基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器的制作方法

專利名稱：：基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及微電子學
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器。
背景技術(shù)：
：在電子系統(tǒng)的設(shè)計中，存儲器應(yīng)用得越來越廣泛。在設(shè)計片上系統(tǒng)(System-on-a-Chip，SoC)時，常常需要使用嵌入式存儲器。在SoC中設(shè)計嵌入式存儲器有兩種方法，一是全定制設(shè)計；二是使用第三方芯片設(shè)計服務(wù)公司(簡稱第三方，如Artisan公司)提供的存儲器知識產(chǎn)權(quán)核(IntellectualPropertyCore,IPCore)來設(shè)計。兩種方法各有優(yōu)缺點，全定制設(shè)計性能好，功能豐富，但技術(shù)要求高，設(shè)計周期長；基于IP核的方法容易實現(xiàn)，設(shè)計周期短，但受到第三方提供的IP核的一些限制。在一些可編程芯片(如現(xiàn)場可編程邏輯陣列芯片和可編程片上系統(tǒng))的設(shè)計中，對嵌入式存儲器往往有工作模式和訪問位寬等可編程需求，這種可編程的特性能顯著的提高最終用戶的工作效率。全定制雖然能夠解決這些可編程的問題，但設(shè)計周期長，技術(shù)難度大；而直接使用IP核的方式快捷方便，但難滿足設(shè)計需求。雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核(DP-SRAMIPCore,以下簡稱IP核或IP)在生成之后，其兩個端口的數(shù)據(jù)位寬就已經(jīng)固定，不能再通過編程方式來改變；其基于時鐘的讀寫保護機制(如Artisan文獻〈1>中的DPCCM機制)，能保證在同一時刻讀寫同一行地址的時候，保護寫操作，但卻不能保證讀操作的可靠性。在以往的技術(shù)中(此類技術(shù)通常采用如圖1的方案設(shè)置兩套數(shù)據(jù)旁路和數(shù)據(jù)鎖存，在兩個端口都使用一套緩存寄存器，兩個端口的緩存寄存器之間要進行數(shù)據(jù)的交換，需要緩存地址總線所有位的地址而不是部分地址，輸出邏輯要做全地址比較，輸出的數(shù)據(jù)要經(jīng)過大的組合邏輯交織后才輸出)，使用Bypass旁路和鎖存方式來提供部分的可編程功能，但是設(shè)計偏復雜，信號的關(guān)鍵路徑長(如圖1中長的關(guān)鍵路徑PATH1和PATH2)，工作速度慢。本發(fā)明利用第三方提供的Memory-Compiler軟件工具生成雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核，通過增加一種外圍緩存和控制等電路，設(shè)計和實現(xiàn)了一種嵌入式可編程存儲器(以下簡稱可編程存儲器或存儲器)。該設(shè)計既避免了全定制方式的設(shè)計復雜性，又克服了IP核自身的不足，使存儲器性能比已有方案好，且電路比已有方案簡單，實現(xiàn)了應(yīng)用上的可編程，并且支持多種工作模式。
發(fā)明內(nèi)容(—)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，以提供可編程機制，支持用戶對其位寬、工作模式和同步/異步輸出等進行可編程設(shè)計，支持包模式、單端口、簡單雙端口和真雙端口等工作模式。(二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，包括DP-SRAMIP、A端口輸入邏輯、B端口輸入邏輯、A端口輸出邏輯、B端口輸出邏輯、控制模塊、數(shù)據(jù)寄存器、標志寄存器和地址寄存器；其中，DP-SRAMIP是利用Memory-Compiler生成的雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核；A端口輸入邏輯和B端口輸入邏輯用于將可編程存儲器A/B端口輸入的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換以符合IP核對數(shù)據(jù)的要求；A端口輸出邏輯和B端口輸出邏輯用于組合IP兩個端口輸出的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)，然后送到可編程存儲器輸出；控制模塊用于通過比較地址和讀寫指示信號，來控制數(shù)據(jù)的流向；數(shù)據(jù)寄存器是N比特的寄存器，用于保存數(shù)據(jù)寄存器在發(fā)生第一次讀寫沖突后的任一時刻通過可編程存儲器A/B端口寫入到IP核中某行N比特的部分或全部的最新數(shù)據(jù)；標志寄存器是N比特的，用于標明數(shù)據(jù)緩沖器中對應(yīng)比特是否是最新的有效數(shù)據(jù)；地址寄存器用于保存數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)對應(yīng)在IP核的m比特地址值。上述方案中，所述DP-SRAMIP是一個通用的雙端口同步靜態(tài)存儲器知識產(chǎn)權(quán)核，其端口數(shù)據(jù)位存儲寬度為N，存儲深度為M，地址總線位寬m為ceil(log2M)，ceil為向上取整函數(shù)，在考慮訪問位寬編程為一比特的情況，最大地址為MXN，可編程存儲器的地址總線位寬t為ceil(log2(MXN))。