CN106445842B - 一种数据缓存器和数据缓存方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据缓存器和数据缓存方法，数据缓存器包括AL422B和可编程ASIC器件；所述可编程ASIC器件包括多个I/O引脚、写地址计数器WR_ADD、读地址计数器RD_ADD和批量读取计数器cnt，用于计算AL422B中写入和读取的数据量，产生AL422B读写操作需要的控制时序信号，并输出到AL422B；AL422B包括写寄存器、数据缓存区、读寄存器、多个I/O引脚，用于根据可编程ASIC器件输出的控制时序信号进行读写操作。通过增加可编程ASIC器件的设计实现了高速数据的大容量缓存，减少了数据缓存的硬件成本。

Description

一种数据缓存器和数据缓存方法

技术领域

本发明涉及数据缓存技术领域，尤其涉及一种采用视频帧存储器和可编程ASIC器件的数据缓存器和数据缓存方法。

背景技术

FIFO(First Input First Out，先进先出)芯片是一种在通信***中应用广泛的先进先出的数据缓存器，它可以缓存暂时来不及处理的数据。FIFO除了数据线外，输入端有写、满等控制信号，输出端有读、空等控制信号。作为一种新型大规模集成电路，FIFO芯片以其灵活、方便、高效的特性，逐渐在高速数据采集、高速数据处理、高速数据传输以及多机处理***中得到越来越广泛的应用。但是，现有的FIFO缓存容量太小，价格昂贵，1片IDT72系列具有32kB缓存的FIFO市场价格在百元以上，而且按照读取速度和容量的增加其价格更加昂贵。

AL422B是由AverLogic公司推出的存储容量为384k×8bits的视频帧存储器。该芯片的存储体为384k×8bits，能独立进行读/写操作(可接受不同的I/O数据率)，支持高速异步串行存取，读写时钟周期为20ns，存取时间为15ns，内部DRAM能自行刷新数据，具有输出使能控制，工作电压可为5V或3.3V。AL422B的市场价格在十元内，价格比现有的FIFO芯片便宜，且容量大，可以进行更多数据的快速缓存。

目前，AL422B主要作为相机视频帧缓存器使用，其架构和使用方式和和普通的FIFO有所区别。比如，AL422B没有空标识位、半满标识位、全满标识位等，当数据写入或读取时，器件内部的写和读的地址指针会随写读操作递增。当写、读完毕后，需要对器件进行置位操作，才能使器件内部的读和写的地址指针清零，完成置位操作后，才能重新开始下一次数据的缓存。因此，AL422B不能像普通FIFO一样直接作为数据流的缓存器使用。本发明的目的在于使AL422B具备普通FIFO的数据缓存功能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种数据缓存器和数据缓存方法，用以解决现有视频帧存储器不能像普通FIFO一样直接作为数据流的缓存器使用的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

提供了一种数据缓存器，包括AL422B和可编程ASIC器件；

其中，可编程ASIC器件，包括多个I/O引脚、写地址计数器WR_ADD、读地址计数器RD_ADD和批量读取计数器cnt，可编程ASIC器件用于计算AL422B中写入和读取的数据量，产生AL422B读写操作需要的控制时序信号，并输出到AL422B；

AL422B包括写寄存器、数据缓存区、读寄存器、多个I/O引脚，用于根据可编程ASIC器件输出的控制时序信号进行读写操作。

优选的，可编程ASIC器件还用于接收外部的写入启动信号，判断写地址计数器是否溢出，并控制AL422B进行数据写操作。

当可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD溢出，将AL422B内部的写指针置位清零，以及将可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD置零。

优选的，在可编程ASIC器件中，当计数器满足读取条件时，则启动可编程ASIC器件的数据读取程序，判断读地址计数器是否溢出，并控制AL422B进行数据读取操作。

当可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD溢出，将AL422B内部的读指针置位清零，以及将可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD置零。

当可编程ASIC器件的批量读取计数器cnt大于规定的批量读取数据量时，则AL422B等待下一批次的数据读取操作；当批量读取计数器cnt小于等于规定的批量读取数据量时，则AL422B继续进行数据读取。

