基于SRAM的MMU新设计方法

自然科学版第34卷 第1期 2007年

JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITY

NaturalSciencesEdition

Vol.34 No.1 2007

基于SRAM的MMU新设计方法

吴春瑜,林 爽,陶洪亮

(辽宁大学物理系,辽宁沈阳110036)

摘 要:采用了新的模拟模块的设计方法,可以高效地实现MMU设计所要求的快速建立虚拟地址和物理地址映射的功能,并且该方法在缩小MMU面积上和缩短设计流程上有所创新,比较同类其他设计方法在性能上要优越得多,并给出了该设计方法在某公司的C340项目的应用实例.关键词:内容可寻址存储器;内存管理单元;设计.

中图分类号:TN402 文献标识码:A 文章编号:1000-5846(2006)01-0008-03

X

MMU(memorymanagementunit)是内存管理器的缩写,它是用来区分芯片核内核外,甚至是整个CPU内外全部存储器的管理单元,它所实现的逻辑功能分为两大主要部分,一是地址段分别匹配的划分,二是虚拟地址与物理地址之间的并行映射.地址分段匹配用一组寄存器组来实现,而地址映射采用的是一块改进了的SRAM,地址分段匹配部分是用寄存器组来实现,这也就是把这部分的功能用代码描述出来,然后和芯片的其他部分一起通过综合产生出RTL级代码,最后通过自动布局布线生成最终的电路系统

[2,3]

[1]

MMU是由TLB组成的,而每一个TLB又是由个入口组成.每一个入口都可以分别匹配1MB、4KB、1KB的虚拟地址,究竟匹配哪一种,是由它的某些参数值设定的.每一个ENTRY是由两个32位的字来组成,而且位于相连续的两个存储位置,虚拟地址的选中页码大小的设定,决定了由TLB入口映射到页上的地址范围,也就完成了映射.

1.2 并行映射部分的格式

每一个TLBENTRY是由两个32位的字组成.0字所包含的内容是虚拟地址、地址空间的识别码、页的大小、一个共享的全局指针和有效使能位;1字所包含的内容是物理地址、页的大小、禁止闪存位、写通过位、RPWPX过程允许位和监控保护位,如图1所示.

.虚拟地址与

物理地址之间的并行映射部分就是通过结构上版图级改进一块128X32bit的SRAM来实现的.本

文采用的是最新的在逻辑验证层面实现的CAM结构,它比以往的普通基于SRAM的CAM在一个存储单元内就节省十几个MOS管,同时它在FP-GA也就是逻辑层面实现了验证,因此比基于DRAM结构的CAM结构在性能上要稳定,采用这种先进的结构可以实现性能与面积的最优选择.

[4]

2 MMU的物理层设计

2.1 逻辑实现

首先由于我们需要把一块串行输入串行输出的SRAM变成并行输入并行输出,仔细分析SRAM基本结构,我们在SRAM的基本存储单元上做修改,如图2所示.

1 并行映射部分的逻辑分析

1.1 并行映射部分的逻辑结构

X作者简介:吴春瑜(1953-),男,河北魏县人,辽宁大学教授,从事半导体物理与器件的教学与研究. 基金项目:辽宁省科技厅自然科学基金(002021),辽宁省教育厅自然科学基金(2004D026) 收稿日期:2006-05-08 第1期 吴春瑜,等:基于SRAM的MMU新设计方法

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图1 并行映射部分的格式

图2 SRAM的基本存储单元的修改

从图2中可知,用基本的SRAM的六管存储单元做适当的改动就可以实现我们所要求的地址映射基本存储结构,并且这种结构在逻辑功能上经过了FPGA验证,可以保证其实现我们所需要的做MMU中地址匹配的逻辑功能.

2.2 版图实现

按照逻辑要求在SRAM原有的六管单元上增加了一个合乎驱动要求的反向器,以实现并行输出,图3是其版图.

图3 SRAM的基本存储单元上增加了反向器后的版图10辽宁大学学报

自然科学版 2007年

3 结论

该项目中创新性的选出SRAM修改方法,使该存储结构能够并行存储.根据C340项目的需求对实现MMU的存储部分SRAM版图结构进行特别的改进和设计,设计了基于SRAM结构的并行的MMU基本存储单元.根据项目对面积的要求,在MMU的进一步改进中采用该结构,此项目已在SMIC实施MPW并一次投片成功.参考文献:

[1] KlausHelwig.HighspeedContentAddressableMemory

[M].IBMDcutschlandEntwicklungGmbII.2000.[2] 任艳颖,王 彬.IC设计基础[M].西安:西安电子科

技大学出版社.2003.

[3] 李伟华.VLSI设计基础[M].北京:电子工业出版社.

2002.

[4] AlistairAMcEwan,JonathanSaul.Ahighspeedreconfig-urablefirewallbasedonparameterizableFPGA-basedcontentaddressablememories[J].TheJournalofSuper-computing.2001,19(1):93-103.

TheNewWayoftheDesigningofMMUBasedonSRAM

WUChun-yu,LINShuang,TAOHong-liang

(PhysicsDepartmentofLiaoningUniversity,Shenyang110036,China)

Abstract: Thispaperusesanewwaywhichisusedinthedesignofanalogmoduletodesignthedigitalmodule.

Thismodulecanrealizethefunctionofwhichsetupthematchofvirtualaddressandphysicaladdress,andalsogiveanewwayinwhichreducetheareaofMMUandshortentheperiodofdesign.Thisnewwayismuchbetterthanothers.ThispaperalsogivesanexampleofCAMarchitectureinC340projectinsomecompany.

Keywords: CAM;MMU;design.

(责任编辑 郑绥乾)