CN100541461C - 数据处理系统和用于互连仲裁的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种数据处理系统，包括：多个处理单元(Dv1-DvM)，用于处理数据；至少一个存储装置(MM)，用于存储来自所述多个处理单元(Dv1-DvM)的数据；互连装置(IM)，用于将所述多个处理单元(Dv1-DvM)和所述至少一个存储装置(MM)相连。所述处理单元(Dv1-DvM)适用于请求经由互连装置来写访问所述至少一个存储装置(MM)，以便将数据写入所述至少一个存储装置中。设置至少一个仲裁器装置(AU)，用于执行针对从所述多个处理单元(Dv1-DvM)到所述至少一个存储装置(MM)的访问的互连仲裁，其中，基于如由所述多个处理单元(Dv1-DvM)对所述至少一个存储装置(MM)的写访问所引入的所述互连装置(IM)的最小逻辑电平改变，来执行所述互连仲裁。因此，如果存在来自不同处理单元的多于一个写请求，则将互连仲裁(即对互连的访问)给予处理单元，即其数据经由互连发送到存储装置导致最小逻辑电平改变的处理单元。由此减小了由于逻辑电平的切换而产生的功率消耗。

Description

数据处理系统和用于互连仲裁的方法
技术领域
本发明涉及一种数据处理系统和一种互连仲裁(interconnectarbitration)的方法。
背景技术
随着例如PDA、笔记本、移动电话、便携式MP3播放器等的便携式设备的适用性的增加和成功，在现代集成电路及其设计中，这些设备的功率消耗已经变得越来越重要，并且已经进行了相当大量的研究和设计，以努力减小功率消耗。随着在这种设备中使用的IC的VLSI设计进入到纳米领域，由芯片上系统中的互连所消耗的能量变成整个系统功率消耗中的重要部分。此外，用于减小便携式设备的重量和尺寸的限制因素和提供由便携式设备内部的电路消耗的功率所需的电池的数量有关。
互连(即，总线或网络)的功率消耗不但基于互连的物理性质，例如电压摆动、线延迟、互连的拓扑结构等，而且基于在芯片上系统中流动的数据，即，处理器-处理器通信和处理器-存储器通信。该通信可以属于以下的缘由：高速缓冲存储器和存储器的事务处理(从共享的存储器中获得数据)、高速缓存一致性操作(必须在所有的高速缓冲存储器拷贝中更新共享存储器中的更新数据，这导致同步通信量)、分组分割开销(把数据流分割成分组将引入额外的数据开销)或分组之间的竞争(在竞争的情况下重新路由分组)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是减小在包括多个处理单元的数据处理系统内的功率消耗。
该目的是通过一种数据处理系统和一种用于互连仲裁的方法来解决的。
因此，提出了一种数据处理系统，包括：多个处理单元，用于处理数据；至少一个存储装置，用于存储来自多个处理单元的数据；互连装置，用于将所述多个处理单元和所述至少一个存储装置相连。所述处理单元适用于请求经由互连装置来写访问所述至少一个存储装置，以便将数据写入所述至少一个存储装置中。提供至少一个仲裁器(arbiter)装置，用于执行针对从所述多个处理单元到所述至少一个存储装置的访问的互连仲裁，其中基于如由所述多个处理单元对所述至少一个存储装置的写访问所引入的所述互连装置的最小逻辑电平改变，来执行所述互连仲裁。
因此，如果存在来自不同处理单元的多于一个写请求，则将互连仲裁(即对互连的访问)给予处理单元，即其数据经由互连发送到存储装置导致最小逻辑电平改变的处理单元。由此减小了由于逻辑电平的切换而产生的功率消耗。
根据本发明的一个方面，所述至少一个仲裁器装置还适用于通过确定最后发送的数据和接下来要发送的数据的值之间的汉明距离(hammingdistance)，来执行互连仲裁。因此，这提供了一种容易的用于确定互连中的最小逻辑电平改变的方法。
根据本发明的另外一个方面，仲裁器装置包括启用/禁用单元，用于启用/禁用针对功率消耗而优化的互连仲裁。因此，如果要由数据处理系统处理时间关键(time critical)的应用程序，则可以禁用针对功率消耗而优化的互连仲裁。
