CN101427535A - 具有消息的端到端流控制的电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种电子设备，其包括：至少一个发送器(S0－S3)，用于发送数据；至少一个接收器(R)，用于接收数据。更进一步地，提供一种基于网络的互连(N)，其用于耦合所述至少一个发送器与所述至少一个接收器，从而数据业务从所述发送器被转发到所述接收器。此外，至少一个分开的共享专用控制互连(CI)耦合在所述至少一个发送器(S0－S3)与所述至少一个接收器(R)之间，以用于在所述发送器与所述接收器之间传送流控制数据。

Description

具有消息的端到端流控制的电子设备

技术领域

本发明涉及一种电子设备，一种端到端流控制的方法以及一种处理系统。

背景技术

除了基于总线的通信系统之外，用于通信系统的基于网络的互连被用来在通信系统的不同组件之间传递数据。基于网络的通信系统可以包括：经由互联网、内联网的通信；电子设备中的几个板、几个芯片(芯片对芯片互连)之间的通信；或单个芯片上的几个组件(片上网络)之间的通信。网络可以是基于彼此耦合以用于转发数据的多个交换器(switch)或路由器的。在基于网络的通信系统内，需要流控制来控制发送器与接收器之间的数据传递(即端到端流控制)。由于可能不完全知道接收器的行为，因此需要端到端流控制。为了容纳发送器与接收器之间的不同通信速率或数据传递速率，接收器可以包括缓冲器。这些缓冲器于在发送器与接收器之间的通信期间可能被填满。如果这种缓冲器被填满而从发送器接收到另外数据，则判断是否丢弃该数据或者是否将要丢弃缓冲器内的其它数据。

流控制确保了仅当在接收器的缓冲器中存在足够的可用空间时才从发送器发送数据。然而，如果未实现流控制，并且接收器的缓冲器填满，则例如对于尽力而为BE业务，在缓冲器填满之后所接收到的数据可以排队穿过网络。然而，这可能导致暂时地(拥塞)或持久地(死锁)阻塞穿过网络的其它业务或流。否则，例如对于尽力而为BE业务以及对于保证吞吐量GT业务，接收器可以放弃在缓冲器填满之后所接收到的数据。更进一步地，如果数据在网络中被排队，则这可能还影响请求与响应事务之间的消息级别业务。对于请求和响应事务，可以通过分开的虚拟网络或物理网络来避免上述死锁。更进一步地，由于请求的接收与响应的发送是相连的，即在网络中共享缓冲器上可以存在周期依赖性，因此独立主/从(发送器或接收器)对仍可能观测到死锁。

可以基于对数据传递的点数(credit)来实现用于基于网络的通信的端到端流控制。具体地说，在发送器/源与接收器/目的之间的每一连接(即在源/发送器和目的/接收器之间的每一通信)被认为是分开的连接，并且因此，需要用于数据传递的分开队列，即在发送器和接收器处的分开缓冲器。可以通过使用点数计数器在发送器处维护并且监控接收器中的可用缓冲器量或缓冲器空间量。发送器或发射器将仅当接收器在其缓冲器中具有充足的空间缓冲要发送的数据时，才发送数据。如果网络之内或穿过网络的通信是基于分组的，可以通过在分组上捎带点数值而从接收器发送用于发送器的实际点数值，或者可以将它们作为单独的分组来进行发送。

图1示出根据现有技术的在基于网络的通信环境内的接收器的图示。在此，接收器R包括用于每个发送器的缓冲器B。由于存在四个发送器S1-S4，因此接收器必须包括四个缓冲器B1-B4，其中，每一缓冲器与来自发送器S1-S4中的一个的通信关联。

如果实现这种端到端流控制，则每个连接在接收器处将需要分开的缓冲器。如果在接收器处的缓冲器在穿过网络的各个连接之间被共享，则基于点数的流控制将要求每一发送器必须知道其它连接的其它发送器何时实际发送数据，以保持跟踪缓冲器中的可用空间。然而，在几个时钟周期之内将这种信息扩展到所有发送器是十分困难和复杂的。因此，典型地，在接收器处的缓冲量将较大，以容纳分开的缓冲器。相应地，由于需要较大硬件开销，因此端到端流控制的这种实现方式是昂贵的。