上述方案中，所述端口數(shù)據(jù)位存儲寬度N為36，存儲深度M為128。上述方案中，所述數(shù)據(jù)寄存器由N比特組成，用于保存IP中的某一行的全部或者部分數(shù)據(jù)；當存儲器的兩個端口同時對IP核的某一行進行至少一個是寫操作的讀寫訪問時，數(shù)據(jù)寄存器緩存其中一個端口的寫數(shù)據(jù)；假若此時存儲器中已經(jīng)有數(shù)據(jù)，則兩種可能處理方法，一是已有數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)是對應(yīng)于IP核的同一行，則用新的數(shù)據(jù)更新存儲器；二是如果不同行，則原有數(shù)據(jù)寫入IP核，新數(shù)據(jù)寫入寄存器。上述方案中，所述標志寄存器由N比特組成，每一比特指示數(shù)據(jù)寄存器的對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)是否真實有效。上述方案中，所述標志寄存器與數(shù)據(jù)寄存器保持同步關(guān)系，端口向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)時，也要置標志寄存器的對應(yīng)位為高；同樣，在數(shù)據(jù)寄存器向IP核寫入數(shù)據(jù)后，也同時把標志寄存器的所有位清零，待下一次再向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)時再設(shè)置相應(yīng)的標志位。上述方案中，所述地址寄存器由m比特組成，當數(shù)據(jù)寄存器保存了有效數(shù)據(jù)時，地址寄存器記錄下該行的地址值；數(shù)據(jù)寄存器緩存數(shù)據(jù)，地址寄存器指明該緩存數(shù)據(jù)的對應(yīng)于IP核的存儲地址，而標志寄存器則指明N位的數(shù)據(jù)寄存器中那些位是有效的；兩個端口進行讀寫操作時，先把地址的高m位與m位的緩存地址進行比較。上述方案中，該嵌入式可編程存儲器支持用戶的對其位寬、端口數(shù)量、同步/異步輸出等屬性的可編程設(shè)計，支持包模式、單端口、簡單雙端口和真雙端口等工作模式，采用兩個端口共用的一個N位的數(shù)據(jù)寄存器來緩存兩個端口產(chǎn)生讀寫沖突時的寫數(shù)據(jù)，采用兩個端口共用的一個N位的標志寄存器來標明數(shù)據(jù)寄存器中有效數(shù)據(jù)位，采用兩個端口共用的一個m位的地址寄存器來鎖存數(shù)據(jù)對于該存儲器的行地址。上述方案中，該嵌入式可編程存儲器能夠?qū)ν坏刂返牟煌糠滞瑫r進行讀寫操作，具體通過以下方式實現(xiàn)對同一地址的一讀一寫操作，立即執(zhí)行讀操作，緩存寫的內(nèi)容；如果寫的地址與地址寄存器緩存的地址相同，則更新；如不相同，則緩存中原有數(shù)據(jù)寫入IP核，新數(shù)據(jù)寫入緩存；或者對同一地址的兩個端口同時寫操作；如果與地址寄存器緩存的地址相同，則把A端口的寫數(shù)據(jù)和緩存的數(shù)據(jù)合并，一起通過A端口寫入IP核；如果不相同，則把緩存中的數(shù)據(jù)寫入IP，A端口的數(shù)據(jù)寫入緩存。上述方案中，該嵌入式可編程存儲器在兩個端口對某一行的讀寫產(chǎn)生沖突時，數(shù)據(jù)緩存機制能保證對寫入數(shù)據(jù)進行有效存儲，數(shù)據(jù)寄存器作出相應(yīng)的動作來保持數(shù)據(jù)的最新性和標志寄存器的有效性；在讀該行的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)緩存機制保證讀出最有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寄存器中的最新數(shù)據(jù)始終有優(yōu)先輸出權(quán)，保證和IP核輸出的數(shù)據(jù)通過組合后的真實有效性。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，提供可編程機制，支持用戶對其位寬、工作模式和同步/異步輸出等進行可編程設(shè)計，支持包模式、單端口、簡單雙端口和真雙端口等工作模式。2、在實現(xiàn)靈活的可編程機制的同時，顯著地提高電路的工作速度。常規(guī)的設(shè)計實現(xiàn)原理如圖l所示，該圖中，在讀數(shù)據(jù)的輸出路徑上存在圖中標識為粉紅色和藍色的兩條較關(guān)鍵的時序路徑，特別是藍色路徑，在無寄存器輸出的異步模式下，包括端口的輸入路徑延時和輸出路徑延時，還有地址比較和輸出數(shù)據(jù)配置等大量的組合邏輯，這極大的影響了常規(guī)的實現(xiàn)方案的最高工作速度。本發(fā)明采用數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器和標志寄存器，僅僅是高位的行地址比較，相對與常規(guī)方案的行列地址比較而言，比較結(jié)果延時要小很多；在地址比較后，只需要用標志寄存器對數(shù)據(jù)寄存器和IP核輸出的數(shù)據(jù)位做一個二選一即可以輸出，相對于常規(guī)方案做各種位寬模式下的復雜的數(shù)據(jù)交織方案而言，傳播延時大大的縮小。