一种基于关键字优先的QSPI接口缓存模块及方法与流程

本发明涉及计算机数据通讯，尤其涉及一种基于关键字优先的qspi接口缓存模块及方法。

背景技术：

1、片外spi flash是一种基于spi协议的闪存存储器，因其有：存储容量通常比较大，电可擦除可编程，断电期间数据不会丢失，且静态功耗低的特点，在mcu通讯中大多采用片外spi flash来存储图片或视频信息，或在内部存储空间不够时用来存放应用程序。

2、片外spi flash使用的过程中，不可避免ahb总线通过qspi接口直接读片外spiflash延迟开销过大，并且数据预取模式简单不灵活。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于关键字优先的qspi接口缓存模块，包括ahb，qspi控制器和外部spi flash三部分，ahb通过qspi控制器连接外部spiflash。在读外部spi flash数据时候，通过缓存控制部分，采用关键字(ahb读请求字地址)优先的一种接口缓存模块及方法。

2、所述qspi控制器包括两部分：缓存控制和寄存器配置，所述缓存控制部分用于控制读操作时，基于关键字(ahb读请求字地址)优先的方法，从缓存中读取数据并返还给ahb；所述寄存器配置部分用于ahb发出读命令时，根据qspi协议产生所需的控制位。

3、缓存控制部分包括：存储体和控制逻辑单元，存储体ram可以分成n行，每行包含k个字，形成地址矩阵(nⅹk)，n和k的值可由程序员通过寄存器配置；控制逻辑单元中设置n组，对应存储体ram的n行，每任意组n(0≦n＜n)包含valid寄存器、saddr寄存器和cnt寄存器；valid寄存器用于记录该行是否有缓存数据的有效位；saddr寄存器用于记录该行缓存的首个字地址；cnt寄存器用于记录该行已经接收字的数量。

4、当ahb总线接口发出读外部spi flash数据的请求，配置寄存器根据qspi协议产生所需的控制位，缓存控制部分中的控制逻辑单元对读数据发出的请求地址高30位req_addr30(关键字)进行判断，具体是将其与存储体ram中缓存地址矩阵中的saddrn、saddrn+cntn、saddrn+k的大小关系(0≦n＜n)进行比较，设定判断条件，并执行对应的数据返回和缓存填充模式。

5、具体判断条件是：

6、若case1：req_addr30＜saddrn或req_addr30＞saddrn+k；

7、表示存储体ram所有缓存行中没有缓存当前请求地址的字段，即缺失，发出缺失请求和对应的地址，启动qspi接口的读命令，从片外spi flash读回数据；当qspi控制器接收到第一个32bits字时立即返回给ahb总线，并把此字写入存储体ram对应的位置，并把行有效位valid置1，并且后续每接收到一个32bits字即写入存储体ram，直到总的k个字传输完成，qspi协议读命令停止传输数据，一次读命令周期完成；

8、若case2：saddrn≦req_addr30≦saddrn+cntn；

9、表示命中缓存行n已经缓存的数据字段，控制逻辑生成的地址从缓存的存储体ram中读出数据返回给ahb总线，同时缓存行的有效位valid＝1不变；

10、若case3：saddrn+cntn＜req_addr30≦saddrn+k-1；

11、表示命中缓存行n中还没有返回数据缓存的字段，需要等待qspi控制器从片外spiflash读回数据缓后把数据返回给ahb总线，再写入存储体ram对应的位置，直到剩下k-cntn个字传输完成(即本行传输完成)，qspi协议读命令停止传输数据，一次读命令周期完成，行有效位valid保持置位不变；

12、当所有缓存行填满数据后，新的缺失请求替换第0个缓存行，再次的缺失请求替换第1个缓存行，依次顺序直到所有缓存行再次填满数据重新循环。

13、在应用加载时，所述mcu主机通过扩展的spi(即qspi)接口，可以实现对外部spiflash的高速读操作，并且可以利用qspi的队列传输机制，实现多个数据包的连续传输，提高数据传输效率，并且qspi控制器缓存方法是通过关键字优先，通过内存映射的方式来访问外部spi flash，使得访问外部spi flash与访问内部flash的方式相同，简化了程序设计和开发过程。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

15、1、本发明公开的方案所设计的具有关键字优先缓存容量可配置的缓存qspi控制器，当ahb总线通过qspi控制器接口从片外spi flash读取数据时，缺失时可在qspi控制器接收到一个字后即返回给ahb总线，读请求地址连续时可连续命中缓存行，减少延迟开销。

16、2、本发明公开的方案通过关键字优先返回的缓存模块，使得ahb总线通过qspi控制器接口从片外spi flash读取数据的效率得到极大提升。且保证了低成本低功耗，以满足mcu系统快速读片外spi flash存储器的需求。

技术特征：

1.一种基于关键字优先的qspi接口缓存模块及方法，其特征在于：包括ahb，qspi控制器和外部spi flash；

2.根据权利要求1所述接口缓存模块及方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述接口缓存模块及方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述接口缓存模块及方法，其特征在于：

5.如权利要求4所述接口缓存模块及方法，其特征在于：

6.权利要求4所述接口缓存模块及方法，其特征在于：

7.权利要求4所述接口缓存模块及方法，其特征在于：

8.根据权利要求5至7任意一项所述的接口缓存模块及方法，其特征在于：缓存行的saddrn和cntn通过寄存器读取，缓存行的n和k大小可配置。

9.根据权利要求5至7任意一项所述的接口缓存模块及方法，其特征在于：

10.一种基于关键字优先的qspi接口缓存模块及方法，其特征在于：qspi控制器在进行数据缓存过程中，模块中实现了缓存行的有效位valid开关控制功能，当所有行有效位valid＝0关闭时，缓存行初始化，新的读请求将缺失。

技术总结本发明提出了一种基于关键字(AHB读请求字地址)优先的QSPI接口缓存模块及方法，应用在计算机数据通讯和数据处理技术领域。其包括：AHB、QSPI控制器和外部SPIFlash；缓存控制和寄存器配置，共同组成QSPI控制器。缓存控制部分由存储体和控制逻辑单元组成，存储体可以分成N行，每行包含K个字，组成缓存矩阵(NⅩK)；寄存器配置部分根据QSPI协议产生所需的控制位。本发明设计一种QSPI接口缓存模块，当MCU主机通过扩展的SPI(即QSPI)接口通讯时，通过缓存矩阵QSPI队列传输机制，采用关键字优先的缓存方法，可以实现对外部SPIFlash的高速读操作，实现多个数据包的连续传输，提高数据传输效率。技术研发人员：李明,张琢受保护的技术使用者：广东华芯微特集成电路有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9