US 5,852,718示出一种集中式仲裁方案，其用于以集中式方式来实现端到端流控制。在此，通信可以是分组交换事务，或者是电路交换事务。实现端到端流控制，以通过禁止主设备发送比接收方为其留出的空间更多的事务或数据来避免队列溢出和拥塞情况。具体地说，硬件握手被用来对数据传递的完成进行信号传送，并且将队列中的可用空间通知给主设备。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有基于网络的数据的通信的电子设备，其使得能够在减少的用于缓冲的需求的情况下进行端到端流控制。

通过如权利要求1所述的电子设备、如权利要求11所述的端到端流控制的方法以及如权利要求12所述的数据处理系统来实现该目的。

因此，提供一种电子设备，其包括：至少一个发送器，用于发送数据；至少一个接收器，用于接收数据。更进一步地，提供一种基于网络的互连，其用于耦合所述至少一个发送器与所述至少一个接收器，从而数据业务从所述发送器被转发到所述接收器。此外，至少一个分开的共享专用控制互连耦合在所述至少一个发送器与所述至少一个接收器之间，以用于在所述发送器与所述接收器之间传送流控制数据。

相应地，由于流控制业务与数据业务分开，因此流控制业务将不影响数据业务。更进一步地，由于数据业务与流控制业务是分开的，因此可以在以专用共享版本来实现的分开的控制互连上实现流控制业务，从而流控制业务将无需通过基于网络的互连而被发送。

根据本发明一方面，所述控制互连包括：用于请求信号的至少一个请求线路、用于授权信号的至少一个授权线路。因此，请求信号以及授权信号中的每一个将具有专用线路，这简化了流控制。

根据本发明优选方面，所述基于网络的互连包括多个交换器，其由多个网络线路所耦合。除了所述网络线路之外，还提供所述至少一个请求线路和所述至少一个授权线路。因此，可以按与所述网络线路相似的方式来布置所述请求线路和所述授权线路。

根据本发明另一方面，所述控制互连适用于基于网络的互连的结构，从而所述控制互连通过所述基于网络的互连从所述至少一个发送器扩展到所述至少一个接收器。

本发明还涉及一种用于电子设备中的端到端流控制的方法，所述电子设备包括由基于网络的互连所耦合的发送器和接收器。由接收器来接收从所述发送器所发送的数据。所述基于网络的互连使得数据业务能够从所述发送器传送到所述接收器。经由分开的共享专用控制互连来转发所述发送器与所述接收器之间的流控制数据，所述分开的共享专用控制互连耦合在所述发送器与所述接收器之间。

本发明还涉及一种数据处理系统，其包括：至少一个发送器，其用于发送数据；至少一个接收器，其用于接收数据。更进一步地，提供一种基于网络的互连，其用于耦合所述至少一个发送器与所述至少一个接收器，从而数据业务从所述发送器被转发到所述接收器。此外，至少一个分开的共享专用控制互连耦合在所述至少一个发送器与所述至少一个接收器之间，以用于在所述发送器与所述接收器之间传送流控制数据。

本发明涉及一种用于提供具有基于网络的互连以用于在发送器与至少一个接收器之间发送并且传递数据的电子设备。此外，在所述至少一个发送器与所述至少一个接收器之间提供共享互连(例如基于总线的互连)。共享互连仅用于传送所述流控制信息，而不是用于数据传递。

优选地，基于公共共享介质来实现所述流控制，所述公共共享介质可以在所述公共共享介质的主设备处由仲裁操作来访问。这样的主设备将具有关于在所述接收器处可用的缓冲量的知识。这可以通过握手机制来实现。首先，所述发送器发送请求，并且于是从可以发起数据传递的主设备接收确认。