正是由于采用了標志寄存器等組成的緩存機制，該方案的時序關(guān)鍵路徑比常規(guī)方案的關(guān)鍵路徑大為縮減，工作速度能夠顯著提高。3、在實現(xiàn)靈活的可編程機制的同時，電路實現(xiàn)占用更小的面積，具有成本優(yōu)勢。如圖3所示，本發(fā)明提供的這種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，由于只采用一套緩存電路，相對于常規(guī)方案的兩個端口兩套緩存電路而言，使用寄存器的數(shù)量減少大約一半；對于輸出邏輯，由于去掉了復雜的數(shù)據(jù)交織，輸送部分的組合邏輯大幅度的減少。綜合和布局布線的結(jié)果標明，兩種方案在除去IP核之外的邏輯的面積，該發(fā)明的方案的硅實現(xiàn)面積僅僅為常規(guī)方案的三分之一左右。4、本發(fā)明提供的這種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，具有設(shè)計上的簡便性。常規(guī)的方案使用兩套緩存電路，在讀寫數(shù)據(jù)的時候，要仔細考慮每個端口和其緩存、和兩套緩存電路之間的復雜的數(shù)據(jù)流處理機制，在存儲器的兩個端口處于異步時序環(huán)境是，此設(shè)計更為復雜。新的方案只使用一套緩存電路，不存在兩套緩存電路時間的數(shù)據(jù)流動問題；該緩存電路在緩存某個端口的數(shù)據(jù)時，使用該端口的時鐘，將異步設(shè)計中的跨時鐘域問題簡化。5、本發(fā)明提供的這種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，與常規(guī)的方案比較，消耗的功率更小。由于使用的寄存器數(shù)量減少約一半，非IP的組合邏輯減少為三6分之一，數(shù)據(jù)交換的活動減少，所以，新方案的功耗減少一半左右。6、本發(fā)明提供的這種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，具有更好的穩(wěn)定性。新方案只使用一套緩存電路，由于針對每一個比特引入了標志寄存器，使得新方案的結(jié)構(gòu)更為簡明；同時時序邏輯和組合邏輯的減少，使得電路驗證的復雜度降低，可測性提高。圖1是現(xiàn)有的雙端口緩存機制的嵌入式可編程存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖2是可編程存儲器的符號；圖3是本發(fā)明提供的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器的功能方塊圖；圖4是一個通用的存儲器IP的符號和管腳；圖5是存儲器IP的地址映射關(guān)系的示意圖6是包模式下的存儲空間映射關(guān)系的示意圖7是緩存控制機制的示意圖8是緩存處理的流程圖9是數(shù)據(jù)輸出的示意圖。具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明的核心思想是利用添加的寄存器緩存有沖突的數(shù)據(jù)和地址，利用數(shù)據(jù)位的標志位、和讀寫沖突檢測與保護機制來實現(xiàn)可編程的存儲器，既有設(shè)計上的簡便性，又有功能上的靈活性，對常規(guī)的存儲器功能做了很多擴展。本發(fā)明列舉了工作模式和訪問位寬等可編程的參數(shù)，這些參數(shù)在一些現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)的器件手冊中(如文獻〈2>)已經(jīng)有所描述，不屬于本發(fā)明；但本發(fā)明包括對這些可編程參數(shù)的實現(xiàn)機制。本發(fā)明之所以引用這些參數(shù)，是為了方便描述這些參數(shù)的實現(xiàn)機制。同時，這些實現(xiàn)機制除了以下列舉的幾個參數(shù)外，還可以包括其他一些沒列舉的參數(shù)和模式。本發(fā)明提供的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，此IP核的端口存儲寬度為N，深度為M，地址總線位寬m為Ceil(log2M)，ceil為向上取整函數(shù)。在考慮訪問位寬編程為一比特的情況，最大地址為MXN，故可編程存儲器的地址總線位寬t為ceil(log2(MXN))。可編程存儲器的可編程數(shù)據(jù)位寬和IP的數(shù)據(jù)總線位寬相同，但可編程存儲器有效數(shù)據(jù)位的位寬L(L<=N)在不使用奇偶校驗位時的幾種典型情況分別是2°、21.......和2n比特的共計n+l個位寬模式，編程后無效的數(shù)據(jù)位(N-L位)接地；對數(shù)據(jù)典型位寬的可編程管腳的位寬k為ceil(log2(n+l));字節(jié)使能的位寬p為N/9?！?、寫的過程在發(fā)生讀寫操作沖突時，由于讀操作要優(yōu)先訪問IP核，以滿足讀出數(shù)據(jù)的時序要求，所以寫操作必須緩存，端口把數(shù)據(jù)寫入存儲器的處理過程如下1)外部把數(shù)據(jù)、地址、讀寫指示信號、時鐘等送到可編程存儲器的端口。