[發明專利]使用鐵電隨機存取存儲器的堆棧處理器

有效

• 申請號: 201210154889.X
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102841774A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 弗蘭克·菲萊爾
• 申請（專利權）人: 瑞創國際公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

相關申請

本發明要求在2011年5月16日提交的號碼為61/486646的美國臨時申請的優先權，且與全部和本申請同日提交的名稱為“Stack?Processor?Using?a?Ferroelectric?Random?Access?Memory(F-RAM)for?Both?Code?and?Data?Space”；名稱為“Stack?Processor?Using?a?Ferroelectric?Random?Access?Memory(F-RAM)for?Code?Space?and?a?Portion?of?the?Stack?Memory?Space?Having?an?Instruction?Set?Optimized?to?Minimize?Processor?Stack?Accesses”；和名稱為“Stack?Processor?Using?a?Ferroelectric?Random?Access?Memory(F-RAM)Having?an?Instruction?Set?Optimized?to?Minimize?Memory?Fetch?Operations”的美國專利申請相關。上述各申請的全部內容通過引用并入本申請，且全部轉讓給本申請的申請人瑞創國際公司(科羅拉多斯普林斯，科羅拉多)。

技術領域

本發明總體涉及包含非易失性存儲器的可定制的集成電路裝置領域。本發明尤其涉及為代碼空間和堆棧存儲空間的一部分使用鐵電隨機存取存儲器(F-RAM)的堆棧處理器。

背景技術

現有的非易失性存儲器技術尤其包括電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)和閃存。盡管該技術不斷改進，但閃存的耐用率仍在F-RAM的耐用率之下的多個數量級。因此，對于使用需要高耐用度的閃存的應用，一些產品實際上將包括大的具有相關用戶/程序的閃存陣列，確保將數據存儲在特定存儲單元(例如存儲器組)中。一旦存儲器組接近其耐用度極限，用戶/程序會將所有數據移動到新的存儲器組，將之前的存儲器組標記為報廢且指示不應再使用該存儲器組。這樣的浮置柵極裝置的標準耐用度大約在10萬～100萬個寫入周期之間。

還已知，相比F-RAM的寫入，EEPROM和閃存的寫入相對較慢。幾乎瞬間完成F-RAM的寫入周期，EEPROM和閃存的寫入時間花費更長。進一步，F-RAM存儲單元的寫入發生在相對較低的電壓上，且需要很小的電流來改變單元中的數據。

堆棧處理器的當前實現架構為在2003年2月2日的Paysan，B.的“A?Forth?Processor?in?an?FPGA”；2006年7月9日的Paysan，B.的“b16-small-Less?is?More”；和2005年4月29日的Paysan，B.的“b16：Modern?Processor?Core”中所描述的以及在http://www.jwdt.com/～paysan/b16.html上所公開的b16處理器，這些文獻所公開的內容通過引用而全部并入本文中。基于堆棧的b16處理器具有保存在易失性寄存器中的堆棧的頂部和在兩個互補金屬氧化物半導體(CMOS)存儲器中的堆棧的底部。這樣的架構將導致可以同時訪問數據和返回堆棧以及代碼空間。此外，因為在斷電時必須將相對大量的寄存器的內容存儲到非易失性存儲器中，所以支持堆棧保存在易失性存儲器中的堆棧處理器架構會導致堆棧經受很長的且需要能量的斷電時間。為了改善這種情況，將一些寄存器放在非易失性閃存中一定會導致閃存中固有的耐用問題。進一步，由于在正常操作中可以同時訪問所有存儲器，因此為代碼和堆棧利用不同類型存儲器的堆棧處理器架構會經受高的功率消耗峰值。

在b16堆棧處理器中，將每16位字映射為3條5位指令和額外的只可以為“空操作”(NOP)或CALL的1位指令。實際上這意味著在大多數情況中，第四指令通常為NOP，因此，指令集浪費每字中的1位和每3條指令的1個時鐘周期(需要執行NOP)。進一步，b16堆棧處理器不共享代碼和數據空間，所以當同時訪問所有代碼空間及數據和返回堆棧時，b16堆棧處理器架構需要更多的能量。

發明內容

可定制的集成電路裝置一般需要提供某種片上處理單元以使裝置能夠根據用戶所定義的程序執行不同的功能。可定制的裝置的一示例市場在計量功能領域，相比例如閃存的非易失性存儲器技術所適度提供的耐用周期，該可定制的裝置需要更高的耐用周期。另一可能的市場為需要低功率存儲單元的射頻識別(RFID)。