對存儲帶寬的要求使手機設計面臨兩難抉擇

以這種方式對存儲器系統進(jìn)行重新分配，為主機和存儲器系統之間提供了一條統一總線(xiàn)，同時(shí)考慮到了密度、存儲器類(lèi)型以及速度級等性能指標。此外，該方法還最小化了外部總線(xiàn)的負荷，因而允許更高的總線(xiàn)頻率，這是減少引腳數量的預備條件。而且，重新分區也同時(shí)把存儲器件之間大量引腳的接口限制為典型多芯片封裝(MCP)內部的一種解決方案，這降低了手機成本，并允許在MCP中容納更多的存儲模塊(Memory Bank)。

主機與存儲器系統之間采用統一總線(xiàn)，可盡量減輕外部總線(xiàn)的負荷。主機接口與客戶(hù)機接口之間的總線(xiàn)以DDR存儲器總線(xiàn)來(lái)實(shí)現，因此作為實(shí)例存儲器系統的總體外部引腳數量在35至43之間(控制總線(xiàn)：15個(gè)引腳，地址總線(xiàn)：12個(gè)引腳，數據總線(xiàn)：8到16個(gè)引腳) 。

根據時(shí)鐘頻率的不同，以上所給出的系統劃分可使外部存儲器帶寬僅以43個(gè)引腳就達到10Gbps，因而可將外部引腳數目減少約60%，同時(shí)大大增強性能。此外，由于引腳數量的減少，單個(gè)CPU的成本也隨之降低。最為重要的是，這種方法將存儲器與總線(xiàn)各自獨立開(kāi)來(lái)，從而能夠建立起分層的存儲器-系統架構，甚至允許以一種對存儲器透明的模式把總線(xiàn)移植到超高速的差分結構中?；谶@種方式，存儲器件可以開(kāi)發(fā)成直接與總線(xiàn)相連，或是可開(kāi)發(fā)成經(jīng)重配置總線(xiàn)接口之后再與總線(xiàn)連接的結構。

客戶(hù)機接口與主機接口之間的總線(xiàn)可以被所有存儲器件共享，雖然目前的系統中通常只有靜態(tài)存儲器(NOR、SRAM和NAND)共享一條總線(xiàn)。因此必須謹慎設計系統以避免延遲問(wèn)題，尤其是對DRAM存儲器而言，這個(gè)問(wèn)題對系統的整體性能影響最大。

延遲問(wèn)題

只有當處理單倍數據率(SDR)器件時(shí)，延遲問(wèn)題才能得到解決。在這種情況下，靜態(tài)存儲器可以和動(dòng)態(tài)SDR多路復用，即在每半個(gè)時(shí)鐘周期中利用工作在雙倍數據率(DDR)模式下的總線(xiàn)使一種存儲器工作。通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)傳統存儲子系統和重新分區的子系統的存儲器，再對二者在時(shí)序上的區別進(jìn)行比較可以看到，后者能夠避免延遲帶來(lái)的影響。

大部分邏輯操作都發(fā)生時(shí)鐘沿(通常是上升沿)。主機控制器在上升沿創(chuàng )建信號，該信號在下一個(gè)上升沿時(shí)在迭置焊接層(registered pad layer)被捕獲。如果這種重新分區的存儲器系統如同慣有的那樣在上升沿的同時(shí)輸出信號，就不存在延遲問(wèn)題。

在重新分區的結構中，控制器在上升沿建立信號，焊接層(Pad Layer)在下一個(gè)下降沿捕獲信號?？蛻?hù)機控制器在下一個(gè)上升沿將信號輸出，因此存儲器件在存儲接口上得到相同的時(shí)序。

建立的系統時(shí)序在一個(gè)時(shí)鐘周期內很可能無(wú)法避免延遲，但在大多數情況下，延遲損失是可以預防的。為彌補這種不能避免的相對較小的延遲，可以增加預取(prefetch)功能。在存取數據n的期間，可以自動(dòng)讀取數據n+1，這樣，延遲問(wèn)題實(shí)際上就得到了改善。

在存儲子系統內部采用預取技術(shù)(prefetching)的結果是帶寬隨延遲的改善平均增加15%。這對于可能需要大量預取的隨機數據和DSP操作是正確的。預取并不會(huì )引起性能的降低，但如果預取的數據并非在放回預取緩存器中之前CPU所需的，則會(huì )導致功率的浪費。實(shí)現預取方案的邏輯相當直接簡(jiǎn)單。預取緩存器可以在客戶(hù)機總線(xiàn)接口中實(shí)現以避免使用用戶(hù)存儲器。

對帶寬的影響

對于存儲器系統而言，恒定帶寬(sustained bandwidth)是一個(gè)關(guān)鍵參數。如上所述，引入重新分區存儲控制器的客戶(hù)機接口會(huì )增加存儲器訪(fǎng)問(wèn)的延遲，而延遲對對恒定帶寬有很大影響。

由于恒定帶寬是評價(jià)存儲器系統性能的一個(gè)關(guān)鍵指標，就必須考慮慢速和快速存儲器如何在同一條總線(xiàn)上操作的問(wèn)題。恒定帶寬是最小的總線(xiàn)和器件帶寬。較慢的閃存(Flash)存儲器工作頻率最高為100MHz，需要大得多的容量。相對于DRAM，對閃存的訪(fǎng)問(wèn)很少，因此，如果能夠通過(guò)在DRAM中臨時(shí)緩存高峰數據流并使進(jìn)出Flash的流量更加恒定，則較慢的恒定帶寬是可以接受的。若寬度W的Nburst是可變的，則恒定帶寬可表示為：