上述可编程ASIC器件是FPGA或者CPLD。

本发明还提供一种使用上述数据缓存器的数据缓存方法，包括以下步骤：

步骤1.初始化可编程ASIC器件；

步骤2.初始化AL422B；

步骤3.可编程ASIC器件根据外部指令控制AL422B进行数据读写，包括数据写入和数据读取操作。

其中，步骤3中的数据写入进一步包括：

可编程ASIC器件判断是否收到写入启动信号；

在可编程ASIC器件收到写入启动信号后，可编程ASIC器件判断其中的写地址计数器是否溢出；

如果溢出，则将写地址计数器重新置为0、并通过控制时序信号将AL422B内部的写指针置位清零，然后执行数据写操作；

如果没有溢出，则可编程ASIC器件发送写控制时序信号给AL422B，控制AL422B执行数据写操作。

步骤3中的数据读取进一步包括：

可编程ASIC器件判断计数器满足读取条件时，则启动可编程ASIC器件的数据读取程序，进一步判断读地址计数器是否溢出；如果没有溢出，则直接执行数据读操作；如果溢出，则读地址计数器RD_ADD置为0、并将AL422B内部的读指针置位清零，然后执行数据读操作；

所述数据读操作中，读取一个数据则AL422B内部的读指针自动后移1位、可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD自动加1、批量读取计数器cnt自动加1；

其中，当可编程ASIC器件判断读取的数据量大于规定的批量读取数据量时，则AL422B等待下一批次的数据读取操作；判断读取的数据量小于等于规定的批量读取数据量时，则AL422B继续进行数据读取。

本发明有益效果如下：将视频帧存储器与可编程ASIC器件结合使用，通过程序使视频帧存储器具备普通FIFO的数据缓存功能，实现了高速数据的大容量缓存，减少了数据缓存的硬件成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为AL422B的引脚排列示意图；

图2为AL422B各引脚的名称及作用；

图3为EPM570型号的CPLD器件的引脚示意图；

图4为数据缓存器的电路原理示意图；

图5为数据缓存方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

根据本发明的一个具体实施例，公开了一种数据缓存器(如图4)，包括AL422B视频帧存储器和可编程ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路)器件。其中，可编程ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路)器件可以是FPGA(现场可编程门阵列)或者CPLD(复杂可编程逻辑器件)。可编程ASIC器件产生AL422B读写操作需要的控制时序信号，并通过对应引脚输出到AL422B。

其中，AL422B是由AverLogic公司推出的存储容量为3Mbits的一种视频帧存储器，存储容量为384k×8bits，存储器结构为先进先出(FIFO)，用于执行数据的写操作和读操作，包括写寄存器、数据缓存区、读寄存器、多个I/O引脚(如图1所示)，引脚的具体名称和作用如图2所示。

可编程ASIC器件用于计算AL422B中写入和读取的数据量，进一步包括多个I/O引脚(图3以EPM570型号的CPLD器件的引脚进行示意)、写地址计数器WR_ADD、读地址计数器RD_ADD和批量读取计数器cnt。将可编程ASIC器件的I/O引脚(可以任意选择，再通过软件进行引脚分配)与AL422B的引脚进行一对一连接(连接示例如图4)。在Quartus II编程软件中对可编程ASIC器件进行编程，使其能产生AL422B读写操作需要的控制时序信号，并将时序信号通过相应的I/O引脚传输到AL422B。

可编程ASIC器件接收外部的写入启动信号WR_Flag，如果WR_Flag＝0，并且写地址计数器没有溢出，则可编程ASIC器件启动数据写入程序，为AL422B提供满足建立时间和保持时间要求的数据写入时序脉冲，数据从输入端DI0～DI7写入AL422B的写寄存器，写入数据满足建立时间和保持时间的要求后，数据从写寄存器保存到数据缓冲区，同时AL422B内部的写地址指针自动后移，可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD自动进行加1操作。

