mcs-dma：一种面向soc内dma传输的内存控制器优化设计

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1、更多技术文章，论文请登录www.srvee.com第３期电子学报Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．３２０１０年３月ＡＣＴＡＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＳＩＮＩＣＡＭａｒ．２０１０ＭＣＳＤＭＡ：一种面向ＳｏＣ内ＤＭＡ传输的内存控制器优化设计黄侃，佟冬，刘洋，杨寿贵，程旭（北京大学微处理器研究开发中心，北京１００８７１）摘要：当前主流片上总线协议———ＡＨＢ存在访存带宽利用率较低的问题．本文基于ＳｏＣ内ＤＭＡ传输较多的特点，提出一种新的优化设计：在内存控制器内部增加ＭＣＳＤＭＡ模块，并通过驱动程序将ＭＣＳＤＭＡ模块与目标ＤＭＡ传输绑定．一方面实现数据预取，提升了单个ＤＭＡ传输时的总线带宽利用率；另一方面使访存请求

2、在内存控制器内部流水化完成，提升多个ＤＭＡ并发时的总线带宽利用率．将该设计应用到北大众志ＳＫＳｏＣ后，单个ＤＭＡ传输时的总线带宽利用率提升至１００％，多个ＤＭＡ并发时的总线带宽利用率从３３３％提升至８５５％，而芯片的设计面积仅增加２９％．关键词：系统芯片；内存控制器；直接内存访问中图分类号：ＴＰ３０２文献标识码：Ａ文章编号：０３７２２１１２（２０１０）０３０５９８０７ＭＣＳＤＭＡ：ＡｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＭｅｍｏｒｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒＤＭＡＴｒａｎｓｆｅｒｓｉｎＳｏＣＨＵＡＮＧＫａｎ，ＴＯＮＧＤｏｎｇ，ＬＩＵＹａｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｏｕｇｕｉ，ＣＨＥＮ

3、ＧＸｕ（ＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔｍａｉｎｓｔｒｅａｍｏｎｃｈｉｐｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌ—ＡＨＢｈａｓａｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｍｏｒｙａｃｃｅｓｓｅｓｉｓｑｕｉｔｅｌｏｗ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｒｅａｒｅｍａｓｓｉｖｅＤＭＡｔｒａｎｓｆｅｒｓｉｎＳｏＣ．Ｐｒｏｐｏｓｅｄ

4、ｍｅｔｈｏｄａｄｄｓＭＣＳＤＭＡｍｏｄｕｌｅｓｉｎｓｉｄｅｔｈｅｍｅｍｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｂｉｎｄＭＣＳＤＭＡｍｏｄｕｌｅｓｔｏｔａｒｇｅｔＤＭＡｔｒａｎｓｆｅｒｓｖｉａｓｏｆｔｗａｒｅｄｒｉｖｅｒｓ．Ｏｎｔｈｅｏｎｅｈａｎｄ，ｉｔｐｒｅｆｅｔｃｈｅｓｄａｔａｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅＤＭＡｔｒａｎｓｆｅｒ；ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｉｔｍａｋｅｓｍｅｍｏｒｙｒｅｑｕｅｓｔｓｐｉｐｅｌｉｎｅｄｉｎｓｉｄｅｔｈｅｍｅｍｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏ

5、ｆｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｒａｌｌｅｌＤＭＡｔｒａｎｓｆｅｒｓ．ＡｆｔｅｒａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔｏＰＫＵｎｉｔｙＳＫＳｏＣ，ｔｈｅｂｕｓｂａｎｄｗｉｄｔｈｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｓｉｎｇｌｅＤＭＡｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｏ１００％．ＷｈｅｎｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅＤＭＡｓｉｎｐａｒａｌｌｅｌ，ｔｈｅｂｕｓｂａｎｄｗｉｄｔｈｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ３３３％ｔｏ８５５％．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｃｈｉｐａｒｅａｏｎｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ２９％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｙｓｔｅｍｏｎＣｈｉｐ；ｍｅｍｏｒｙｃｏｎｔｒ

6、ｏｌｌｅｒ；ｄｉｒｅｃｔｍｅｍｏｒｙａｃｃｅｓｓ（ＤＭＡ）［２］持流水化交易，ＡＨＢ总线访存时带宽利用率较低．文１引言献［６］进一步模拟了内存控制器和ＩＯ设备的行为，并分随着半导体器件集成度的提升，系统芯片（Ｓｙｓｔｅｍ析了多层总线的通信架构，指出即使使用多层总线架构ｏｎＣｈｉｐ，ＳｏＣ）设计规模日益增大．为了缩短研发周期和也不能显著提升性能．总线带宽利用率较低，会导致设降低流片风险，设计时通常基于知识产权（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ备因带宽不足而降低性能．对于具有硬实时性访存带宽［１］Ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ＩＰ）复用的方法学．根据文献［２］的统计，目前需求的设备（如显示控制器），带宽不足将导致

7、设备无法［３］市场上，使用ＡＨＢ（ＡｄｖａｎｃｅｄＨｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢｕｓ）总正常工作．从另一个角度看，较低的带宽利用率也迫使线接口的ＩＰ产品数量最多．故相当多的ＳｏＣ都会使用总线必须工作在更高的时钟频率下，才能满足设备带宽ＡＨＢ总线连接内部各个ＩＰ模块．需求，增加了系统功耗．上述问题在北大众志ＳＫ系统然而，ＡＨＢ总线本身存在性能缺陷．文献［４，５］基于芯片［７］（简称ＳＫＳｏＣ）