本发明更进一步地涉及用于将用于传递数据的网络与实际流控制机制进行分开的构思。通过所述发送器与所述接收器之间的握手机制(请求/授权信号)来实现流控制机制，以确保在所述接收器处充足的缓冲是可用的。因此，基于网络的互连以及共享互连(比如基于总线的互连)出现在所述电子设备中。可增减的互连用于所述数据传递，而共享互连用于所述端到端流控制。由于握手速率相当低(对于每一事务仅单个请求和授权传输)，因此所述控制互连的共享是可能的。另一方面，在这种事务中或者由这种事务所传递的实际数据可以包括几个分组，其经由所述基于网络的互连而被发送。相应地，在所述接收器中仅需要可以用于所有发送器的缓冲器的单个队列。

如果所述握手机制的请求和授权信号在所述基于网络的互连中作为分组而被传递，则由于不需要附加的导线连接，因此包括所述流控制所需的导线连接的硬件开销是最小的。然而，如果所述请求和授权信号在所述基于网络的互连中作为分组而发送，则这种传输的延迟可能是显著的，从而需要更大的缓冲器。更进一步地，这些流控制分组将增加网络中的业务，这有可能导致拥塞，并且减少所述基于网络的互连的吞吐量。另一方面，如果基于分开的点对点控制互连来发送所述流控制的所述握手机制的请求和授权信号，则将减少延迟问题以及由于流控制分组所导致的网络的减少的吞吐量，并且同样可以减少缓冲器大小。另一方面，由于需要分开的点对点控制互连，因此物理导线的实际数量将增加。由于用于所述控制互连的导线连接应该是模块化的，因此穿过所有发送器而共享的线路的集合(控制总线)将比点对点导线更优选。

附图说明

现将参照附图更详细地描述本发明的优点和实施例。

图1是根据现有技术的用于基于网络的互连的接收器的示意性图示，

图2示出根据第一实施例的具有基于网络的互连和基于总线的互连的电子设备的框图，

图3示出根据第二实施例的具有基于总线的控制互连的电子设备的框图，

图4示出根据第三实施例的发送器中的控制电路的框图，

图5示出根据第四实施例的接收器中的控制电路的框图，

图6示出根据第五实施例的片上网络的框图，和

图7示出根据第六实施例的接收器的图示。

具体实施方式

图2示出根据第一实施例的具有基于网络的互连和控制互连的电子设备的框图。在此，描述四个通信组件或通信块BL1、BL2、BL3、BL4。通信组件或通信块可以指任意处理单元，其可以包括专用处理器或CPU。通信组件还可以包括可以实现各种应用或功能的知识产权块。通信块BL1-BL4连接到网络N，网络N包括多个交换器SW或路由器。通过网络线路和交换器SW来执行通信块之间的数据通信。除了网络之外，还提供控制互连CI。在图2中，描述两个发送器，即S1(通信块BL1)和第二发送器S2(通信块BL2)。这两个发送器S1、S2与被实现为通信块BL4的接收器R进行通信。控制互连CI包括请求线路RL和授权线路GL。控制互连CI优选地被实现为出/入发送器S1、S2和接收器R的两条物理导线。具体地说，发送器S1、S2经由覆盖块BL1和BL2的共享单个请求导线RL和单个授权导线GL与接收器R进行通信。请求导线RL和授权导线GL跟随网络中的交换器SW，以简化后端设计。然而，虽然数据线路经受交换器SW内的仲裁，但控制线路可以绕开交换器逻辑。控制线路CI专用于一组发送器，并且可以仅由该组来使用。相应地，控制互连是模块化的，并且基本上包括与数据网络相同的结构。此外，通过绕过交换器逻辑，控制互连将不经受交换器SW的延迟惩罚。由于数据经由网络在发送器与接收器之间传递，因此待发送的数据所采用的路径可以不同于控制互连的路径。优选地，当发起连接时，设置控制线路CI，从而它们只能在连接的这种特定配置中使用。如果发起另外的连接，则控制线路可以具有不同配置。

