CN101501651A

CN101501651A - 电子设备和控制通信的方法

Info

Publication number: CN101501651A
Application number: CNA2007800294431A
Authority: CN
Inventors: M·T·本尼布罗克; K·G·W·古森斯; H·G·H·弗穆伦
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-08-05
Also published as: JP2010500807A; WO2008018017A3; EP2054807A2; WO2008018017A2; US20100169896A1

Abstract

提供了一种电子设备，包括多个处理单元(IP；IP1－IP4)，用于耦连处理单元(IP；IP1－IP4)以使得能够在处理单元(IP；IP1－IP4)之间进行通信的互联器(IPCU；N)，以及用于检测电子设备中的通信中的事件的至少一个事件监视器(EM)。该电子设备还包括第一控制器单元，用于根据至少一个事件监视器(EM)检测到的一个或多个事件来控制互联器(IPCU；N)。

Description

电子设备和控制通信的方法

技术领域

本发明涉及电子设备和在电子设备中控制通信的方法。

背景技术

近年来，电子电路或集成电路(IC)在它们的功能性、它们的可编程部件的数目以及它们的通信方面已经变得越来越复杂。因而，软件和硬件(共同)设计的复杂度相应增加了，并且需要有效的验证、调试(debug)和优化。

在包括ASIC、ASSP、FPGA、PLD、CPLD和结构化ASIC器件的现有技术IC的设计和制造中，能够进行对于用户交互或(一系列)事件的数字可编程部件的控制，并在(软件和硬件)设计验证和硅调试中得到极大的利用。在www.arm.com/products/solutions/CoreSight.html中，示出了能够处理单个或多个可编程部件的控制系统。通过强制从软件到硬件定义和实现方式的对可编程部件的控制的一致水平，实现了高的系统透明度，这使得硅(性能)分析与软件和硬件调试以及优化相关联。即使一般在一旦识别出并解决了设计瓶颈/缺陷(bug)时就移除控制系统，也经常以硬接线部件的设计来实现类似的控制系统，例如，类似于I/O接口的专用(部分或不可编程/配置)加速器。实际硅原型/产品中用于硬接线部件的控制系统的实现方式更加困难，这是因为必须在IC制造之前确定在哪里放置什么断点。此外，这些系统常常呈现出依赖于运行时间数据的行为，这使得准确地事先确定何时发生关键片上(on-chip)事件变得极其困难(如果不是不可能的话)。

发明内容

本发明的目的是提供具有对电子设备内的通信的改善控制的电子设备。

本发明提供了根据权利要求1的电子设备，以及根据权利要求16的控制电子设备中的通信的方法。从属权利要求限定了有利的实施例。

此外，提供了一种电子设备，包括多个处理单元，用于耦连处理单元以使得能够在处理单元之间进行通信的互联器，以及用于检测电子设备的处理单元之间的通信中的事件的至少一个事件监视器。该电子设备还包括第一控制器单元，用于根据至少一个事件监视器检测到的一个或多个事件来控制互联器。

根据本发明的一个方面，控制器单元包括用于控制互联器的监视器控制器和/或用于控制处理单元之间的通信的互联器控制器。

根据本发明的另一方面，监视器控制器适用于更新事件监视器中、处理单元中和/或互联器控制器中的设置。

根据本发明的另一方面，事件监视器被关联到以下中的至少一个：处理单元、互联器和/或I/O接口或监视器接口。

根据本发明的另一方面，事件监视器、监视器控制器和/或互联器控制器对事务进行操作。

根据本发明的另一方面，事件包括预定和/或可编程事件的预定或可编程序列。

根据本发明的一个方面，控制单元适用于控制互联器以执行预定或可编程操作和/或动作的预定或可编程序列。

根据本发明的一个方面，可编程操作可构成面向控制和/或面向数据的操作。面向控制的操作包括停止、单步、多步、继续和重设操作。面向数据的操作包括互联器状态和/或处理单元的状态的下载和上载。

