CN102063396A - 芯片上的“主-主”数据传送的方法和装置及片上系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了芯片上的“主-主”数据传送的方法和装置及片上系统。该系统创建用于从总线的一个主端口向同一总线的另一主端口传送数据的直接路径。该总线包括用于在芯片上的两个或几个块之间传送数据、地址或控制信息的多个信号。根据来自主端口的数据的目的地来控制总线连接器块的行为。该系统包括主-连接器-从布置，其能够实现两个或几个主块之间的直接数据通信，而无需将任何从块作为数据缓冲器。总线连接器块被配置用于管理总线仲裁和地址解码，并且特别地被配置用于创建在多个主块之间的直接数据路径。

Description

芯片上的“主-主”数据传送的方法和装置及片上系统

技术领域

本发明一般地涉及半导体技术，并且更为特别地，涉及用于片上系统设计的多主总线(multi-master bus)架构。

背景技术

通信技术和多媒体技术的持续增长已经激发了将越来越多的通信部件、多媒体部件、数字信号处理器(DSP)和通用处理器集成到片上系统(SOC)中的需求。这些部件中的大多数部件涉及数据传送或处理，并且可用于从数据池中读取数据或将数据写入数据池中。可以发起数据传送的这种部件被称为主块(master block)。另外，诸如存储器或寄存器组之类的数据池被称为从块(slave block)。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供了一种促进两个或多个主块之间的通过片上总线的数据传送的方法。该方法包括创建用于从总线的一个主端口到同一总线的另一主端口的数据传送的直接路径。应该理解，主端口表示能够独立在总线上发起传输的端口。该总线包括用于在芯片上的两个或几个块之间传送数据、地址或控制信息的多个信号。该方法还包括根据来自主端口的数据的目的地来控制总线连接器块的行为。总线连接器块的行为包括选择将数据转发到作为从端口的目的地、或将数据保存在连接器块中直到作为主端口的目的地请求它为止。应该理解，从端口表示不能独立在总线上发起传输，仅能接收传输的端口。

根据本发明的一些实施例，每个主块被分配一个唯一地址区域，其用于标识唯一主块作为一次“主-主”数据传送的源或目的地。该唯一地址区域可以是到片上总线的虚拟地址或现有地址。

根据本发明的另外的和备选的实施例，一个主块将数据写到特定的从地址，而另一个主块从同一从地址读取数据。总线连接器可用于确定不将数据实际发送给从地址而是在两个主块之间直接发送。

根据本发明的另外的和备选的实施例，提供了一种用于实现“主-主”数据传送的方法的装置。这种装置包括“主-连接器-从”布置，其能够实现两个或几个主块之间的直接数据通信，而无需分配任何从块作为数据缓冲器。主块通过一个主端口发起数据传送。从块通过一个从端口对该数据传送进行响应。该总线连接器块管理总线仲裁和地址解码；并且特别地创建在多个主块之间的直接数据路径。

根据本发明的实施例被配置成当需要在两个主块之间传送数据时，减少在主-从路径和从-主路径上的数据的伪(dummy)传送。

根据本发明的实施例还被配置成创建用于从芯片上的一个主块到另一个主块的数据传送的不需任何从块在其间的直接路径。

根据本发明的实施例提供了一种总线连接器块，其可以使用“存储和转发”处理来实现片上“主-主”路径。

另外的和备选的实施例提供了一种“主-连接器-从”布置，其能够实现片上总线的高效率并且能够提高数据吞吐量的使用。

这些实施例中的一个或多个适于在任何通用sac设计中使用，特别是适于具有许多通信部件和多媒体部件的高性能应用。本发明的实施例与现有工业标准相兼容。

在下面描述本发明的具体实施方式之前，给出贯穿本专利文档所使用的某些单词和短语的定义是有利的：术语“包括”和“包含”以及它们的派生词意指不作任何限制的包括；术语“或”是包括性的，意指和/或；短语“与......相关联”和“与之相关联”以及它们的派生词可以意指包括、被包括在、与......互连、包含、被包含在、连接到或与......相连接、耦合到或与......相耦合、可与......通信、可与......协作、交织、并列、靠近、绑定到或与......相绑定、具有、具有......属性，等等；以及术语“控制器”意指控制至少一个操作的任意设备、系统或其中的部分，这种设备可以用硬件、固件或软件来实现，或者硬件、固件或软件中的至少两个的某些组合来实现。应当注意，与任何特殊控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地地或远程地。针对特定单词和短语的定义提供在整个本专利文档中，本领域的普通技术人员应当理解，在许多(如果不是大多数的话)情况中，这种定义适用于这些定义的单词和短语的以前的以及未来的使用。

附图说明

为了更完整地理解本发明和它的优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中相同的参考标号表示相同部分：

图1图示AMBAAHB布置的示意图；

图2图示AXI布置的示意图；

图3图示在AMBA AHB或AXI布置中片上总线的时序图，其中数据经由一个从块从一个主块传送到另一个主块；

图4图示根据本发明的一些实施例的“主-主”直接路径的示意图；

图5图示根据本发明的一些实施例的片上总线的时序图，其中数据在两个主块之间进行传送；

图6图示根据本发明的一些实施例的总线连接器块的写行为的流程图；

图7图示根据本发明的一些实施例的总线连接器块的读行为的流程图；

图8图示根据本发明的一些实施例的总线连接器块的行为的流程图；

图9图示根据本发明的一些实施例的“主-连接器-从”系统的流程图；

图10图示根据本发明的一些实施例的“主-连接器-从”布置。

具体实施方式

下面所描述的图1到图10，以及在本专利文献中用于描述本发明的原理的各个实施例仅仅是作为示例说明，而不应该被理解成限制本发明的范围。本领域的普通技术人员应该理解本发明的原理可以在任何合适布置的数据通信网络中实现。