2)在包模式下，兩個端口分別訪問IP的不同地址空間區(qū)域；單端口模式下，只有一個端口能夠訪問IP;所以，在任一時刻對IP的某一行地址只有一種操作，不會出現(xiàn)同時讀寫同一行的有沖突操作的情況，不需要緩存數(shù)據(jù)，所有的寫操作直接寫入到IP核中。其寫的過程是截取存儲器地址信號的高m位送給IP核的地址總線，把外部的時鐘送IP核的時鐘端口；根據(jù)輸入的地址信號的低(t-m)位，把存儲器端口的L位數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，送到IP核的N位寬的數(shù)據(jù)輸入總線上(在任一時刻，IP的(N-L)位位寬的數(shù)據(jù)總線不使用)；同時根據(jù)輸入的地址的低(t-m)位設(shè)置IP核端口的N位的讀寫指示信號，使之與數(shù)據(jù)的有效位一一對應(yīng)，確保每一個數(shù)據(jù)比特的正確寫入。3)在簡單雙端口模式下，只有A端口執(zhí)行寫操作。A端口在寫時，先判斷是否與執(zhí)行讀操作的B端口訪問IP的同一行地址空間。如果訪問的是同一行，則對于寫操作要做緩存處理。簡單雙端口的緩存處理機制，先比較寫的高m位地址與地址寄存器的地址是否相同。若相同，則把A端口的數(shù)據(jù)根據(jù)所配置的位寬和地址的低(t-m)位寫入數(shù)據(jù)寄存器中的相應(yīng)位置；若不相同，則把緩存中的數(shù)據(jù)寫入IP核中，同時清空標志寄存器；再把端口的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寄存器中，同時更新標志寄存器和地址寄存器。此處可參考"具體實施方式"部分的"緩存控制機制"和"數(shù)據(jù)、標志位和地址緩存寄存器"等章節(jié)。4)真雙端口模式下，A端口和B端口都可以執(zhí)行讀/寫操作。A端口或B端口在寫時，如果另外一個端口是讀，其處理機制類似與上面提到的簡單雙端口的緩存處理機制。在A端口和B端口同時執(zhí)行對同一地址的寫操作時，需要把A端口的地址和地址寄存器的地址再比較，其處理機制略為復雜，可以參考圖7和圖8。二、讀的過程在發(fā)生讀寫沖突時，讀操作有訪問IP核的優(yōu)先權(quán)，端口把數(shù)據(jù)讀出存儲器的處理過程如下1)外部把地址、讀寫指示信號、時鐘等送到可編程存儲器的端口。2)在包模式或單端口模式下，不會產(chǎn)生讀寫沖突，不需要緩存寫的數(shù)據(jù)，所有的讀操作直接使用從IP核中讀出的數(shù)據(jù)。其過程是截取地址總線的高m位送給IP核的m位地址總線，把外部的時鐘送IP核心的時鐘端口，根據(jù)輸入的地址的低(t-m)位把IP核輸出的N位數(shù)據(jù)經(jīng)過處理送到可編程存儲器的N位數(shù)據(jù)總線中的有效的低L位總線上輸出，編程后的高(N-L)位數(shù)據(jù)輸出總線接地。3)在簡單雙端口模式下，只有B端口執(zhí)行讀操作。B端口首先把讀的地址高m位和地址寄存器寄存的地址作比較，如果相同，則把數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)和IP核讀出的數(shù)據(jù)組合。采用數(shù)據(jù)寄存器優(yōu)先原則，即在輸出某一位數(shù)據(jù)時，如果該位的標志寄存器的標志有效，則輸出此位在數(shù)據(jù)寄存器的值；否則，輸出IP核讀出的此位的值。此處可以參考"具體實施方式"部分的"數(shù)據(jù)的輸出"章節(jié)和圖9。4)在真雙端口模式下，兩個端口都可以執(zhí)行讀操作，但是不會產(chǎn)生沖突。此時，讀操作的處理流程與簡單雙端口模式下一致。三、用戶可編程的參數(shù)1)工作模式用戶通過設(shè)置兩比特的可編程的模式(mode)管腳來配置該嵌入式可編程存儲器8的工作模式，其支持的工作模式包括包模式、單端口模式、簡單雙端口模式和真雙端口等四種模式。2)A端口/B端口的位寬用戶通過配置可編程管腳PA和PB，可以對每個端口的讀寫數(shù)據(jù)的寬度進行編程，而且可以在電路工作的過程中再編程。假設(shè)IP的數(shù)據(jù)位寬N為2n+2(n—3)位，其中的2(n—3)位用于存儲奇偶校驗輔助位。則該嵌入式存儲器的A端口和B端口的數(shù)據(jù)位寬可編程為小于等于該IP端口的數(shù)據(jù)位寬N的任一位寬，幾個典型位寬為20、21.......和2在使用奇偶校驗位時，每八位添加一位奇偶校驗輔助位，所以，當1!大于3時、有23+1、24+2.......和2n+2(n—3)等帶有奇偶校驗位的位寬模式。3)數(shù)據(jù)同步/異步輸出用戶可以通過編程選擇讀出的數(shù)據(jù)是同步輸出還是異步輸出，synA/synB設(shè)置為高的時候，表示可編程存儲器的數(shù)據(jù)采用同步輸出方式；否則，是異步輸出方式。下面本發(fā)明以一個容量為MXN比特的可編程存儲器為例，采用一個通用的雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核，結(jié)合附圖和表，對本發(fā)明的技術(shù)方案實施進行詳細的說明。1、系統(tǒng)的符號和功能方塊圖1)符號和管腳為了表述本發(fā)明的方便，特列舉一個典型的嵌入式可編程存儲器，其電路符號如圖2，在圖中，標出了該發(fā)明所涉及到的部分的輸入輸出管腳；同樣，為了表述方便，給每個管腳具體的命名如表l，表1是可編程的存儲器的管腳描述。