当可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD减去读地址计数器RD_ADD的值大于等于规定的批量读取的数据量时，或者RD_ADD大于WR_ADD时，将可编程ASIC器件的读取标志位RD_Flag置为0；此时，启动可编程ASIC器件的数据读取程序，判断读地址计数器有没有溢出，如果没有溢出，则为AL422B提供满足建立时间和保持时间要求的数据读取时序脉冲，数据从AL422B的数据缓存区输出到读寄存器，这样外部器件能通过DO0～DO7引脚来读取AL422B中的数据；同时AL422B内部的读地址指针自动后移、可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD和cnt自动加1。当读取的数据量(cnt)大于规定的批量读取数据量时，读取标志位RD_Flag置为1，等待下一批次的数据读取操作；当读取的数据量小于等于规定的批量读取数据量时，继续数据读取程序。

上述数据写入和读取期间，可编程ASIC器件的WR_ADD和RD_ADD分别与AL422B内部的写指针和读指针的指示内容相同。当可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD溢出，即WR_ADD＞380k时，将AL422B内部的写指针置位清零，同时令可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD等于0，下一次写入数据将从缓存区0指针开始存储。当可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD溢出，即RD_ADD＞380k时，将AL422B内部的读指针置位清零，同时令RD_ADD等于0，下一次读取AL422B的数据将从AL422B的数据缓存区0指针开始读取。上述指针置位清零表示让指针指向0。

根据本发明的另一个具体实施例，公开了一种使用上述数据缓存器的数据缓存方法(如图5)，视频帧存储器采用AL422B，包括以下步骤：

步骤1.初始化可编程ASIC器件。

其中，将读标识位初始化为1，即RD_Flag＝1；

写地址计数器初始化为0，即WR_ADD＝0；

读地址计数器初始化为0，即RD_ADD＝0；

批量读取计数器初始化为0，即cnt＝0。

步骤2.初始化AL422B。

具体地，在上电后，分别给AL422B的/WRST和/RRST引脚各0.1ms的初始化脉冲。

步骤3.可编程ASIC器件根据外部指令控制AL422B进行数据读写；

包括数据写入和数据读取这两个过程，这两个过程独立，不是并发也不是串行，当两个过程分别达到自己的启动条件，就会开始执行。

步骤3.1.数据写入；

步骤3.1.1.首先，可编程ASIC器件判断是否收到写入启动信号，判断WR_Flag是否等于0，如果WR_Flag≠0，则可编程ASIC器件持续为AL422B提供1M～5M范围的时钟脉冲信号，用于为AL422B提供刷新脉冲，该时钟脉冲信号由可编程ASIC器件的时钟信号分频得到；然后重新判断WR_Flag是否等于0；如果WR_Flag＝0，则进入步骤3.1.2。

步骤3.1.2.可编程ASIC器件判断其中的写地址计数器是否溢出；即判断写地址计数器WR_ADD＞380k是否成立，如果WR_ADD＞380k，则将写地址计数器WR_ADD重新置为0、并通过控制时序信号将AL422B内部的写指针置位清零(写指针指向0)，然后执行数据写操作；如果WR_ADD≤380k，则直接执行数据写操作；

步骤3.1.3.经过上述两步判断后，可编程ASIC器件发送写控制时序信号给AL422B，由AL422B执行数据写操作。具体地，当AL422B的/WE引脚为低电平时，在WCK信号的上升沿，数据通过DI7～DI0引脚写入到AL422B的写寄存器，写入的数据满足AL422B读操作的建立时间和保持时间要求后，数据从写寄存器保存到数据缓冲区，同时AL422B内部的写指针自动后移一位、可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD也自动加1。当/WE引脚为高电平时，写操作被禁止，写地址指针停在当前位置上；当/WE再次变为低电平时，写地址指针从当前位置开始。

步骤3.2.数据读取。

步骤3.2.1.首先，可编程ASIC器件判断是否达到数据读取条件，即判断可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD减去读地址计数器RD_ADD的差值与规定的批量读取数据量的大小，或者读地址计数器RD_ADD与WR_ADD的大小。当达到下述两个条件之一，即WR_ADD与RD_ADD的差值大于等于规定的批量读取数据量、或者RD_ADD大于WR_ADD，则将读取标志RD_Flag置为0。可编程ASIC器件可以向外部读取器件输出带有RD_Flag＝0信息的读取启动信号。所述RD_Flag是标志位，用于通知外部的读取器件，数据已经缓存好了，可以进行数据读取操作了。当上述两个条件均不成立时，则重新执行上述判断步骤。其中，规定的批量读取数据量在实施例中可以取值20k，但本发明并不限于这个取值。

