CN116955241B - 兼容多类型存储介质的存储芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种兼容多类型存储介质的存储芯片,包括:中央控制单元:是整个存储控制芯片的控制单元;通用接口:用以和外部主机进行数据交互;通用接口控制器:连接到中央控制单元和通用接口;缓冲器:连接到中央控制单元和通用接口;兼容多类型存储介质控制器:连接到中央控制单元、通用接口控制器、端口控制器;端口控制器:对多类型存储介质接口进行控制;多类型存储介质接口:包括两种或以上不同存储介质接口,存储介质接口连接到存储芯片。本发明采用共享接口的连接方式,节省端口数目,对访问的格式进行分类,能更好实现逻辑资源的共享,解决不同类型存储介质控制器资源冗余和接口数目多的问题,同时能够提高端口带宽使用率。

Description

兼容多类型存储介质的存储芯片
技术领域
本发明涉及集成电路领域,尤其是针对存储芯片领域。
背景技术
人工智能***需求日益增长,智能消费类的产品对存储的要求也越来越高,需要的存储介质类型也越来越多样化,如SRAM,FLASH,DRAM等,同时对速度、功耗和面积的要求也越来越严格。目前不同存储类型介质对应的接口类型多种多样,如SPI,xSPI,SD,ONFI等,在包含多种存储介质的***中,存储介质之间的数据交互以及主机对存储介质的访问会面临多种不同接口的相互转换问题,各种不同类型的存储介质对应一套专有的接口,会导致资源利用不充分,芯片面积较大,这些冗余的控制也会带来过多的功耗。
为接入不同类型存储介质,中国专利CN113908500A提出了一种符合扩展式接口串行***接口规格的装置与***,采用可拓展的xSPI接口方法连接不同的存储介质,该装置能够解决不同类型介质接入同一个***的需求,但接口类型单一,无法兼容非xSPI接口的存储介质。中国专利CN113296701A提出了一种固态存储方法及固态存储装置,通过一颗主控芯片将DRAM,NAND FLASH和非易失性存储介质接入主机***,该方法可以兼容DRAM,NANDFLASH存储介质,但并没有对不同类型的接口进行深度融合。
为了解决易失性和非易失性存储介质之间数据传输问题,中国专利CN103890688A提出一种方法在存储子***中任意两个或两个以上的存储模块中进行数据传输。该方法重点在于数据的搬移和访问的灵活性,但也缺少对不同类型存储介质的控制器进行融合。
美国专利US9424182B2提出了一种用于增强外部技术设备性能的自适应存储***,采用同一控制器对FLASH,DRAM,SRAM数据访问,提出DMA对FLASH,DRAM,SRAM之间数据的搬移。实现方法对于数据搬运覆盖面广,灵活性高,但没有提出对多种类型存储介质的统一协调控制,也没有提出可行高效的数据传输通路架构,尤其是其中的多种类型存储介质之间的直连数据通路,实际上的存储介质是不能够支持的。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题,提供一种兼容多类型存储介质的存储芯片,能够解决不同类型存储介质控制器资源冗余和接口数目多的问题,同时能够提高端口带宽使用率。
为实现上述目的,本发明提出一种兼容多类型存储介质的存储芯片,包括:
中央控制单元:是整个存储控制芯片的控制单元;
通用接口:用以和外部主机进行数据交互;
通用接口控制器:连接到中央控制单元和通用接口,用以控制通用接口,解释主机的访问指令;
缓冲器:连接到中央控制单元和通用接口,用以缓冲数据;
兼容多类型存储介质控制器:连接到中央控制单元、通用接口控制器、端口控制器,实施对不同类型的存储介质的读写控制;
端口控制器:连接到中央控制单元、兼容多类型存储介质控制器、多类型存储介质接口,对多类型存储介质接口进行控制;
多类型存储介质接口:包括两种或以上不同存储介质接口,存储介质接口连接到存储芯片。
作为优选,所述多类型存储介质接口是ONFI接口、SD卡接口、SRAM接口、DRAM接口的至少两种。
作为优选,所述不同存储介质接口的各个接口之间互相融合,部分或全部控制线或数据线为共享方式。
作为优选,所述控制线或数据线的共享方式为利用响应时间差异性或对不同类型存储介质访问时间不重叠的方式进行。
作为优选,所述利用响应时间差异性是在需要较长响应时间的访问中,***对可快速响应的存储介质进行访问操作,提高存储介质接口带宽利用率;所述利用对不同类型存储介质访问时间不重叠,在需要访问非易失性存储介质时,存储介质接口用于非易失性存储介质的数据传输;而在需要访问易失性存储介质时,则存储介质接口用于易失性存储介质的数据传输。
作为优选,所述兼容多类型存储介质控制器将所有存储介质的控制融合在一个控制器中,采用访问形式分类机制进行逻辑资源融合。
作为优选,所述访问形式分类机制是按照地址和数据线特征进行分类。
作为优选,所述按照地址和数据线特征进行分类的方式为:具有地址和数据线共用端口的一类控制器归为串行一类,而地址和数据线独立并行访问的归为并行一类。
作为优选,所述按照地址和数据线特征进行分类的方式为:按每次访问数据量大小分类,分为大批量数据存储和小批量数据实时访问两种形式。
