【技术实现步骤摘要】
一种树状组织的缓存结构及其应用
[0001]本专利技术属于辐射探测领域，具体涉及一种树状组织的缓存结构及其应用。
技术介绍
[0002]在辐射探测领域，辐射粒子经过传感器转化为电信号，进而通过大规模集成电路进行处理并读出。为了达到较高的分辨率和检测速率，读出电路需要同时处理多通道的高速信号。以用于高能物理实验顶点探测器的单片有源像素传感器为例，其传感器阵列一般在百万级，按行或列并行读出时，读出通道数高达几百上千，粒子的对撞频率最高可达40GHz。一般来说，粒子撞击时会瞬时产生大量数据，但平均数据率远低于瞬时的数据率，因此可以使用高速缓存缓冲读出后再输出。文献“X.wei et al,high data
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rate readout logic design of a 512
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1024pixel array dedicated for CEPC vertex detector,Journal of Instrumentation,2019”中包含了一种缓冲读出方法。如说明书附图1所示，所有通道并行读出，每个通道包含一个先进先出(FIFO)存储器，然后再按一定的规则对数据选择读出。
[0003]现有高速缓冲读出的主要缺点是：每个读出通道独享一个存储器，不能和其他通道共享，每个通道的存储器都需要考虑在粒子入射瞬间产生较多数据时所需的容量大小并留一定的裕度。由于通道数多，这导致存储器总容量较大，引起芯片面积增大，进而引起时钟布线网络大，功耗较大的问题。
技术实现思路
>[0004]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种树状组织的缓存结构及其应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种树状组织的缓存结构，包括：
[0007]多个通道，多个所述通道的数据并行读出，各通道数据按照从树叶到树根的结构缓冲存储；
[0008]叶子节点，包括多个读出控制和多个叶子节点的子存储器；一个通道与一个读出控制之间进行数据互传，一个所述读出控制向一个叶子节点的子存储器传输数据；
[0009]N层父节点，每层所述父节点均包括多个路由控制和多个父节点的子存储器；每层所述父节点的一个路由控制向该层父节点的一个子存储器传输数据；每两个所述叶子节点的子存储器向第一层父节点的一个路由控制传输数据；每两个第N层所述父节点的子存储器向第N+1层父节点的一个路由控制传输数据，依次连接至树根；上一层父节点为下一层父节点的子节点，最后一层为根节点；
[0010]各通道数据首先通过叶子节点的读出控制读出并存储在叶子节点的子存储器；然后叶子节点向其父节点申请数据转移，当父节点空闲时，允许对应子节点的数据输出转移，子节点完成数据转移后释放自己的存储空间，从而为下次信号读取做好准备；当父节点忙
碌时，该子节点等待直到父节点空闲，最终实现所有数据通过根节点缓冲输出。
[0011]优选地，所述叶子节点和除根节点以外的父节点内部的子存储器用来缓冲同时到达的数据，根据瞬时数据密度设计存储容量。
[0012]优选地，根节点的子存储器根据平均数据密度设计容量。
[0013]优选地，所述叶子节点在其子存储器不满时从通道读取数据，并在其子存储器非空时向其父节点发送读数请求；父节点在其子存储器不满时按照数据到达先后或者数据中的时间标记先后顺序响应其子节点的读数请求，在其子存储器非空时向其父节点发送读数请求；依次类推，直至向根节响应其子节点的读数请求，并在其非空时输出数据。
[0014]优选地，所述叶子节点或父节点的子存储器为SRAM、DRAM或寄存器结构，根据时序控制选择使用单端口或者双端口存储。
[0015]优选地，所述叶子节点或父节点的子存储器分为时间存储队列和数据存储队列，共享访问时时间在先的数据优先读出缓冲。
[0016]优选地，所述路由控制根据数据的时间标记信息，按照先后顺序将其读入父节点。
[0017]优选地，所述数据的时间标记信息在粒子入射至通道时产生。