步骤3.2.2.然后，可编程ASIC器件判断读地址计数器是否溢出。如果读地址计数器RD_ADD≤380k，则直接执行数据读操作；如果读地址计数器RD_ADD＞380k，则读地址计数器RD_ADD置为0、并通过控制时序信号将AL422B内部的读指针置位清零(读指针指向0)，然后执行数据读操作。

步骤3.2.3.经过上述两步判断后，可编程ASIC器件发送读控制时序信号给AL422B，AL422B进行数据读操作，将数据从AL422B的数据缓存区输出到读寄存器并进一步输出到外部读取器件；同时AL422B内部的读指针自动后移1位、可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD自动加1、批量读取计数器cnt也自动加1。其中，按照AL422B的读操作的建立时间和保持时间序要求，进行数据读取操作。当AL422B的/RE和/OE引脚均为低电平时，在RCK信号的上升沿，数据由DO0～DO7输出到外部读取器件。

步骤3.2.4.由可编程ASIC器件判断读取的数据量大于规定的批量读取数据量时，则发送控制时序信号使AL422B等待下一批次的数据读取操作；判断读取的数据量小于等于规定的批量读取数据量时，则发送控制时序信号使AL422B继续进行数据读取。上述等待过程即是等待步骤3.2.1中达到数据读取条件的过程。

具体地，可编程ASIC器件判断cnt≤20K是否成立，如果不成立，则将读取标志RD_Flag置为1，将携带RD_Flag的控制时序信号发送给AL422B，然后使AL422B回到步骤3.2.1判断数据读取条件，等待下一批次的读取操作；如果成立，则发送控制时序信号，使得AL422B回到步骤3.2.2判断读地址计数器是否溢出，进而继续进行数据读取。

本发明并不局限于AL422B这一种视频帧存储器，还可以选用AL440B、AL460A、AL462A等采用先进先出结构的视频帧存储器(Video Frame and Line FIFOs)。

综上所述，本发明实施例提供了一种数据缓存装置和方法，将视频帧存储器与可编程ASIC器件结合使用，通过程序使视频帧存储器具备普通FIFO的数据缓存功能，实现了高速数据的大容量缓存，减少了数据缓存的硬件成本。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种数据缓存器，其特征在于，包括AL422B和可编程ASIC器件；

可编程ASIC器件，包括多个I/O引脚、写地址计数器WR_ADD、读地址计数器RD_ADD和批量读取计数器cnt，用于计算AL422B中写入和读取的数据量，产生AL422B读写操作需要的控制时序信号，并输出到AL422B；

AL422B，包括写寄存器、数据缓存区、读寄存器、多个I/O引脚，用于根据可编程ASIC器件输出的控制时序信号进行读、写操作；

所述数据缓存器执行写入操作时，可编程ASIC器件接收外部的写入启动信号WR_Flag，如果WR_Flag≠0，则可编程ASIC器件持续为AL422B提供1M～5M范围的时钟脉冲信号，用于为AL422B提供刷新脉冲，然后重新判断WR_Flag是否等于0；如果WR_Flag＝0，写地址计数器溢出，则将写地址计数器WR_ADD重新置为0，并通过控制时序信号将AL422B内部的写指针置位清零，然后执行数据写操作；如果WR_Flag＝0，并且，写地址计数器没有溢出，则可编程ASIC器件启动数据写入程序，为AL422B提供满足建立时间和保持时间要求的数据写入时序脉冲，数据从输入端DI0～DI7写入AL422B的写寄存器，写入数据满足建立时间和保持时间的要求后，数据从写寄存器保存到数据缓冲区，同时AL422B内部的写地址指针自动后移，可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD自动进行加1操作；