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表12)功能方塊圖圖3是通過增加外圍緩存電路和控制電路來實現(xiàn)可編程存儲器的系統(tǒng)框圖。DP-SRAMIP是指利用Memory-Compiler生成的雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核；A/B端口輸入邏輯把可編程存儲器A/B端口輸入的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換以符合IP核對數(shù)據(jù)的要求；A/B端口輸出邏輯組合IP兩個端口輸出的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)，然后送到可編程存儲器輸出；控制模塊通過比較地址和讀寫指示信號，來控制數(shù)據(jù)的流向。數(shù)據(jù)寄存器是N比特的寄存器，數(shù)據(jù)寄存器在發(fā)生第一次讀寫沖突后的任一時刻保存了通過可編程存儲器A/B端口寫入到IP核中某行N比特的部分或全部的最新數(shù)據(jù)；標志寄存器是N比特的，標明數(shù)據(jù)緩沖器中對應(yīng)比特是否是最新的有效數(shù)據(jù)；地址寄存器保存數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)對應(yīng)在IP核的m比特地址值。2、通用的雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核在該發(fā)明中需要使用雙端口靜態(tài)隨機存儲器，圖4是一個通用的雙端口同步靜態(tài)存儲器，該IP核的端口數(shù)據(jù)位寬N為三十六，存儲深度M為一百二十八，管腳描述如表2，表2是一個通用IP核的管腳描述。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表23、地址映射關(guān)系存儲器提供20、21、22、23或23+l......和2n或2n+2(n—3)等多種數(shù)據(jù)位寬的典型引用；相應(yīng)的地址總線需要t位至m位不等；該發(fā)明使用地址的高m位表示行，低(t_m)位表示列。對于不同的數(shù)據(jù)位寬模式，用戶訪問存儲器空間的地址eA，其中eA〈t-l:t-m〉表示行，eA〈t-m-l:0〉表示列。在位寬2n(n>1)的模式下，不需要使用全部的地址總線，此時eA〈t-l:t-m>表示行，eA〈t-m_l:n>表示列，地址總線eA〈n_l:0>空閑不用。4、數(shù)據(jù)和地址的轉(zhuǎn)換因為IP核的數(shù)據(jù)總線(DA/DB)和地址總線(AA/AB)與可編程存儲器的數(shù)據(jù)(eDA/eDB)和地址總線(eAA/eAB)的總線位寬不一致，所以，可編程存儲器輸入的數(shù)據(jù)和地址總線要經(jīng)過處理后才能送給IP核。該例中IP的數(shù)據(jù)總線位寬為N位，共有M行，所以需要m位的地址總線，每個地址對應(yīng)于N比特，外部輸入的數(shù)據(jù)和地址要經(jīng)過處理后，才能送給存儲器IP核。假設(shè)可編程存儲器A端口在位寬為L位的一個寫操作，根據(jù)eAA〈m-l:log2(L)>，把外部數(shù)據(jù)總線上輸入的eDA〈L-l:0〉送到IP核的數(shù)據(jù)輸入總線DA〈N_1:0>的相應(yīng)比特位上。表3列出在該位寬模式下的處理機制。至于讀操作，也通過類似的處理，根據(jù)eAA〈m-l:log2(L)>，對IP讀出的數(shù)據(jù)QA〈N_1:0>做相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，輸出到可編程存儲器A端口的數(shù)據(jù)輸出總線eQA〈L-l:0>上。表3是數(shù)據(jù)和讀寫使能線。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表35、可編程的工作模式的實現(xiàn)1)包模式包模式是兩個單端口模式的組合，當兩個工作在單端口模式下的且每個容量不大于MXN/2比特的存儲器可以合并使用一個容量為MXN的可編程存儲器。在大量使用小容量存儲器的應(yīng)用中，包模式可以顯著的提高存儲空間的利用率，使存儲器的效能最大化。包模式下，一個可編程存儲器可以用作兩個獨立工作的單端口存儲器，每個獨立的存儲器有一套完整的時鐘、讀寫指示、數(shù)據(jù)、和地址等總線，最大支持N/2位的數(shù)據(jù)訪問寬度。包模式下的地址與存儲空間映射關(guān)系如圖6。MXN的IP存儲空間，A端口使用IP的行地址為0至M/2-l的上半部分存儲空間；B端口使用M/2至M的下半部分存儲空間。兩個部分獨立工作，互不相關(guān)。包模式兩個端口訪問各自的存儲區(qū)，不會產(chǎn)生讀寫沖突，不需要進行數(shù)據(jù)地址的緩存，在該模式下，可以不使用緩沖器和數(shù)據(jù)地址寄存器。包模式下每個端口訪問MXN/2比特的地址空間，在該模式下，eAA〈0>不使用，使用地址總線eAA〈t-l:1>，其中eAA〈t-l:t_m>表示行地址，eAA〈t-m-l:1>表示列地址。與其他模式一樣，在配置成大于1的多位寬的典型應(yīng)用下，低位的地址總線不使用。2)單端口在單端口工作模式下，只使用A端口進行讀寫操作。