本发明还涉及一种用于数据处理系统内的互连仲裁的方法，所述数据处理系统包括：多个处理单元，用于处理数据；至少一个存储装置，用于存储来自所述多个处理单元的数据；以及互连装置，用于将所述多个处理单元和所述至少一个存储装置相连。所述处理单元请求经由互连来访问所述至少一个存储装置，以便将数据写入存储装置中。基于如由所述处理单元经由互连装置将数据写入所述存储装置中而引入的互连的最小逻辑电平改变，来执行互连仲裁。
还描述了本发明的其它方面。
参考下文中描述的实施例，阐明本发明的这些和其他方面，并且本发明的这些和其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的芯片上系统的基本方框图。
具体实施方式
在第一实施例中，将关于芯片上系统(即在同一个芯片上的、经由某种互连彼此通信的多个模块)，来描述本发明的原理。
在图1中示出了根据第一实施例的芯片上系统的方框图。芯片上系统环境包括：多个处理模块Dv1、Dv2、…、DvM；总线接口单元BIU；互连装置IM；和存储装置MM。处理模块Dv1-DvM适用于经由总线接口单元BIU和互连装置IM，向存储装置MM分别传送数据D1、D2、…、DM。
把已经从处理模块Dv1-DvM之一经由总线IM向存储装置MM传送的数据看作是D0。然而，处理模块Dv1-DvM现在准备经由互连装置IM向处理模块Dv1-DvM分别传送数据D1、D2、…、DM。总线接口单元BIU根据总线IM传送数据D1、D2、DM所需的最小逻辑电平改变，来选择这些处理单元之一，并且准予经由互连装置IM访问存储装置MM。这是通过将这些数据D1-DM的内容与之前通过总线IM传送的数据D0的内容相比较来执行的。
具体地，总线接口单元BIU包括仲裁器单元AU，用于从在总线IM上要求最小逻辑电平改变的不同处理模块Dv1-DvM中来选择那些写请求，并且针对对应的处理模块，发出准予。
优选地，通过使用用于确定如之前发送的D0的数据的内容和将要传送的数据的内容之间的汉明距离的功能，来执行该比较。在总线接口单元BIU中，将所有的写请求和对应的数据进行缓冲并且与之前的数据相比较。这可以顺序地或并行地执行。
汉明距离与为了将一个位串转换成另一个而必须改变的最小位数相对应。如果x和y是相同长度的两个二进制序列，这两个序列之间的汉明距离是彼此不对应的符号的数目。例如，如果x＝10000110且y＝01101000，那么汉明距离是从x到y变化的位数。这里，该数目是6。
如果在以上示例中M等于4，那么四个处理模块Dv1-Dv4将出现在根据图1的芯片上系统中。这四个处理模块将竞争以访问总线，并且如果针对处理模块，出现使用总线IM的同时多个请求，则总线仲裁必须从这四个处理模块中选择一个。对于由四个处理模块发出四个同时请求以传送数据D1、D2、D3、D4的情况，需要总线仲裁确定将首先服务四个请求中的哪一个。如果之前放置在总线上的字是D0，则总线仲裁使用汉明功能
h(D0，Di)，其中Di＝D1、D2、…、DN(在该示例中N＝4)，使得在D0和Di之间的位改变是最小的。并且对其请求(Di)导致最小汉明距离的设备准予总线访问。
例如，如果
D0＝10101010且
D1＝11110000
D2＝00001010
D3＝01010101
D4＝00110011
这里，h(D0，D1)＝4，h(D0，D2)＝2，h(D0，D3)＝8，h(D0，D4)＝4。因此，可以将对总线的访问给予处理模块Dv2。
非必要地，将存储器映射输入输出MMIO寄存器设置在总线接口单元BIU或仲裁器单元AU中。该寄存器用于基于减小功率消耗来启用/禁用上述仲裁方案。如果要处理具有非时间关键的计算的应用程序，则激活该功率节省仲裁方案。然而，如果要处理包括时间关键的计算的应用程序，则可以将用于减小功率消耗的总线仲裁方案禁用或断开预定的时间段，或只要在处理时间关键的应用程序时就禁用或断开。此后，可以再次启用或接通功率减小仲裁方案。可以将功率减小仲裁方案的状态存储在MMIO寄存器中。因此，可以将功率节省总线仲裁方案与其他传统的总线仲裁方案相结合。取决于应用程序的关键程度(criticality)，可以断开/接通该模式。可以将该信息存储在总线接口单元BIU中的一些存储器中。即，针对应用程序任务图，可以基于可能的应用程序任务图和对应的仲裁模式的查找表，在运行时选择具体的仲裁模式，可以将所述查找表存储在总线接口单元BIU中。