图3示出根据第二实施例的具有控制互连的电子设备的框图。在此，示出四个发送器S0-S3和单个接收器R。发送器S0-S3和接收器R由请求线路RL和授权线路GL所耦合。由于几个发送器耦合到请求线路RL和授权线路GL，因此需要一些仲裁装置来将请求线路RL和授权线路GL分配给所述发送器中的一个。因此，第二发送器S1将经由第一控制电路CC1耦合到请求线路RL和授权线路。第二发送器和第三发送器将分别经由第二控制电路CC2和第三控制电路CC3耦合到请求线路RL和授权线路GL。相应地，来自发送器的请求信号(即req0-req3)以及授权信号gr0-gr3经由请求线路RL和授权线路GL而被转发。

在图3中，描述分布式控制。每一发送器S0-S3可以监控请求线路RL。如果请求线路RL可用，则发送器S0-S3可以发送请求信号req0-req3。如果授权信号gr0-gr3到达，则发起请求信号req的发送器S0-S3将把多个数据分组发送到接收器R。然而，由于通过控制互连将请求信号req从一个发送器发送到下一发送器可能需要多个时钟周期，因此，尤其是在冲突的情况下，总是将请求线路RL从一个发送器转发到下一发送器。当接收到授权信号时，将其转发到为其选择请求的发送器。实现这种仲裁控制是简单的。另一方面，这种仲裁控制不构成公平仲裁。如果授权线路GL为高(从而可以进行数据传递)，并且发送器也想要执行数据传递，则最接近于接收器的发送器可以不将授权线路或授权信号转发到另一发送器。然而，如果(上升的)授权线路被转发，则其它发送器可能会认为它们被允许执行数据传递。

图4示出根据第三实施例的根据图3的发送器的控制电路的框图。控制电路CC包括仲裁器单元AU和仲裁器状态触发器ASF和几个逻辑单元LU1、LU2、LU3。

根据图4的控制电路被设计为确定发送器是否需要旁路授权信号gr或者发送器是否可以对于自身使用授权信号gr，并且开始事务的数据传递。控制电路CC从第一发送器S0和第二发送器S1接收请求信号req 0和授权信号gr 0，并且在将请求信号req输出到下一控制电路CC的同时，从下一控制电路接收授权信号gr。

第一逻辑单元LU1被实现为OR单元，并且从第一发送器和第二发送器接收请求线路req 0、req 1。第一逻辑单元LU1的输出作为请求信号req被转发到下一模式或发送器。第二逻辑单元LU2被实现为AND单元，并且接收来自下一模式或发送器的授权信号gr以及仲裁器状态触发器ASF的输出。逻辑单元LU2的输出与用于第二发送器S1的授权信号gr1对应。第三逻辑单元LU3被实现为AND单元，并且接收来自下一发送器的授权信号gr和仲裁器状态触发器ASF的输出。仲裁器状态触发器ASF的输出被反相，并且第三逻辑单元LU3的输出与第一发送器S0的授权信号gr 0对应。

根据第三实施例，通过基于时隙的分布式控制来实现流控制。如果来自在控制互连上的当前发送器之前所布置的发送器的请求信号req到达实际发送器，则发送器将仅发送请求信号req，以避免任何干扰。相应地，每一发送器将仅在特定时隙发送请求req，并且在所有发送器之间的时隙被同步。

如果基于根据图4的控制电路来使用简单加权的分散化的仲裁，则可以确保公正仲裁。然而，在发送器处需要一些计数器来对于必须的时隙进行计数。

或者，可以基于速率控制来实现分布式流控制。来自每一发送器的请求信号req允许操作的速率。

或者，可以实现FPGA控制。可以使用请求线路RL和授权线路GL的一些集合。发送器之间的控制互连可以是可重新配置的。

图5示出根据第四实施例的接收器的控制电路的框图。控制电路RCC包括缓冲器B、控制电路单元CCU和分组计数器PCU。请求线路RL和授权线路GL耦合到控制电路单元CCU。可以由缓冲器B来接收事务的数据分组dp。