[0018]本专利技术的另一目的在于将树状组织的缓存结构应用在高能物理、空间探测或医学成像领域超多通道传感器前端高速数据的缓冲读出。
[0019]本专利技术提供的树状组织的缓存结构具有以下有益效果：
[0020]本专利技术各通道数据通过树结构的缓存时能够共享使用其父节点的存储空间，从而减少高速数据读出所需的总存储空间；一方面存储空间的减小能够节约芯片面积和成本，另一方面面积的减小使得时钟布线网络负载减小，功耗降低；本专利技术提供的缓存结构可用于高能物理、空间探测、医学成像等领域超多通道传感器前端高速数据的缓冲读出。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为
技术介绍
中多通道高速数据读出缓存结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的的树状组织的缓存结构的示意图；
[0024]图3是本专利技术缓存结构的内部信号连接图；
[0025]图4为图3中一个通道与叶子节点的连接的局部示意图；
[0026]图5为图3中叶子节点与第一层父节点连接的局部示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0028]本专利技术公开了一种树状组织的缓存结构，可用于多通道高速数据的缓冲读出，如图2所示，包括多个通道、叶子节点和N层父节点。
[0029]多个通道的数据并行读出，各通道数据按照从树叶到树根的结构缓冲存储。
[0030]叶子节点包括多个读出控制和多个叶子节点的子存储器；一个通道与一个读出控制之间进行数据互传，一个读出控制向一个叶子节点的子存储器传输数据。
[0031]每层父节点均包括多个路由控制和多个父节点的子存储器；每层父节点的一个路由控制向该层父节点的一个子存储器传输数据；路由控制主要是把多个子节点的数据转入一个父节点，进行多对一的数据选择的，控制的对象是叶子节点的子存储器及父节点的自存储器。每两个叶子节点的子存储器向第一层父节点的一个路由控制传输数据；每两个第N层父节点的子存储器向第N+1层父节点的一个路由控制传输数据，依次连接至树根；上一层父节点为下一层父节点的子节点(或孩子节点)，最后一层为根节点。
[0032]各通道数据首先通过叶子节点的读出控制读出并存储在叶子节点的子存储器；然后叶子节点向其父节点申请数据转移，当父节点空闲时，允许对应子节点的数据输出转移，子节点完成数据转移后释放自己的存储空间，从而为下次信号读取做好准备；当父节点忙碌时，该子节点等待直到父本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种树状组织的缓存结构，其特征在于，包括：多个通道，多个所述通道的数据并行读出，各通道数据按照从树叶到树根的结构缓冲存储；叶子节点，包括多个读出控制和多个叶子节点的子存储器；一个通道与一个读出控制之间进行数据互传，一个所述读出控制向一个叶子节点的子存储器传输数据；N层父节点，每层所述父节点均包括多个路由控制和多个父节点的子存储器；每层所述父节点的一个路由控制向该层父节点的一个子存储器传输数据；每两个所述叶子节点的子存储器向第一层父节点的一个路由控制传输数据；每两个第N层所述父节点的子存储器向第N+1层父节点的一个路由控制传输数据，依次连接至树根；上一层父节点为下一层父节点的子节点，最后一层为根节点；各通道数据首先通过叶子节点的读出控制读出并存储在叶子节点的子存储器；然后叶子节点向其父节点申请数据转移，当父节点空闲时，允许对应子节点的数据输出转移，子节点完成数据转移后释放自己的存储空间，从而为下次信号读取做好准备；当父节点忙碌时，该子节点等待直到父节点空闲，最终实现所有数据通过根节点缓冲输出。2.根据权利要求1所述的树状组织的缓存结构，其特征在于，所述叶子节点和除根节点以外的父节点内部的子存储器用来缓冲同时到达的数据，根据瞬时数据密度设计存储容量。3.根据权利要求1所述的树状组...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓敏，张浩楠，王佳，薛菲菲，郑然，胡永才，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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