[发明专利]支持灵活分块存取的虚拟多通道SDRAM访问方法

说明书

本发明属于存储技术领域，公开了一种支持灵活分块存取的虚拟多通道SDRAM访问方法，用FIFO隔离不同时钟域，进行跨时钟域处理、数据拼接、数据缓存，因此支持在不同通道不同时钟域下进行数据读写；在顺序存取和分块存取SDRAM的时候进行顺序写地址计算、顺序读地址计算、分块读地址计算；调度多个通道的切换，进行多通道之间的仲裁并控制每次读写的数据量；SDRAM控制器联接用户层接口和SDRAM；并将读写的地址、命令、数据转化为正确时序关系送到SDRAM总线上。本发明能够减少FPGA的逻辑资源占用量，合理利用SDRAM有限的总线带宽，提高SDRAM总线带宽的利用率和提高带宽能力。

技术领域

本发明属于存储技术领域，尤其涉及一种支持灵活分块存取的虚拟多通道SDRAM访问方法。

背景技术

目前，随着航天事业的迅猛发展，北斗系列等卫星的不断发展更新，中继卫星网络已经可以覆盖到全球的区域，但是尚没有在全球范围内建立地面接收站的能力，因此发送的卫星很难全部通过地面接收站接收数据，需要依靠中继网络接力传输，中继网络的带宽是有限的，为了能够在有限的带宽下实现大量的数据的传输，在星载平台中开始使用大量的大容量存储器来完成星上数据的收集、存储、实时处理，它们在航天系统中起到越来越重要的的作用。

星上存储器的种类繁多，从最开始的磁盘，到SRAM、DRAM等固态存储器，再到NANDFLASH等非易失性存储器，其中SDRAM以其较高的集成度和较低的成本在星载系统中受到广泛的应用。然而，随着星上任务增多，需要进行存储的数据类型越来越多，为大容量SDRAM的设计带来了极大的挑战，目前星上的大容量SDRAM缓存主要面临的难题包括：

1、星上的硬件资源匮乏，无论是计算资源还是缓存资源都很宝贵，设计中需要尽可能减少资源消耗；

2、星上缓存用户众多，且各个用户之间在时钟域、带宽、存取方式上存在较大差别，因此需要有效的虚拟多通道仲裁手段保证多通道之间的切换和平滑过渡，从而提高带宽的利用率；

3、关于SDRAM控制的设计在很大程度上决定了SDRAM能够达到的带宽能力，如何在控制器的设计上尽可能提高总线带宽也是主要面临的一个难题。

在分块地址计算方面，常用的方法如专利CN104657285A所述，通过设置分块的起始地址和偏移地址进行分块寻址和映射，这种方法通用性强，但是控制比较复杂，FPGA实现的时候资源消耗量较大，因此在有限的星上逻辑资源条件下实用性不强，希望能有一种资源消耗较少，更加精简的地址分块方法。

关于多通道读写仲裁的方法，专利CN206946471U提出一种多通道共享读写SDRAM的方法，结合各通道缓存的空满情况和按照通道号从小到大进行轮询来仲裁不同通道间的优先级。然而单纯从通道的空满情况来进行仲裁对于通道的缓存水位信息利用不足，在复杂的、不同带宽的多通道读写中仍然存在数据溢出的风险。

SDRAM控制器的设计中，专利CN109766285A提出一种突发模式的SDRAM存取控制系统及控制方法，采用请求-应答的方式对刷新请求、读请求、写请求等操作进行控制。但是在处理刷新和突发读写操作之间的冲突时，对于如何应对读写操作进行中需要进行刷新的情况，没有充分的考虑，使用更加合理的方式处理两者冲突有助于进一步提高带宽利用率。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：星上资源占用严重，且SDRAM读写带宽能力不强，带宽利用率不充分。(缺陷主要就体现在上面和三个专利的对比上)。

解决以上问题及缺陷的难度为：1、分块地址计算时，随着图像幅面的不同以及分块大小的不同，地址计算方式也会发生变化，因此计算比较复杂，相应的逻辑资源消耗也比较大，如何设计简单又有效的地址分块方式是一大难点；

2、多条件仲裁设计时难点在于仲裁条件的判断，不同通道之间在位宽、带宽、频率、数据重要程度上表现特点差异性大，选择合适条件来进行通道优先级的仲裁和切换极大影响了仲裁效果。