的将要读取的指令的地址对应的指令发送到系统总线上进行读取,并且在此过程中预取操作不受影响,仍可继续进行;若缓存模块11中不存在将要读取的指令的地址标签,但是当前正在预取的指令的地址标签与系统总线将要读取的指令的地址标签一致,则继续当前的预取操作,此时系统总线处于等待状态;
步骤310、控制模块12是否接收到NVM控制器返回的预取完成信号,若是则执行步骤311,否则返回步骤309;
步骤311、控制模块12根据系统处理器的位数选择信号将预取的指令放到系统总线上,同时按照LRU原则将预取的指令保存到缓存模块11中,然后返回步骤301;
步骤312、控制模块12给NVM控制器发送预取放弃的信号,返回步骤303;
在这个步骤中,要读取的指令的地址标签既不在缓存模块11中,也与当前预取的指令的地址不一致,则控制模块12给NVM控制器发送预取放弃的信号中断预取操作,这时,返回步骤303,控制模块12给NVM控制器发送新的将要读取的指令的地址和读取信号,继续系统总线的读取操作。
可选地,在本实例中,控制模块12将读取或预取的指令存入缓存模块11中的原则还可以为按照随机算法(Random algorithm,简称:RAND)将指令缓存到缓存模块11的任意位置,或者还可以按照先进先出(First Input First Output,简称:FIFO)原则将指令存入缓存模块11的原则。
可选地,再参见图1所示的示意图,读控制装置还可以包括拼接组合模块14,拼接组合模块14与缓存模块11相连,拼接组合模块14还与指令和数据总线15连接,指令和数据总线15上传输系统总线读取操作的指令和数据。拼接组合模块14用于对放到系统总线上的内容进行拼接组合,使得放到系统总线上的内容的位宽与系统总线所要求的位宽匹配。在一些处理器的片上程序存储模块中,一般会选择EFLASH或者带电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,简称:EEPROM)等非易失性存储器(Nonvolatile Memory,简称:NVM),而这些存储器的访问速度比系统总线的时钟频率通常要小5~10倍,但是这些存储器的位宽却远远高于系统总线的位宽。这样,通过拼接组合模块14对放到系统总线上的内容进行拼接组合,解决了系统总线与存储器之间位宽不匹配的问题。并且,在本实施例中,系统总线的位宽可以是任意的,存储器的位宽也可以是任意的,但都可以通过拼接组合模块14实现系统总线与存储器二者间位宽的匹配。
可选地,再参见图1所示的示意图,读控制装置还可以包括地址预处理模块16,地址预处理模块16的输入为地址总线17,该地址预处理模块16与控制模块12、拼接组合模块14相连。地址预处理模块16用于对输入的地址进行预处理,使得预处理后的地址的形式与所需求的地址的形式一致,具体地,地址预处理模块16对输入的地址总线17上的地址进行预处理,将地址总线17上的地址处理为缓存模块11和存储器中所需求的地址形式,并将处理结果传至控制模块12,例如:地址总线17中的地址为字节的形式,缓存模块11和存储器中的地址形式是字的形式,则地址预处理 模块16将地址总线17上的字节地址进行处理得到字地址的形式,并传给控制模块12。将地址总线17上的地址进行预处理并用于缓存模块11和存储器,可以保证在各操作中,传输形式一致的地址信息。可选地,地址预处理模块16还可以将地址总线17上的地址处理为拼接组合模块14所需求的字节地址,并将处理结果传至拼接组合模块14。可选地,拼接组合模块14可以根据地址预处理模块16预处理后的每个字节的字节地址以及存储器的大小端关系,对从缓存模块11或存储器中读出的内容进行选择,同时依据系统总线所需要的大小端模式,对放到系统总线上的内容进行拼接组合,使得放到系统总线上的内容的位宽与系统总线所要求的位宽匹配,同时大小端模式保持一致。另外,大小端即为大端模式和小端模式,大端模式就是使系统总线中数据的高字节存放在低地址,小端模式就是使系统总线中数据的高字节存放在高地址。如图4所示,为本发明读控制装置中大小端模式的一个实例,本实例包括地址列41、大端模式42和小端模式43,假设要存放4个字节b0b1b2b3,用d0表示地址列41的高位,用d3表示地址列41的低位,则对于地址d0、d1、d2、d3,对应的大端模式42下的字节顺序为:b3、b2、b1、b0,对应的小端模式43下的字节顺序为:b0、b1、b2、b3。
