[發明專利]串列接口快取控制方法、控制器以及其微控制器系統

有效

• 申請號: 200810185029.6
• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN101763314A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 徐漢華
• 申請（專利權）人: 凌陽創新科技股份有限公司
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明是關于串列接口的快取控制器，特別是關于可減少讀取外部存儲器數據量用以減少快取存儲器的串列接口頻寬的快取控制器。

背景技術

圖1為一般并列(parallel)存取外部存儲器數據的微控制系統的架構圖。如圖1所示，微控制系統10包含一微控制器(Micro-controller)11，且連接一外部存儲器(External?memory)12。外部存儲器12可以為快閃存儲器(Flash?memory)或可以儲存數據的其他形式存儲器。該微控制系統10是以并列方式存取外部存儲器12的數據，因此微控制系統10必須設計相當多的接點(pad)，包含地址(address)匯流排、數據匯流排等。所以，該微控制系統10雖然在存取速度上較快，將導致成本增加，因而必須增加晶片面積來設計該等接點，無法符合低成本需求。

圖2為一般串列存取外部存儲器數據的微控制系統的架構圖。如圖2所示，該微控制系統20包含一微控制器11、一內部存儲器21、以及一串列接口讀取控制器(Serial?interface?read?controller)22，且連接一外部存儲器23。由于微控制系統20是以串列方式讀取外部存儲器23的數據，因此可以節省相當多的接點，降低接點成本與晶片面積。該微控制系統20在開始運作之前，必須由串列接口讀取控制器22從外部存儲器23將整個程式下載到內部存儲器21。因此，內部存儲器21的大小要和外部存儲器23的大小相等。例如，對于16位(bit)地址匯流排的微控制器而言，可以直接對應的存儲器從0000H到FFFFH，總共64K位組(byte)。因此，若外部存儲器23為64K位組，則內部存儲器21亦必須配置64K位組。因此微控制系統20雖然不需提供大量的接點，但因需要配置較多的內部存儲器，因內部存儲器通常要求較高的存取速度，因此常采用成本較高、體積較大的靜態存儲器(SRAM)，仍無法符合低成本需求。

因此，若結合快取技術與串列數據讀取，則微控制系統可以降低接點成本與內部靜態存儲器的需求。圖3為結合快取技術與串列數據讀取的微控制系統30。微控制系統30包含一微控制器11、一內部快取存儲器32、一快取控制器31、以及一串列接口讀取控制器22，且連接一外部存儲器23。快取控制器31一般包含L個標簽地址列來記錄儲存在內部快取存儲器32的地址區域。再者，每列標簽地址列包含M位的區塊標簽，其中，每列的標簽地址列代表T位組數據的地址區域。舉例來說，該快取控制器31包含8列的標簽地址列，每列標簽地址列包含8位的區塊標簽，且每列的標簽地址列代表256位組數據的地址區域。

該微控制系統30在開始運作時，快取控制器31會比較微控制器11發出的地址數據與8列的標簽地址列的區塊標簽來判斷數據是否已儲存在內部快取存儲器32。當快取控制器31確定數據已儲存在內部快取存儲器32時(hit)，快取控制器31直接將該數據從存取速度較快的內部快取存儲器32送給微控制器11。而當快取控制器31確定數據沒有在內部快取存儲器32時(miss)，則通過串列接口存取控制器22從外部存儲器23將256位組數據的程式碼(數據)下載到內部快取存儲器32。之后，快取控制器31再將微控制器11發出的地址的數據送給微控制器11。

而一般的快取控制方法，會使用L個標簽地址列來記錄儲存于內部快取存儲器中所對應地址的高位(MSB)地址。圖4為一般快取控制器的標簽地址列的架構。例如，每個標簽地址列用來記錄8位的高位地址數據，且對應的數據量為256位組。因此，若使用8列標簽地址列，則需要約2048位組的內部快取存儲器。但是，當每次數據不存在于內部快取存儲器32時，都會從外部存儲器23下載256位組的數據到內部快取存儲器32。由于在數據下載期間，微控制器11是處于等待狀態，若每次下載的數據量都太大，將影響微控制系統30的執行效率。而且，每次所下載的256位組數據中，也不一定所以數據都會被讀取，故現有技術仍有改善的空間。

發明內容

有鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種串列接口快取控制器、控制方法以及使用該快取控制器的微控制器系統，藉以利用N位的有效位區標簽來減少每次數據下載量，進而用來提升該微控制器系統的效能，并減少快取存儲器的串列接口頻寬。

為達成上述目的，本發明的串列接口快取控制器，是使用于一微控制器系統，該微控制器系統經由一串列接口讀取控制器從一外部存儲器讀取數據后，儲存至一內部快取存儲器，并控制一微控制器來讀取該內部快取存儲器，該微控制器所輸出的微控制器之讀取地址為A位，其中該串列接口快取控制器包含：