如果足够的缓冲可用，具体地说，如果足够的缓冲可用于容纳由发送器所请求的最大数据量，则接收器R响应于请求信号req而发送授权信号gr。接收器控制电路RCC优选地被布置在接收器R的前端。控制电路单元CCU保持跟踪已经从接收器控制电路发送的任何未处理的(outstanding)授权信号gr。更进一步地，控制电路单元CCU保持跟踪缓冲器B中的空间。在此，发送器可以在其经由控制互连CI从接收器R接收到授权信号gr之后，在可用的TDMA时隙上发送保证吞吐量分组。当接收授权时发送器所能发送的最大数据量或最大分组量可以是是预先定义的，可以使用寄存器配置，或者可以是用户指定的参数。相似地，由发送器所请求的缓冲器空间量或分组的数量可以是预先定义的，可以使用接收器中的寄存器配置，或者可以使用附加信号而作为请求的一部分被提供为参数。

或者，如果接收器已经从发送器接收到相应请求信号，并且如果在缓冲器B中有足够的空间可用，则接收器发送授权信号以及所指定的发送器能开始发送数据到时隙。在此情况下，控制电路必须确保：不仅在缓冲器中有足够的空间可用，而且当来自发送器的数据将要到达接收器时在缓冲器中也有足够的空间可用。相应地，控制电路需要将时间信息引入其操作。

然而，为了传送授权信号以及各个时隙的时隙值，需要附加的导线。更进一步地，接收器必须保存关于时隙的信息。可以留有余量地设计用于传递数据的实际基于网络的互连，以允许发送器在几个可能的时隙中进行发送。

根据本发明另一实施例，可以对控制信息和数据传递进行流水线处理。如果发送器正通过基于网络的互连来传递数据，则控制电路可以开始处理下一集合的请求信号。对于保证吞吐量和尽力而为分组也可以推测性地发送请求信号，以便隐藏延迟。

更进一步地，如果计算(比如图像处理应用)在通信块BL1-BL4中的一个之内开始，则可以预期该通信块可能需要在所指定的时间间隔之后传递数据。在此，发送器可以推测/预期：数据传递将发生在所指定的时间间隔之内，并且可以在其从通信块接收到数据之前发送请求信号req。此外，可以将基于历史的预测机制合并到关于数据传递的推测中。

图6示出根据第五实施例的片上网络的框图。在此，IP块IP经由网络接口NI耦合到网络N。网络N包括多个交换器SW。网络接口NI可以充当数据传递的发送器和接收器。在此，提供两个接收器R1、R2。除了基于交换器SW的网络之外，控制互连CI也被实现为导线。优选地，这些互连导线CI1、CI2适用于片上网络的结构。

由于已知的基于信用的流控制机制，因此上述端到端流控制使得能够较低的缓冲需求。更进一步地，减少了导线连接开销。这是因为仅网络接口NI需要授权信号和请求信号，而充当耦合到网络接口NI的发送器或接收器的各个IP块不需要授权信号和请求信号。可增减的用于数据传递的基于网络的互连与具有基于总线的互连的高效流控制相组合。以十分低的硬件开销来分散化地实现流控制机制。可以通过流水线处理和向前看(look-ahead)机制来减少数据传递的延迟。

在减少缓冲量的同时，增加了访问数据网络所需的延迟。所需的缓冲量可以与在发送器访问数据网络之前出现的延迟阀值进行折衷。

图7示出根据第六实施例的接收器的表示。在此，接收器包括用于来自几个发送器S1-S4的所有数据业务的单个缓冲器。

由于数据网络可能需要任意时间量来发送数据，尤其是对于尽力而为BE分组，因此接收器应该包括缓冲器，以用于对网络的操作频率与接收器的操作频率之间的失配进行计数，并且用于对于网络中的拥塞进行计数。通过实现这种流水线处理，可以隐藏由握手机制所导致的时延。如果将要发送所确保的吞吐量GT分组，则可以在发送器能够转发数据的时隙之前发送请求信号req。