通過設(shè)置cenB信號為高，使B端口不工作。同樣，單端口模式不存在兩個端口對同一行地址的同時讀寫操作，所以，不需要使用數(shù)據(jù)寄存器和地址寄存器等緩存機制。單端口的最大訪問位寬為N，此時，A端口的數(shù)據(jù)輸入總線為eDA〈N/2-1:0>和eDB〈N/2-1:0>的組合，A端口的數(shù)據(jù)輸出總線為eQA〈N/2-l:0>和eQB〈N/2-l:0〉的組合。3)簡單雙端口簡單雙端口使用A端口執(zhí)行寫操作，B端口執(zhí)行讀操作。由于A端口和B端口可能同時訪問IP的同一行地址空間，所以，簡單雙端口在A寫B(tài)讀同一行地址時，會產(chǎn)生讀寫沖突；此時，立即執(zhí)行讀操作，緩存寫操作的相關(guān)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)寄存器中。如果寫操作的行地址與緩存的原有數(shù)據(jù)的行地址相同，則把新的數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)寄存器中，此時屏蔽掉IP核的A端口使能(cenA);如果寫操作的行地址與數(shù)據(jù)寄存器的行地址不同，則把數(shù)據(jù)寄存器的原有數(shù)據(jù)寫入IP核對應(yīng)的行地址，同時清空標志寄存器，再寫入新的數(shù)據(jù)，和設(shè)置新的標志寄存器。在以后讀該地址的時候，把數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)和IP核讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過組合后輸出。如果A端口和B端口不產(chǎn)生讀寫沖突，但是A寫操作的地址與數(shù)據(jù)寄存器的地址相同，則A端口的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寄存器中更新原有數(shù)據(jù)。簡單雙端口的最大訪問位寬為N此時，輸入端口A端口的數(shù)據(jù)輸入總線為eDA〈N/2-l:0〉和eDB〈N/2-l:0〉；輸出端口B端口的數(shù)據(jù)輸出總線為eQA〈N/2-l:0>和eQB〈N/2-l:0>。4)真雙端口在真雙端口模式下，每個端口都可以獨立地對存儲空間的全空間進行讀寫操作，與包模式不同之處在于其存儲空間是共享的。同包模式一樣，其每個端口的最大訪問數(shù)據(jù)寬度為N/2位。真雙端口存在著對IP同一行空間的三種操作組合A端口寫B(tài)端口讀，A端12口讀B端口寫，A端口寫且B端口也寫，其中前兩種一讀一寫的操作的沖突處理機制類似于簡單雙端口模式；而兩種寫操作的沖突處理機制，可以參考圖7緩存控制機制和圖8緩存處理流程圖。6、緩存控制機制在簡單雙端口和真雙端口模式下，可能會產(chǎn)生讀寫沖突；該發(fā)明使用緩存控制機制來處理此類問題?？刂颇K的方塊圖如圖7，AF是指m位的地址寄存器的值。通過比較A端口、B端口地址的高m位(行地址)和寄存器所存儲的行地址值之間的關(guān)系，來決定整個設(shè)計中數(shù)據(jù)的流向。圖7中，eAA_equ_AF表示通過比較，eAA的高m位地址和緩存寄存器的m位地址相等，eAB_equ_AF和eAA_equ_eAB同理；當wrenA和wrenB均為高，指示當前的A端口禾口B端口都執(zhí)行寫操作，此時，令標志信號wA_wB有效；同理可得wA_rB和rA_wB。就IP而言，兩個端口對同一行的讀操作不會產(chǎn)生讀寫沖突，所以，不需要對wrenA和wrenB同時為低的兩個端口同時讀操作進行緩存保護。A_in_buf/B_in_buf信號有效時，讓A/B端口的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩存，而不寫入IP核；buf」njp表示讓緩存中的數(shù)據(jù)寫入IP核；A—buf」njp表示A端口的數(shù)據(jù)和緩存中的數(shù)據(jù)合并后寫入IP中；cenA/cenB為高電平時阻止端口A/B的數(shù)據(jù)寫入IP，此時，通過端口A/B的寫操作，把數(shù)據(jù)寫入了緩存。緩存處理機制的數(shù)據(jù)處理流程圖如圖8，只有在該可編程存儲器編程為簡單雙端口或真雙端口的模式下時，才需要考慮使用數(shù)據(jù)緩存機制。不緩存是指數(shù)據(jù)不需要使用寄存器，直接對IP核進行訪問。7、數(shù)據(jù)的輸出端口在讀的過程中，把讀地址的高m位和地址寄存器的m位進行比較，如果相同，則需要把IP核輸出的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)組合。因為數(shù)據(jù)寄存器中始終保存著某行的數(shù)據(jù)，該新數(shù)據(jù)通過標志寄存器指明是否是最新的有效數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)組合方法是用數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)替換掉IP核讀出來的一行中的全部或部分比特的數(shù)據(jù)，當讀地址的高m位與地址寄存器的m位相等，且N位中某一個位的標志寄存器的標識位有效時，數(shù)據(jù)寄存器中的該位替代IP輸出數(shù)據(jù)中的相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)位而作為嵌入式可編程存儲器的輸出。