如图5所示,为本发明读控制装置中拼接组合模块14的一种处理过程的实例示意图,在本实例中,假设缓存模块11或存储器中的数据对应的字地址为0x40,相应地,缓存模块11或存储器中的数据对应的字节地址依次为0x100、0x101、0x102和0x103,在小端模式下,缓存模块11或存储器中对应字节地址0x100、0x101、0x102和0x103的数据依次为D0、D1、D2和D3,若系统总线上需要的为大端模式,则对于拼接与组合模块14,如图5中的虚线框内的部分,拼接与组合模块14根据地址预处理模块16预处理后的字节地址0x100和0x101,选择字节地址0x100和0x101对应的缓存模块11或存储器中的数据D0和D1,并按大端模式进行拼接组合,得到系统总线所需求的位宽与大小端模式,即在缓存模块11或存储器中小端模式下的数据D0和D1与拼接与组合模块14中大端模式下的放到系统总线上的数据D1和D0对应,并且放到系统总线上的数据D1和D0对应的地址为0x101和0x100。
可选地,在本实施例中,缓存模块11可以采用全相联结构,还可以采用组相联结构或者直接镜像结构。缓存模块11采用不同的结构均可以实现缓存读控制模块12将要获取的内容。
可选地,在本实施例中,缓存模块11中缓存的内容的深度或位宽可以是任意的,实际应用中可以根据需求进行不同的设置。可选地,在本实施例中,前述的获取操作的内容具体可以是数据,也可以是指令。
可选地,在本实施例中,控制模块12进行预取操作时,可以进行一次预取操作,也可以顺序进行多次预取操作。
如图6所示,为本发明处理系统实施例的结构示意图,该处理系统可以包括处理器61、读控制装置62、存储器63、系统总线64以及内部总线13,读控制装置62位于处理器61与存储器63之间,具体地,读控制装置62与处理器61之间通过系统总线64进行通信,读控制装置62与存储器63之间通过内部总线13进行通信。其中,系统总线包括前述读控制装置实施例中的指令和数据总线15、地址总线17;读控制装置62可以包括前述读控制装置实施例中的任一模块与步骤,在此不再赘述;处理器61用于完成对指令的读取、译码、发射以及一些执行操作,并完成对数据的读取与处理等操作。读控制装置62可以用于任何系统总线64与存储器63之间存在读取时间、访问速度或位宽等差异的情况。
在本实施例中,通过读控制装置62可以解决系统总线64与存储器63之间存在的差异,例如:系统总线64与存储器63之间位宽不匹配的问题,由于读控制装置62的预取功能,提高了系统的性能,最大程度的减少了总线的等待时间,并且读控制装置62中存在缓存模块11,这样在未知系统跳转或调用的情况下,读控制装置62中的控制模块12将预取或读取的内容缓存到缓存模块11中,通过查找缓存模块11中缓存的内容,可能得到系统总线要读取的内容,从而在没有分支预测功能的系统中同样可以节省读取的时间,提高系统的性能。
可选地,在本实施例中,处理器61具体可以为微控制器(Micro Control Unit,简称:MCU),还可以为直接内存存取器(Direct Memory Access,简称:DMA)。
可选地,在本实施例中,处理系统的处理器61与存储器63之间还可 以有其他处理模块,例如:加密解密模块等,读控制装置62可以位于处理器61与存储器63之间的任何位置。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

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本发明涉及一种读控制装置,所述装置布置在系统总线和存储器之间,所述装置包括缓存模块和控制模块,其中:所述控制模块用于根据所述系统总线的状态,执行获取操作,其中,所述获取操作具体为读取操作或预取操作,所述获取操作包括:在所述缓存模块中查找是否缓存有将要获取的内容;当所述缓存模块中缓存有所述将要获取的内容,将所述将要获取的内容放到所述系统总线上;当所述缓存模块中没有缓存所述将要获取的内容,从所述存储器。

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