所述数据缓存器执行读取操作时，首先判断可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD减去读地址计数器RD_ADD的值是否大于等于规定的批量读取的数据量时，或者RD_ADD大于WR_ADD，如果是，将可编程ASIC器件的读取标志位RD_Flag置为0；此时，启动可编程ASIC器件的数据读取程序，判断读地址计数器有没有溢出，如果溢出，则将读地址计数器RD_ADD置为0、并通过控制时序信号将AL422B内部的读指针置位清零，然后执行数据读操作；如果没有溢出，则为AL422B提供满足建立时间和保持时间要求的数据读取时序脉冲，数据从AL422B的数据缓存区输出到读寄存器，这样外部器件能通过DO0～DO7引脚来读取AL422B中的数据；同时AL422B内部的读地址指针自动后移、可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD和cnt自动加1；当读取的数据量大于规定的批量读取数据量时，读取标志位RD_Flag置为1，等待下一批次的数据读取操作；当读取的数据量小于等于规定的批量读取数据量时，继续数据读取程序；

上述数据写入和读取期间，可编程ASIC器件的WR_ADD和RD_ADD分别与AL422B内部的写指针和读指针的指示内容相同；当可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD溢出，将AL422B内部的写指针置位清零，同时令可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD等于0，下一次写入数据将从缓存区0指针开始存储；当可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD溢出，将AL422B内部的读指针置位清零，同时令RD_ADD等于0，下一次读取AL422B的数据将从AL422B的数据缓存区0指针开始读取。

2.根据权利要求1所述的数据缓存器，其特征在于，可编程ASIC器件是FPGA或者CPLD。

3.一种使用权利要求1所述的数据缓存器的数据缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.初始化可编程ASIC器件；

步骤2.初始化AL422B；

步骤3.可编程ASIC器件根据外部指令控制AL422B进行数据读写，包括数据写入和数据读取操作；

所述步骤3中，执行数据写入操作时，可编程ASIC器件接收外部的写入启动信号WR_Flag，如果WR_Flag≠0，则可编程ASIC器件持续为AL422B提供1M～5M范围的时钟脉冲信号，用于为AL422B提供刷新脉冲，然后重新判断WR_Flag是否等于0；如果WR_Flag＝0，写地址计数器溢出，则将写地址计数器WR_ADD重新置为0，并通过控制时序信号将AL422B内部的写指针置位清零，然后执行数据写操作；如果WR_Flag＝0，并且，写地址计数器没有溢出，则可编程ASIC器件启动数据写入程序，为AL422B提供满足建立时间和保持时间要求的数据写入时序脉冲，数据从输入端DI0～DI7写入AL422B的写寄存器，写入数据满足建立时间和保持时间的要求后，数据从写寄存器保存到数据缓冲区，同时AL422B内部的写地址指针自动后移，可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD自动进行加1操作；

所述步骤S3中，执行数据读取操作时，首先判断可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD减去读地址计数器RD_ADD的值是否大于等于规定的批量读取的数据量时，或者RD_ADD大于WR_ADD，如果是，将可编程ASIC器件的读取标志位RD_Flag置为0；此时，启动可编程ASIC器件的数据读取程序，判断读地址计数器有没有溢出，如果溢出，则将读地址计数器RD_ADD置为0、并通过控制时序信号将AL422B内部的读指针置位清零，然后执行数据读操作；如果没有溢出，则为AL422B提供满足建立时间和保持时间要求的数据读取时序脉冲，数据从AL422B的数据缓存区输出到读寄存器，这样外部器件能通过DO0～DO7引脚来读取AL422B中的数据；同时AL422B内部的读地址指针自动后移、可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD和cnt自动加1；当读取的数据量大于规定的批量读取数据量时，读取标志位RD_Flag置为1，等待下一批次的数据读取操作；当读取的数据量小于等于规定的批量读取数据量时，继续数据读取程序；

上述数据写入和读取期间，可编程ASIC器件的WR_ADD和RD_ADD分别与AL422B内部的写指针和读指针的指示内容相同；当可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD溢出，将AL422B内部的写指针置位清零，同时令可编程ASIC器件的写地址计数器WR_ADD等于0，下一次写入数据将从缓存区0指针开始存储；当可编程ASIC器件的读地址计数器RD_ADD溢出，将AL422B内部的读指针置位清零，同时令RD_ADD等于0，下一次读取AL422B的数据将从AL422B的数据缓存区0指针开始读取。