BWsust=W×Nburst/(tini+Nburst–1)×twords/s

峰值帶寬可表示為：

BWpeak=W/twords/s

許多手機應用如錄音和照相，都證明“突發(fā)”活動(dòng)并不總是需要匹配目標存儲器帶寬與峰值應用帶寬。在那種情況下，對臨時(shí)緩沖器的管理非常關(guān)鍵，因為它占用了更長(cháng)的時(shí)間在后臺復制數據，同時(shí)也為CPU提供了臨時(shí)的數據存儲空間。重新分區的存儲器系統允許采用雙端口(端口A(yíng)和端口B)的RAM進(jìn)行后臺復制，其中端口A(yíng)覆蓋的存儲范圍為Ma，端口B覆蓋了剩余的存儲范圍Mb。M、Ma以及Mb之間的關(guān)系為：通過(guò)寄存器寫(xiě)入可以完成存儲器范圍Ma和Mb的重新配置，因而Ma變成Ma prime，而Mb變?yōu)镸b prime：

Mailbox表示存儲器的空間，一次指派給端口A(yíng)，一次指派給端口B。從A到B重新指派Mailbox可以拷貝大量的數據，而實(shí)際上并不移動(dòng)數據，類(lèi)似于“C語(yǔ)言”中傳遞指向數據結構的指針而非傳遞數據結構本身。這樣一來(lái)，每個(gè)端口都有一個(gè)已知的私有存儲范圍Ma(prime)/Mailbox或Mb(prime)/Mailbox以及一個(gè)共享的Mailbox。當通過(guò)在Mailbox中存放數據執行后臺復制，然后重新將Mailbox指派給執行后臺復制的該端口時(shí)，這就可以以簡(jiǎn)單的方法保持數據的一致性。

信令問(wèn)題

在最簡(jiǎn)單的情形下，連接到主機的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)存儲器均為SDR器件，并共享一條存儲總線(xiàn)。這時(shí)可以采用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現DDR模式下共享總線(xiàn)的操作。時(shí)鐘上升沿可用于所有DRAM操作，下降沿則可用于所有SRAM操作。在本質(zhì)上，主機控制器在一個(gè)DDR流中多路復用了兩個(gè)SDR數據流，故而可以為SRAM和DRAM提供兩個(gè)獨立的通道。

如果主機的SRAM和DRAM控制器在上升沿進(jìn)行操作，則這種方案中對于一個(gè)通道的延遲為零，而對于另外一個(gè)通道的延遲為半個(gè)時(shí)鐘周期。通過(guò)重新分區時(shí)序，這種延遲就可以消除。

另一方面，采用DDR存儲器時(shí)，上述簡(jiǎn)單的映射方案不適用。不過(guò)有一種簡(jiǎn)單的擴展方法也可用于支持DDR器件。

SDR方法定義了一種共享總線(xiàn)上的時(shí)隙方案(timeslot)，這種時(shí)隙就是半個(gè)時(shí)鐘周期中兩個(gè)捕獲的時(shí)鐘邊沿間的時(shí)間。時(shí)隙在SRAM和DRAM間是均勻分配的。為滿(mǎn)足DDR器件的帶寬需求，總線(xiàn)必須采用fbus時(shí)鐘，BWstatic是SRAM所需的帶寬，BWdyn是DRAM所需的帶寬，width則表示連接存儲器與主機系統的總線(xiàn)數據引腳的數量：

Fbus=1/2×((BWstatic+BWdyn)/Width)

對于任意時(shí)間周期，DDR方案都比SDR能提供更多的時(shí)鐘沿和更多的時(shí)隙，因此，帶寬和延遲需求都可以在比SDR方法更精細的區間內進(jìn)行調節。

建立存儲器系統總線(xiàn)只能輔助性地提高DRAM通道的延遲性能(每個(gè)方向不超過(guò)一個(gè)時(shí)鐘)。

考慮到手機的每32字節緩存列(Cache line)需要16個(gè)節拍，而PC機每32字節緩存列僅需要4個(gè)節拍，一個(gè)周期附加的延遲造成每節拍1/8周期的負荷，性能降低不超過(guò)12.5%，這很容易通過(guò)超頻總線(xiàn)進(jìn)行補償。如果在存儲器通道中允許采用集成的非授權mux結構，就不會(huì )有附加延遲出現。

這種存儲器系統應該是很容易被接受的，因為它允許采用現有的存儲器系統。同時(shí)實(shí)現主機接口和規范的DRAM/SRAM控制器是可能的。主機CPU的DRAM控制器能夠與新的存儲器主機接口共享DRAM焊盤(pán)(通過(guò)配置寄存器或鍵合方式)。如果SRAM控制器的焊盤(pán)以鍵合方式實(shí)現，則同樣的CPU裸片就能配置為支持傳統或新型存儲器系統的器件。

總之，不同的存儲器系統均可用于相同的主機平臺，并可以根據性能和成本擴展多種系統。

重新分區的方法最大限度減輕了外部總線(xiàn)的負荷，并為主機和存儲器系統之間提供了一條統一總線(xiàn)，從而將外部存儲器帶寬提高到10Gbps，并減少了60%的引腳數量，進(jìn)而降低了每個(gè)CPU的成本。此外，這種方式還為存儲器系統提供了一個(gè)獨立的物理層，可以把現有存儲器總線(xiàn)透明地移植到未來(lái)的架構中。