根据本发明的一个方面，面向控制的操作的粒度(granularity)可以在时钟周期级上、在握手级上、在请求或响应上、在事务上或在事务组上。

本发明还涉及控制电子设备和/或片上系统中的通信的方法，其中该电子设备和/或片上系统具有多个处理单元以及用于耦连处理单元以使得能够在处理单元之间进行通信的互联器。检测处理单元之间的通信中的事件。根据至少一个事件监视器检测到的事件来控制互联器。

本发明还涉及片上系统，其包括多个处理单元，用于耦连处理单元以使得能够在处理单元之间进行通信的互联器，以及用于检测片上系统的处理单元之间的通信中的事件的至少一个事件监视器。该片上系统还包括第一控制器单元，用于根据至少一个事件监视器检测到的一个或多个事件来控制互联器。

本发明涉及采用硬件和软件联合设计的集中的优势的思想。在硬件设计的最高抽象级处，电子设备的部件经由称为事务的高级数据代表(即事务级)来相互通信。在软件设计抽象的最低级处，即，已经将软件映射到系统的可编程部件的级别处，事务级模型同样用于分析、验证和调整(tune)应用软件。这使得事务级为软件和硬件设计者两者的共同特性，以便软件和硬件工程师可共享系统的实际行为的相同视图，增强了对任何留下的硬件和软件错误或无效率的定位。这随即带来了上市时间的显著降低，并且，当正确地反馈给设计团体、工具和流程时，这带来了产品创作过程的改善。

事务的示例包括读(加载)、链接加载(load linked)、写(存储)、条件写、触发或确认写、清洗(flush)、测试和设置、信号量操作等。可在片上和板级通信协议(如VPB、APB、AHB、AXI、VCI、OCP、DTL、STBus、MIPI、PCIExpress、PCI等)中找到事务的示例。这些事务包括请求和可选的响应阶段(phase)。这里的事务的定义包括消息传递协议。这些协议仅公共地使用请求阶段。示例事务是发送(放置、写)和接收(获得、读)。这里的事务的定义还包括中断、(电源管理、调试、测试)命令、以及所谓边带信号等。

现在参照附图更详细地描述本发明的优点和实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的片上系统的实施例的体系结构的框图；

图2a和2b示出了在网络和总线中的通信所需的那些部件的框图；

图3示出了根据本发明实施例的基于事务和基于周期(cycle)的流量的基本图示；

图4a到4d示出了根据本发明实施例的经由通信控制的系统状态的发展(advance)的图示；以及

图5示出了根据本发明的具有片上网络的电子设备的实施例的框图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的片上系统的实施例的体系结构的框图。片上系统包括多个知识产权IP块IP，它们通过可充当互联器的IP通信单元IPCU来相互通信。可将通信单元IPCU实现为单个同构互联器(例如，路由器或总线和桥)或可包括多个异构互联器(例如，物理地：交换机、总线、路由器、桥、高速、低速，或逻辑地：数据、控制中断、调试和电源管理互联器)。IP通信控制器IPCC控制IP块IP之间经由IP通信单元IPCU的流量。可将IP通信控制器IPCC实现为集中式控制器或分布式控制器。根据本发明的片上系统可在单个模片或芯片上实现，或可在多个模片或芯片上扩展，并包括FGPA和仿真器。此外，通信单元(互联器)可包括模片间、芯片间、板间和板到(个人)计算机的互联器，以用于建原型或其他目的。在建原型的情况下，可模拟或仿真IP块中的一些，或可在FPGA、仿真器或(个人)计算机上实现IP块中的一些。