作为优选,所述控制器的地址映射机制支持同一访问指令映射到单个、两个或以上的目标存储器;控制器的端口映射机制支持单次访问指令映射到单个、两个或以上目标端口。
本发明的有益效果:本发明多类型存储介质控制器对多类型存储介质接口采用共享接口复用的连接方式,节省了端口数目,将解析后的访问信息转化为访问目标存储器对应的访问形式,对访问的格式进行分类,能更好实现逻辑资源的共享,解决不同类型存储介质控制器资源冗余和接口数目多的问题,同时能够提高端口带宽使用率。另外,由于本发明对多类型存储介质统一协调控制,使得多类型存储介质之间的数据传输在本发明的芯片内部即可完成,无需通过外部主机中转,可以显著降低数据传输时间和功耗以及主机的运行开销。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
附图1是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片***结构图;
附图2是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中接口共享方法1的示意图;
附图3是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中接口共享方法2的示意图;
附图4是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中兼容多类型存储介质控制器的结构示意图;
附图5是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中端口映射关系示意图;
附图6是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中地址映射关系示意图;
附图7是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中端口映射实现方式示意图;
附图8是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中地址数据线分类实现方式示意图;
附图9是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中数据量分类实现方式示意图;
附图10是本发明兼容多类型存储介质的存储芯片中响应时间差异下的时分复用场景示意图。
具体实施方式
实施例1:
参阅图1,本发明兼容多类型存储介质的存储芯片,包括:
中央控制单元:是整个存储控制芯片的控制单元;中央控制单元对存储芯片***全局控制,包括各模块配置,数据流控制,进出睡眠模式,中断响应等。该中央控制单元采用低功耗,小面积,中断响应快的微处理器MCU(如蜂鸟E203,T-head E902等),有助于减少芯片的功耗和面积。
通用接口:用以和外部主机进行数据交互。可以是高性能的xSPI接口,也可以是SD协议接口或其他通用标准接口。
通用接口控制器:连接到中央控制单元和通用接口,用以控制通用接口,解释主机的访问指令。通用接口控制器分别对应通用接口所采用的协议方式来解释xSPI协议访问指令或SD协议访问指令。
缓冲器:连接到中央控制单元和通用接口,用以缓冲各个模块的数据。缓冲器可由SRAM实现,片上SRAM具有访问快速,集成度高面积小的特点,能很好满足数据缓存任务。
兼容多类型存储介质控制器:连接到中央控制单元、通用接口控制器、端口控制器,实施对不同类型的存储介质的读写控制。兼容多类型存储介质控制器包括对FLASH,DRAM,SRAM访问的控制。所述兼容多类型存储介质控制器将所有存储介质的控制融合在一个控制器中,采用访问形式分类机制进行逻辑资源融合。访问形式分类机制是按照地址和数据线特征进行分类。按照地址和数据线特征进行分类的方式为:具有地址和数据线共用端口的一类控制器归为串行一类,地址和数据线独立并行访问的归为并行一类。按照地址和数据线特征进行分类的方式为:按每次访问数据量大小分类,分为大批量数据存储形式和小批量数据实时访问两种形式。所述控制器的地址映射机制支持同一访问指令映射到单个、两个或以上的目标存储器;控制器的端口映射机制支持单次访问指令映射到单个、两个或以上目标端口。
端口控制器:连接到中央控制单元、兼容多类型存储介质控制器、多类型存储介质接口,对多类型存储介质接口进行控制,适应不同时间段对不同介质的访问。
多类型存储介质接口:包括两种或以上不同存储介质接口,存储介质接口连接到存储芯片。存储介质接口包括FLASH接口(如ONFI接口或SPI接口等)、DRAM接口(如SDR/DDRDRAM接口或xSPI接口或其他)和SRAM接口。不同存储介质接口的各个接口之间互相融合,部分或全部控制线或数据线为共享方式。控制线或数据线的共享方式为利用响应时间差异性或对不同类型存储介质访问时间不重叠的方式进行。所述利用响应时间差异性是在需要较长响应时间的访问中,***对可快速响应的存储介质进行访问操作,提高存储介质接口带宽利用率;对不同类型存储介质访问时间不重叠是在***启动和***睡眠前,存储介质接口用于非易失性存储介质的访问,其他时间存储介质接口用于易失性存储介质的访问。