8、數(shù)據(jù)、標志位和地址緩存寄存器1)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器由N比特組成，用于保存IP中的某一行的全部或者部分數(shù)據(jù)；當存儲器的兩個端口同時對IP核的某一行進行至少一個是寫操作的讀寫訪問時，數(shù)據(jù)寄存器緩存其中一個端口的寫數(shù)據(jù)。假若此時該存儲器中已經(jīng)有數(shù)據(jù)，則兩種可能處理方法，一是已有數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)是對應(yīng)于IP核的同一行，則用新的數(shù)據(jù)更新存儲器；二是如果不同行，則原有數(shù)據(jù)寫入IP核，新數(shù)據(jù)寫入緩存。數(shù)據(jù)緩存機制可以參考圖7緩存控制機制和圖8緩存處理流程圖。2)標志寄存器標志寄存器由N比特組成，每一比特指示數(shù)據(jù)寄存器的對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)是否真實有效。標志寄存器與數(shù)據(jù)寄存器保持同步關(guān)系，即端口向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)時，也要置標志寄存器的對應(yīng)位為高；同樣，在數(shù)據(jù)寄存器向IP核寫入數(shù)據(jù)后，也同時把標志寄存器13的所有位清零，待下一次再向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)時再設(shè)置相應(yīng)的標志位。3)地址寄存器地址寄存器由m比特組成，當數(shù)據(jù)寄存器保存了有效數(shù)據(jù)時，地址寄存器記錄下該行的地址值。數(shù)據(jù)寄存器緩存數(shù)據(jù)，地址寄存器指明該緩存數(shù)據(jù)的對應(yīng)于IP核的存儲地址，而標志寄存器則指明N位的數(shù)據(jù)寄存器中那些位是有效的。兩個端口進行讀寫操作時，先把地址的高m位與m位的緩存地址進行比較。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。參考文獻1ArtisanLimited,ArtisanStandardLibrary0.13um_0.25umSRAMGeneratorUserMa皿al，June2005，Revision2005q2v32AteraCorporation,CycloneDeviceHandbook,Page4049，page,20071權(quán)利要求一種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，包括DP-SRAMIP、A端口輸入邏輯、B端口輸入邏輯、A端口輸出邏輯、B端口輸出邏輯、控制模塊、數(shù)據(jù)寄存器、標志寄存器和地址寄存器；其中，DP-SRAMIP是利用Memory-Compiler生成的雙端口靜態(tài)隨機存儲器IP核；A端口輸入邏輯和B端口輸入邏輯用于將可編程存儲器A/B端口輸入的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換以符合IP核對數(shù)據(jù)的要求；A端口輸出邏輯和B端口輸出邏輯用于組合IP兩個端口輸出的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)，然后送到可編程存儲器輸出；控制模塊用于通過比較地址和讀寫指示信號，來控制數(shù)據(jù)的流向；數(shù)據(jù)寄存器是N比特的寄存器，用于保存數(shù)據(jù)寄存器在發(fā)生第一次讀寫沖突后的任一時刻通過可編程存儲器A/B端口寫入到IP核中某行N比特的部分或全部的最新數(shù)據(jù)；標志寄存器是N比特的，用于標明數(shù)據(jù)緩沖器中對應(yīng)比特是否是最新的有效數(shù)據(jù)；地址寄存器用于保存數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)對應(yīng)在IP核的m比特地址值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，所述DP-SRAMIP是一個通用的雙端口同步靜態(tài)存儲器知識產(chǎn)權(quán)核，其端口數(shù)據(jù)位存儲寬度為N，存儲深度為M，地址總線位寬m為Ceil(log2M)，ceil為向上取整函數(shù)，在考慮訪問位寬編程為一比特的情況，最大地址為MXN，可編程存儲器的地址總線位寬t為ceil(log2(MXN))。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，所述端口數(shù)據(jù)位存儲寬度N為36，存儲深度M為128。