IP块IP可被实现为处理单元，并且可构成处理器、协处理器、DMA控制器、存储器、存储器控制器等。

片上系统还包括多个事件监视器EM和至少一个监视器控制器MC。事件监视器EM用来检测片上系统的IP块之间的通信(例如，数据流量、控制流量等)中的事件。监视器控制器MC适合于根据由事件监视器EM对事件的检测来控制IP通信单元IPCU。可在各种抽象级定义事件，例如，事务(读/写中断)或同步事件、系统配置事件等中的比特(低)级、每时钟周期的字级或更高级的时钟周期组。事件监视器EM用于检测是否发生了预定和/或可编程事件，和/或它们是否按预定和/或可编程的顺序来发生，它们是从IP块IP一直传递到IP通信单元IPCU还是在IP通信单元IPCU(互联器)内传递。另外，事件监视器EM可检测关于通信单元IPCU(作为互联器)的事件，如片上网络缓冲器填充或下溢或溢出、分组的丢弃、具有特定值的本地或端对端流控制、具有特定值的分组或请求或响应消息头或有效负载等等。除了特定值之外，事件监视器可监视值的范围、特定值(或它们的范围)的出现频率，或者可将多个观测或事件组合到单个复合或组合事件中以及所有先前的可能性的组合。优选地，事件监视器EM被置于作为互联器的IP通信单元IPCU及其接口内的战略位置处。因此，事件监视器EM可连接到总线系统中的总线线路或连接到路由器或网络接口、连接到网络内的链路。接口可包括具有IP块的接口、I/O块DIO、IP通信控制器IPCC、内部或外部存储器和/或它们的控制器/接口、以及/或外部接口。

此外，提供监视器通信单元MCU或监视器互联器，其构成用于监视器通信单元MCU和事件监视器EM的专用通信或监视器互联器。可替换地，可将IP通信单元IPCU用于此目的。

IP通信单元IPCU可被用来使得监视器控制器MC可与IP通信单元IPCU进行通信，例如以便启动调试模式、将IP通信流量和/或IP通信单元和/或IP块的状态中断到片上或离片(off-chip)存储器上。监视器控制器MC可借助于IP通信单元IPCU将有关要被检测的事件和相应响应的细节上载到事件监视器EM和IP块IP以及上载到IP通信单元IPCU。例如，这可通过将事件监视器EM定义为存储器映射的部件，或通过利用监视/调试管理协议(例如电源管理协议)来寻址它们来实现。此外或可替换地，可使用专用监视器通信单元MCU。

可经由事件监视器EM、经由IP通信单元或经由专用测试总线(如JTAG或TAN)来对监视器控制器MC进行编程。可通过将事件控制器MC定义为存储器映射的部件，或通过利用监视/调试管理协议(例如电源管理协议)来寻址它们，来对监视器控制器进行寻址或编程。

耦连到IP块IP的事件监视器EMIP还可连接到监视器通信单元MCU，使得可经由监视器控制器MC来控制它们。这些用于IP块的事件监视器EMIP可布置在IP块的外部或可在IP块的内部实现。另外，这些单元可利用任何现有的监视器解决方案。因而，可将IP通信单元的观测和控制扩展到IP块IP，以增强有关电子系统的设计、验证和调试的机会。

图2a和2b示出了作为网络和作为多条总线的通信单元的部件的框图的图示。在图2a中，通信单元IPCU被实现为基于网络的互联器，其中该网络包括多个网络接口NI(IP块可耦连到这些接口)、多个路由器R和多个信道。在图2b中，通信单元被实现为基于总线的互联器。而该总线随后将包括几个总线适配器BA、几条总线B、桥BR以及另一总线适配器BA(IP块可偶连到该适配器)。