对于主机的初次访问待机状态下的存储芯片***,主机发起访问请求,唤醒存储芯片***,通过复位指令初始化存储芯片。存储芯片进入激活状态,可接受主机的读写访问。主机将访问指令通过通用接口传送到存储芯片***进行指令解释,经过分类处理,通知中央处理单元采取对应的访问模式。如对类SRAM接口的低延时访问,访问指令将会直接通过硬件快速访问存储介质,无需经过缓冲器处理;如对NAND FLASH非易失性存储介质的访问,读取的批量数据将会优先存储到缓冲器以便按照通用接口形式将数据传送至主机***,或者缓冲器快速接收主机需要写入的大批量数据,由中央处理单元根据现时多类型存储介质接口带宽利用率的情况进行分配时段写入。
本实施例中采用一个中央控制单元逻辑控制协调多个接口控制器对外部多种存储介质数据读写,能有效提高带宽和存取数据的灵活性。
多类型介质接口采用共享方式:本实施例中,多类型介质接口采用共享连接的方式1,如图2所示,xSPI接口和ONFI接口NWP_和NDAT0~NDAT7进行共享。ONFI协议中NDAT0~NDAT7不具有指令特性,在等待响应的时间内可以作为其他接口功能使用。如在等待ONFINRB指令的过程中,端口控制器将会释放ONFI NWP_和NDAT0~NDAT7的使用权限,如果主机发起访问或者已经有等待访问的指令,并且访问地址区间属于具有xSPI接口的存储介质(如xSPI PSRAM),该条件下,***无需等待NRB有效便可以通过复用的xSPI接口对PSRAM进行访问。大大提高了ONFI接口带宽利用率,时序示意图如图10所示。
兼容多类型存储介质控制器及端口映射与地址映射:如图4所示,兼容多类型存储介质控制器实现方式可由分类器和映射控制器组成。分类器可以由多个子分类器组成,映射控制器可由地址映射控制器和端口映射控制器组成,如图5和图6所示。地址映射器可以映射至任何一种介质,也可以同一个访问指令映射至两种或以上介质,如图6所示。端口映射控制器可以映射至任何一种介质对应的接口,也可以同一个访问指令映射至两种或以上介质对应的接口,如图7所示。地址映射和端口映射由中央控制单元统一进行管理,映射表格可缓存于缓冲器中。
地址数据线分类与数据量分类:本实施例中,不同类型的访问接口,依据数据线和地址线是否并行执行,可分为串行分类器和并行分类器,由此分类器的实现可由子分类器0-串行分类器和子分类器1-并行分类器组成,如图8。
实施例2:
本实施例与实施例一的区别在于:多类型介质接口采用共享连接的方式2,如图3所示。SD接口和ONFI接口NDAT0~NDAT5进行共享。操作方式如共享连接的方式1所述。
实施例3:
本实施例与实施例一的区别在于:本实施例依据访问数据量大小区分,分为大批量数据访问指令和小数据量实时访问指令,如图9所示。
上述实施例是对本发明的说明,不是对本发明的限定,任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.兼容多类型存储介质的存储芯片,其特征在于:包括:
中央控制单元:是整个存储控制芯片的控制单元;
通用接口:用以和外部主机进行数据交互;
通用接口控制器:连接到中央控制单元和通用接口,用以控制通用接口,解释主机的访问指令;
缓冲器:连接到中央控制单元和通用接口,用以缓冲数据;
兼容多类型存储介质控制器:连接到中央控制单元、通用接口控制器、端口控制器,实施对不同类型的存储介质的读写控制;
端口控制器:连接到中央控制单元、兼容多类型存储介质控制器、多类型存储介质接口,对多类型存储介质接口进行控制;
多类型存储介质接口:包括两种或以上不同存储介质接口,存储介质接口连接到存储芯片;所述不同存储介质接口的各个接口之间互相融合,部分或全部控制线或数据线为共享方式;所述控制线或数据线的共享方式为利用响应时间差异性和/或对不同类型存储介质访问时间不重叠的方式进行;所述利用响应时间差异性是在需要较长响应时间的访问中,***对可快速响应的存储介质进行访问操作,提高存储介质接口带宽利用率;所述利用对不同类型存储介质访问时间不重叠,是在需要访问非易失性存储介质时,则存储介质接口用于非易失性存储介质的数据传输;而在需要访问易失性存储介质时,则存储介质接口用于易失性存储介质的数据传输;所述兼容多类型存储介质控制器将所有存储介质的控制融合在一个控制器中,采用访问形式分类机制进行逻辑资源融合;所述访问形式分类机制是按照地址和数据线特征进行分类。
2.如权利要求1所述的兼容多类型存储介质的存储芯片,其特征在于:所述多类型存储介质接口是ONFI接口、SD卡接口、SRAM接口、DRAM接口的至少两种。
3.如权利要求1所述的兼容多类型存储介质的存储芯片,其特征在于:所述按照地址和数据线特征进行分类的方式为:具有地址和数据线共用端口的一类控制器归为串行一类,地址和数据线独立并行访问的归为并行一类。
4.如权利要求1所述的兼容多类型存储介质的存储芯片,其特征在于:所述按照地址和数据线特征进行分类的方式为:按每次访问数据量大小分类,分为大批量数据存储形式和小批量数据实时访问两种形式。
5.如权利要求1、3和4中任一项所述的兼容多类型存储介质的存储芯片,其特征在于:所述控制器的地址映射机制支持同一访问指令映射到单个、两个或以上的目标存储器;控制器的端口映射机制支持单次访问指令映射到单个、两个或以上目标端口。
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