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)寄存器由N比特組成，用于保存IP中的某一行的全部或者部分數(shù)據(jù)；當存儲器的兩個端口同時對IP核的某一行進行至少一個是寫操作的讀寫訪問時，數(shù)據(jù)寄存器緩存其中一個端口的寫數(shù)據(jù)；假若此時存儲器中已經(jīng)有數(shù)據(jù)，則兩種可能處理方法，一是已有數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)是對應(yīng)于IP核的同一行，則用新的數(shù)據(jù)更新存儲器；二是如果不同行，則原有數(shù)據(jù)寫入IP核，新數(shù)據(jù)寫入寄存器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，所述標志寄存器由N比特組成，每一比特指示數(shù)據(jù)寄存器的對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)是否真實有效。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，所述標志寄存器與數(shù)據(jù)寄存器保持同步關(guān)系，端口向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)時，也要置標志寄存器的對應(yīng)位為高；同樣，在數(shù)據(jù)寄存器向IP核寫入數(shù)據(jù)后，也同時把標志寄存器的所有位清零，待下一次再向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)時再設(shè)置相應(yīng)的標志位。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，所述地址寄存器由m比特組成，當數(shù)據(jù)寄存器保存了有效數(shù)據(jù)時，地址寄存器記錄下該行的地址值；數(shù)據(jù)寄存器緩存數(shù)據(jù)，地址寄存器指明該緩存數(shù)據(jù)的對應(yīng)于IP核的存儲地址，而標志寄存器則指明N位的數(shù)據(jù)寄存器中那些位是有效的；兩個端口進行讀寫操作時，先把地址的高m位與m位的緩存地址進行比較。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，該嵌入式可編程存儲器支持用戶的對其位寬、端口數(shù)量、同步/異步輸出等屬性的可編程設(shè)計，支持包模式、單端口、簡單雙端口和真雙端口等工作模式，采用兩個端口共用的一個N位的數(shù)據(jù)寄存器來緩存兩個端口產(chǎn)生讀寫沖突時的寫數(shù)據(jù)，采用兩個端口共用的一個N位的標志寄存器來標明數(shù)據(jù)寄存器中有效數(shù)據(jù)位，采用兩個端口共用的一個m位的地址寄存器來鎖存數(shù)據(jù)對于該存儲器的行地址。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，該嵌入式可編程存儲器能夠?qū)ν坏刂返牟煌糠滞瑫r進行讀寫操作，具體通過以下方式實現(xiàn)對同一地址的一讀一寫操作，立即執(zhí)行讀操作，緩存寫的內(nèi)容；如果寫的地址與地址寄存器緩存的地址相同，則更新；如不相同，則緩存中原有數(shù)據(jù)寫入IP核，新數(shù)據(jù)寫入緩存；或者對同一地址的兩個端口同時寫操作；如果與地址寄存器緩存的地址相同，則把A端口的寫數(shù)據(jù)和緩存的數(shù)據(jù)合并，一起通過A端口寫入IP核；如果不相同，則把緩存中的數(shù)據(jù)寫入IP，A端口的數(shù)據(jù)寫入緩存。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其特征在于，該嵌入式可編程存儲器在兩個端口對某一行的讀寫產(chǎn)生沖突時，數(shù)據(jù)緩存機制能保證對寫入數(shù)據(jù)進行有效存儲，數(shù)據(jù)寄存器作出相應(yīng)的動作來保持數(shù)據(jù)的最新性和標志寄存器的有效性；在讀該行的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)緩存機制保證讀出最有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寄存器中的最新數(shù)據(jù)始終有優(yōu)先輸出權(quán)，保證和IP核輸出的數(shù)據(jù)通過組合后的真實有效性。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于存儲器知識產(chǎn)權(quán)核的嵌入式可編程存儲器，其提供可編程機制，支持用戶對其位寬、工作模式和同步/異步輸出等進行可編程設(shè)計，支持包模式、單端口、簡單雙端口和真雙端口等工作模式。本發(fā)明利用添加的寄存器緩存有沖突的數(shù)據(jù)和地址，利用數(shù)據(jù)位的標志位、和讀寫沖突檢測與保護機制來實現(xiàn)可編程的存儲器，既有設(shè)計上的簡便性，又有功能上的靈活性，對常規(guī)的存儲器功能做了很多擴展；和常規(guī)的可編程存儲器技術(shù)比較，該可編程存儲器在速度、面積、功耗和可靠性等方面有顯著的提高。文檔編號G11C7/10GK101751980SQ20081024035公開日2010年6月23日申請日期2008年12月17日優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日發(fā)明者楊海鋼,楊金林申請人:中國科學院電子學研究所