图3示出了根据本发明实施例的基于事务和基于周期的流量的基本图示。基于事务的视图用TB标记，而基于周期的视图用CB标记。如果将IP通信单元实现为基于网络的互联器，则数据流量一般将被分为分组。如果IP通信单元被实现为基于总线的互联器，则数据流量将被分为每时钟周期的比特或字。然而，在这两种情况下，数据流量都需要被重构为时间连贯(time-coherent)的事务。由其中所有相关观测点处的事务处于良好定义的状态(如发送了请求但未接收响应；发送请求而响应待定)的系统状态来定义事务连贯视图。应注意，可能不存在这样的时间点，并且根据图3，时间/事务连贯视图将不同时刻处的多个局部视图组合为全局连贯视图。分组(对于网络)或比特/字(对于总线)到时间连贯视图的重构可能是复杂的，这是因为有可能几个事务同时进行，并且可被分割或管道化。此外，事务可能彼此相关，因而，如果需要将比特/字或分组重构为事务，则可能更想要进行本地和片上重构而不是离片重构。

图4a到4d示出了根据本发明实施例的经由通信控制的系统状态的发展的图示。具体地，描述了图3的图示的不同场景。在图4a中，示出了数据流量的事务级停止。图4b描绘了在接口IN中的单步骤的停止。图4c示出了接口I2处的三步骤停止。图4d描绘了接口I1处的两步骤停止。步骤的另一优选方式将会是在所有接口中的N步骤。因此，如果发生一个事件或一系列事件，可停止经由IP通信单元的通信。

如果根据另一实施例，要实现系统调试，则当事件监视器EM检测到预定事件时(例如，其可对应于事务断点)，中断经由IP通信单元IPCU的数据通信。因此，IP块IP、IP通信单元IPCU和/或事件监视器EM的事务状态可被转存或存储到背景存储器中以用于进一步的分析。具体地，例如，可借助于监视器控制器，选择要片上或离片转存或存储到背景存储器中的事务状态。因而，可生成有关实际活动处理或事务的连贯视图并将其存储在存储器中。此外，可经由监视器通信单元MCU和/或IP通信单元IPCU来执行事务转存，其中监视器通信单元MCU可包括低到中等的带宽，而IP通信单元IPCU可包括高的带宽。

优选地，事件监视器EM、IP块IP和/或IP通信单元节点是可配置的，以使得可在事件监视器中加载或更新新的事务断点，并且可将事务上载到IP块。另外，如果已经由事件监视器EM检测到预定事件，则可如图4a-4d所示，逐步或可选择地将IP通信数据流量置于控制之下。

根据另一实施例，为了系统性能监视和/或局部或全局优化，上述事件监视器EM可监视所发生的事务序列，并确定所检测到的事务序列是否如所期望的那样发生，或者是否检测到预定事务序列。如果它们不是如所期望的那样发生，则可在系统调试期间校正事务序列，或可在系统的性能分析期间优化事务序列。借助于事件监视器EM，可对特定事务的发生进行计数。另外，事件监视器EM可监视通信单元的实际吞吐量。因此，借助于事件监视器EM，可确定硅中的实际电子器件或电路是否满足设计需求。如果不是这种情况，则可通过例如调整(adapt)通信的优先顺序来优化系统性能。这可通过在片上网络中为有保证的吞吐量通信来交换尽力传递(best effort)通信来实现。可替换地，可从片上网络内调节准入到片上网络的尽力传递流量。IP通信单元IPCU用于以各种优先级写出事务。各种优先级可包括要求整个网络或总线的最高优先级到例如用于转存到存储器中而不中断系统操作的非侵入性事务的低优先级。

优选地，事件监视器EM可基于特定抽象级(例如事务级)来识别事件。另外，可将检测到的事件与用于例如总线、路由器、网络接口等的通信部件的预定或可编程事件进行比较。另外，应该将检测到的事件与用于计算部件的预定或可编程事件进行比较。此外，可本地存储要检测的预定或可编程事件。在检测时，可将时间戳关联到所检测的事件。另外，可检测事件的发生次数及其相关联的时间戳。

为实现上述目的，监视器控制器MC最好可耦连到IP通信控制器IPCC，以控制IP通信控制器IPCC的操作，以由此控制IP通信单元IPCU的操作，以便停止数据流量(如图4a-4d所示)并再次重启数据流量。数据流量的逐步重启可涉及系统的一部分或全部。例如，这可在IP块IP、IP通信单元IPCU和/或事件监视器EM处刷新和/或修正事务之后执行。另外，监视器控制器MC按照各种优先级和/或非侵入性的级别来控制从IP块、IP通信单元IPCU和事件监视器EM读出事务。