减小总线上的逻辑电平改变减小了整个电路中的功率消耗，因为由总线的逻辑电平的切换期间的功率消耗在总线的整个功率消耗的大部分。由于逻辑电平中的改变引起的功率消耗取决于时钟频率(clockrate)、电源电压、节点电容和每一个时钟周期内节点的功率消耗从0变到1或从1变到0的平均次数。对于关于总线的功率消耗的更多信息，请参考Chandrakasan等在1995年4月的Proc.of the IEEE，Vol.83，no.4中的“Minimizing power consumption in CMOS circuits”。
尽管总线仲裁另外所需的电路可能消耗一定量的功率，该量与通过减少总线线路中的切换而节省的功率消耗相比，是相当小的。具体地，执行比较所需的那些数据仅仅是从处理模块传送到总线接口单元BIU并且没有通过互连(即，总线)。因为总线线路比较长并且占据芯片的主要部分，所以这些总线线路需要大量功率来驱动。
在可选的实施例中，可以将互连装置实现为芯片上的网络而不是总线。在芯片上的网络中，处理模块可以经由网络接口与网络相连，所述网络接口设计用于控制网络和各个处理模块之间的通信。这里，可以在网络接口中实现仲裁器单元，从而实现分布式的仲裁。仲裁的实际操作如根据第一实施例所述的。
根据另外的实施例，将总线线路的之前内容与实际未决的写请求相比较，这可以通过将之前的内容与将要通过互连向存储装置传送的几个数据的内容相比较来执行，以便找到总体上减小所需功率消耗的访问的序列。
本发明基于提供总线仲裁策略，以便使便携式或手持设备中的功率消耗保持最小的概念。针对不同设备或模块发出的通过总线传送数据的多个请求，通过将访问给予其数据导致最小逻辑电平改变或最小汉明距离的设备，来执行总线仲裁。通过比较设备数据和总线上的之前内容来计算最小汉明距离。另外，总线仲裁器可以在功率节省方案和其他总线仲裁方案之间切换。

Claims (5)

1.一种数据处理系统，包括：
多个处理单元(Dv1-DvM)，用于处理数据；
至少一个存储装置(MM)，用于存储来自所述多个处理单元(Dv1-DvM)的数据；
互连装置(IM)，用于将所述多个处理单元(Dv1-DvM)和所述至少一个存储装置(MM)相连，
其中，所述处理单元(Dv1-DvM)适用于要求经由互连装置来写访问所述至少一个存储装置(MM)，以便将数据写入所述至少一个存储装置(MM)中，
至少一个仲裁器装置(AU)，用于执行针对从所述多个处理单元(Dv1-DvM)到所述至少一个存储装置(MM)的访问的互连仲裁，
其中，基于由所述多个处理单元(Dv1-DvM)对所述至少一个存储装置(MM)的写访问所引入的所述互连装置(IM)的最小逻辑电平改变，来执行所述互连仲裁。
2.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中，所述至少一个仲裁器装置还适用于通过确定最后发送的数据和接下来要发送的数据的值之间的汉明距离，来执行互连仲裁。
3.根据权利要求1或2所述的数据处理系统，其中，仲裁器装置(AU)包括启用/禁用单元(MMIO)，用于启用/禁用针对功率消耗而优化的互连仲裁。
4.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中，通过将最后发送的数据与将要通过互连向存储装置传送的数据相比较，来执行所述互连仲裁，以便确定总体上减小所需功率消耗的访问序列。
5.一种用于数据处理系统内的互连仲裁的方法，所述数据处理系统包括：多个处理单元，用于处理数据；至少一个存储装置，用于存储来自所述多个处理单元的数据；以及互连装置，用于将所述多个处理单元和所述至少一个存储装置相连，所述方法包括步骤：
请求经由互连来访问所述至少一个存储装置，以便将数据写入存储装置中；以及
基于由所述处理单元经由互连装置将数据写入所述存储装置中而引入的互连的最小逻辑电平改变，来执行互连仲裁。
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