可以在基于网络的通信系统中实现本发明的原理。通信可以在电子设备中的几个电路板、几个芯片(即芯片对芯片互连)之间，或单个芯片上的几个组件(片上网络)之间。

应该注意到，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域的技术人员能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计出许多替代的实施例。在权利要求中，任何置于括号之间的标号不应被解释为对该权利要求进行限制。文字“包括”并不排除除了在权利要求中所列出的元件或步骤之外的其它元件或步骤的出现。在元件之前的文字“一个”并不排除多个这样的元件的存在。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以由一个以及相同的硬件项目来实施。在相互不同的从属权利要求中陈述特定措施的仅仅事实并非表示这些措施的组合不能被有利地使用。

进一步地，权利要求中的标号不应理解为限制权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种电子设备，包括：

至少一个发送器(S0-S3)，其用于发送数据，

至少一个接收器(R)，其用于接收数据，

基于网络的互连(N)，其用于耦合所述至少一个发送器与所述至少一个接收器，从而来自所述至少一个发送器的数据业务互连而被转发到所述至少一个接收器，和

至少一个分开的共享专用控制互连(CI)，其耦合在所述至少一个发送器(S0-S3)与所述至少一个接收器(R)之间，用于在所述至少一个发送器(S0-S3)与所述至少一个接收器(R)之间传送流控制数据。

2.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述流控制基于具有由授权信号所应答的请求信号的握手机制，

其中，所述控制互连(CI)包括：用于所述请求信号(req)的至少一个请求线路(RL)、用于所述授权信号(gr)的至少一个授权线路(GL)。

3.如权利要求2所述的电子设备，其中，所述基于网络的互连(N)包括：多个交换器(SW)，其由多个网络线路(NL)所耦合。

4.如权利要求3所述的电子设备，其中，除了所述网络线路(NL)之外，还提供所述请求线路(RL)和所述授权线路(GL)。

5.如权利要求1所述的电子设备，其中，控制电路(CC)被耦合到所述控制互连(CI)从而耦合到所述至少一个发送器和/或所述至少一个接收器。

6.如权利要求4所述的电子设备，其中，所述控制互连(CI)适配于所述基于网络的互连(N)的结构，使得所述控制互连(CI)通过网络(N)从所述至少一个发送器(S0-S3)延伸到所述至少一个接收器(R)。

7.如权利要求2所述的电子设备，其中，与请求关联的缓冲器空间量或分组数量是预先定义的、可配置的、或者作为所述请求信号的参数指定。

8.如权利要求2或7所述的电子设备，其中，与授权信号关联的所述缓冲器空间量或分组数量是预先定义的、可配置的、或者作为所述授权信号的参数指定。

9.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述至少一个接收器(R)包括：缓冲器(B)，其被用作共享缓冲器，用于与数个发送器(S0-S3)进行通信。

10.如权利要求2所述的电子设备，其中，以流水线的方式来处理所述请求信号。

11.一种电子设备中的端到端流控制的方法，所述电子设备包括：至少一个发送器和至少一个接收器，其中，所述发送器和所述接收器由基于网络的互连所耦合，发送器接收器所述方法包括以下步骤：

从所述至少一个发送器(S0-S3)发送数据，

由所述至少一个接收器(R)接收数据，其中，所述基于网络的互连允许从所述至少一个发送器到所述至少一个接收器的数据业务，

其中，经由分开的共享专用控制互连转发所述至少一个发送器(S0-S3)与所述至少一个接收器(R)之间的流控制数据，所述分开的共享专用控制互连耦合在所述至少一个发送器(S0-S3)与所述至少一个接收器(R)之间。

12.一种数据处理系统，包括：

至少一个发送器(S0-S3)，其用于发送数据，

至少一个接收器(R)，其用于接收数据，

基于网络的互连(N)，其用于耦合所述至少一个发送器与所述至少一个接收器，从而来自所述至少一个发送器的数据业务被转发到所述至少一个接收器，

至少一个分开的共享专用控制互连(CI)，其耦合在所述至少一个发送器(S0-S3)与所述至少一个接收器(R)之间，以用于在所述至少一个发送器(S0-S3)与所述至少一个接收器(R)之间传送流控制数据。

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