如上所述，可经由专用监视器通信单元MCU或经由IP通信单元IPCU来执行事件监视器EM和监视器控制器MC之间的通信。可将专用监视器通信单元MCU实现为网络或总线，如DTL、AHB或JTAE。

图5示出了根据第二实施例的片上系统的框图。这里，将互联器实现为用于耦连IP块IP，IP1-4的片上网络N，其中网络接口NI关联到至少一个IP块IP。片上网络N可另外包括多个可被网络控制器NC控制的路由器R。优选地，事件监视器EM耦连到网络接口NI以观察到往返于IP块IP的数据流量，以便检测事件或事务。事件监视器EM的位置临近网络接口NI是有利的，因为网络接口NI负责请求所建立的网络路径的确认。另外，IP数据被分组化，并且在网络接口NI中分解网络包。与其中事件监视器EM直接耦连到IP块的图1的实现方式相反，根据第二实施例的事件监视器EM的数目可保持较少。此外，事件监视器EM可耦连到片上网络中的路由器R，以便监视片上网络上的通信流量来检测事件。此外，还可将事件监视器EM连接到监视器控制器MC。监视器控制器MC适于控制对应于IP通信控制器IPCC的网络控制器NC，以在需要时停止片上网络上的数据流量。在此实施例中，监视器通信单元和IP通信单元被实现为片上网络。根据图5，互联器N包括事件监视器EM和监视器控制器MC。然而，根据本发明的互联器N相对于已知互联器N的实际贡献更应由以下配置来代表：其中，事件监视器EM和监视器控制器MC位于图5的虚线框之外。

在所示的例子中，所有事务可装入单个分组中。可通过单个路径或单个连接来传送所有分组。可替换地，或者另外地，事务可被分割或可扩展到多个分组上。另外，分组还可沿着不同的路径前进。根据所示的例子，当已经由处理器IP3刷新了数据时，处理器IP1必须从存储器IP2读取数据。处理器IP3进行的刷新可由耦连到网络接口NI2的事件监视器EM2监视。事件监视器EM2可被配置为确定处理器IP3何时刷新存储器IP2中的数据。因而，如果事件监视器EM2检测到处理器IP3已经刷新了存储器IP2中的数据，则此信息被转发到监视器控制器MC，其可在处理器IP3的单个写入动作之后跟随处理器IP1的两个读取动作的情况下停止所有网络通信。如果停止了网络通信，则监视处理器IP3是否已经提交了新的数据或监视数据是否被存储在网络内所需的所选网络接口和路由器的状态可被转存用于进一步分析。

可通过建立到充当I/O单元的IP块IP4的网络路径，来分析对网络接口和路由器的所确定状态的分析。到I/O单元IP4的网络路径用来转发所确定的状态以用于离片分析。应注意，状态的事务级而不是比特级转发上的状态转存，减少了要转发到离片分析的数据量。

如果在处理器IP3内发生数据生成问题，则可将适当的值上载到存储器IP2中，并且系统的操作可连续地继续或以逐步的模式继续。如果停止系统，则用户可分析所选网络接口NI和路由器(处的分组)的状态，以监视处理器IP3是否已经提交了新的数据，或者数据(分组)是否在网络中的某些地方被拖延(stall)。在软件以及硬件设计中，可能根据设计数据库来分析状态，然而，对于实际硅的分析，用户需要建立到例如(IO块)IP4的网络路径，以离片转存状态用于分析。事务级而不是目前的比特级上的硅状态转存，减少了要移出的数据量，并使得与软件和硬件设计数据库的比较更容易。

尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，这样的图示和描述应理解为说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

在实践所要求的本发明时，根据对附图、公开内容和所附权利要求的学习，本领域技术人员能够理解和采用所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个...或其他单元可满足权利要求中所述的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的简单事实不表示不能为了更加有利而使用这些措施的组合。

可在适当的介质上存储/分发计算机程序，如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但还可用其他形式来分发，如经由因特网或其他有线或无线电信系统来分发。

权利要求中的任何参考符号不应被理解为限制范围。

Claims

1、一种电子设备，包括：

-多个处理单元(IP；IP1-IP4)，

-互联器(IPCU；N)，用于耦连所述处理单元(IP；IP1-IP4)，以使得能够在所述处理单元(IP；IP1-IP4)之间进行通信，

-至少一个事件监视器(EM)，用于检测所述处理单元(IP；IP1-IP4)之间的通信中的事件，以及

-第一控制器单元，用于根据至少一个事件监视器(EM)检测到的一个或多个事件来控制所述互联器(IPCU；N)。

2、根据权利要求1的电子设备，其中所述控制器单元包括监视器控制器(MC)和/或互联器控制器(IPCC；NC)，用于控制所述处理单元之间经由互联器(IPCU；N)的通信。

3、根据权利要求2的电子设备，其中所述监视器控制器(MC)适用于直接更新所述事件监视器(EM)中、处理单元(IP)中和/或互联器控制器(IPCC；NC)或互联器(IPCU；N)中的设置。

4、根据权利要求1的电子设备，其中事件监视器(EM)被关联到以下中的至少一个：所述处理单元(IP)、所述互联器(IPCU)以及I/O接口(IO)或监视器接口(MIO)。

5、根据权利要求3或4的电子设备，其中所述事件监视器(EM)、监视器控制器(MC)、互联器控制器(IPCC；NC)以及/或互联器(IPCU)在事务进行操作。

6、根据权利要求1的电子设备，其中所述事件包括预定和/或可编程事件的预定或可编程序列。

7、根据权利要求1的电子设备，其中所述控制单元适用于控制所述互联器(IPCU；N)以执行预定或可编程操作和/或动作的预定或可编程序列。

8、根据权利要求7的电子设备，其中预定或可编程操作可以是面向控制和/或面向数据的操作，其中所述面向控制的操作包括停止、单步、多步、继续和重设操作，并且其中所述面向数据的操作包括输出和输入互联器状态和/或处理单元的状态。

9、根据权利要求6到8的电子设备，其中面向控制的操作的粒度可以在时钟周期级上、在握手上、在请求/响应上、在事务上、或在事务组上。

10、根据权利要求6的电子设备，其中所述监视器控制器(MC)适用于输出或输入所述处理单元(IP；IP1-IP4)、互联器(IPCU；N)、事件监视器(EM)和/或第一控制器单元的状态。

11、根据权利要求的电子设备，其中所述互联器(IPCU；N)构成基于网络的互联器或基于总线的互联器。

12、根据前述权利要求之一的电子设备，还包括监视器通信单元(MCU)，用于耦连所述事件监视器(EM)和控制器单元。

13、根据前述权利要求之一的电子设备，其中所述第一控制器单元包括互联器控制器(IPCC；NC)和/或监视器控制器(MC)。

14、根据前述权利要求任何一个的电子设备，其中所述多个处理单元中的至少一个包括片上存储器或离片存储器或存储器控制器。

15、一种片上系统，包括：

-多个处理单元(IP；IP1-IP4)，

16、一种控制电子设备和/或片上系统中的通信的方法，所述电子设备和/或片上系统具有多个处理单元(IP；IP1-IP4)以及用于耦连所述处理单元(IP；IP1-IP4)以使得能够在所述处理单元(IP；IP1-IP4)之间进行通信的互联器(IPCU；N)，该方法包括步骤：

-检测所述处理单元(IP；IP1-IP4)之间的通信中的事件，以及

-根据至少一个事件监视器检测到的事件之一来控制所述互联器。