为了支持不同厂家生产的主块和从块之间的兼容性和可互操作性，工业标准已经被提出并被接受。在基于ARM的SOC(片上系统，system-on-chip)领域中，大多数认同的标准包括高级微控制器总线架构(AMBA)和高级可扩展接口(AXI)。

图1图示了AMBA AHB系统100。两个块被指定为“主”块110，其中每个均包括一组地址/控制出端口111、一组“写数据出”端口112和一组“读数据入”端口113。两个其他块被指定为“从”块120，其中每个均包括一组地址/控制入端口121、一组“写数据入”端口122和一组“读数据出”端口123。源自每个主块110的地址/控制信号通过MUX 130进行复用以提供给总线180，该总线180端接在从块120处。源自每个主块110的写数据通过第二MUX 140进行复用以提供给第二总线181，该第二总线181端接在从块120处。

源自每个从块120的读数据通过第三MUX 150进行复用以提供给第三总线182，该第三总线182端接在主块110处。中央仲裁器160和中央地址解码器170在任何给定时刻仅允许单个数据传送，例如不能一次完成源主块的写行为和目的地主块的读行为。

图2图示示例性的AXI系统。AXI 200包括两个主块210和两个从块220。AXI包括互连块230，其耦合到主块210和从块220。在主块210(或从块220)与互连块230之间是一组通道240，每个通道包含有效/准备完毕(valid/ready)信号以及地址、数据、响应信号中的一种。

图3图示在AMBA ARB 100或AXI 200布置中片上总线的时序图，其中数据从一个作为“源”的主块经由一个从块传送到作为“目的地”的另一主块。在第一时序阶段310中，源主块在它的地址/控制端口传输从块的地址和写控制信号。在第二时序阶段320中，源主块在它的“写数据出”端口中将数据传输给从块。在第三时序阶段330中，目的地主块在它的地址/控制端口中传输从块的地址和读控制信号。在第四时序阶段340中，目的地主块在它的“读数据入”端口中接收来自从块的数据。第三时序阶段330和第四时序阶段340应当迟于第一时序阶段310和第二时序阶段320。

在AMBA ARB系统100或AXI系统200中的任意一个中，数据仅可以在一个主块和一个从块之间传送。甚至在一个主块(称为源)的输出正写到所需的另一主块(称为目的地)的输入的情况中，数据仍然需要首先被写到从块(称为缓冲器)，然后被目的地主块读取。这种装置花费较多的时间来完成一次数据传送。特别是当这种“主-主”传送是持续且庞大的时候，总线的效率由于两个连续的“主-从”传送而被破坏。

已经提出了许多增强总线效率的方案。在公开号为US2003/0043790A1的美国专利申请公开(通过援引将其全部内容并入此处)中所讨论的一个方案中，在每个总线块之间添加多个复用器和多个隔离的数据路径。这允许任何总线主块与任何总线从块进行通信而不会造成总线上的任何阻断。但是，这种方法仍然需要在“主-主”传送中将从块作为缓冲器并且增加总线的复杂度。在专利号为US 7,340,548B2的美国专利(通过援引将其全部内容并入此处)中所讨论的另一方案中，提出了片上总线的独立总线拓扑部分，其中以分组(packet)的形式传送数据。这种方法将计算机网络技术引入SOC，需要所有数据先被封装在分组中再进行传送，这也增加了总线的复杂度。

图4图示根据本发明的实施例的“主-主”直接路径的简化示意图。在图4中所示出的“主-主”直接路径400的实施例仅是用作示例说明，并且在不偏离本发明的范围的情况下可以使用其他实施例。

“主-主”直接路径400将许多通信部件包括到片上系统(SOC)中，这些通信部件诸如是多媒体部件、数字信号处理器(DSP)和通用处理器，但不限于此。这些通信部件可以处理数据传送或处理，并且可用于从数据池中读取数据或将数据写到数据池。可以发起数据传送的这些部件被称为主块。另外，诸如存储器或寄存器组之类的数据池被称为从块。“主-主”直接路径包括第一主块410、第二主块420和总线连接器块430。连接每个主块410、420和总线连接器块430的是一组地址/控制信号411、一组写数据信号412以及一组读数据信号413，其中每组信号均至少包括若干从属信号。

数据发自第一主块410，在此该第一主块410也被称为“源主块”。该发自源410的数据的目的地是第二主块420，在此该第二主块420也被称为“目的地主块”。总线连接器块430对数据应用“存储和转发”处理，而无需经过任何从块。通过使用“存储和转发”处理，数据首先被临时存储在总线连接器块430上。之后，在将数据临时存储在总线连接器上之后的某个时刻处，数据被转发到目的地主块420。(在下文中参考图10更详细地讨论主-从块互连)。

在一个实施例中，每个主块410、420被分配唯一地址(uniqueaddress)区域。在源主块410的角度看，数据被写到目的地主块420的唯一地址；并且在目的地主块420的角度看，是从源主块410中读取数据。

在另一实施例中，每个主块410、420往/自同一个从地址取数据(例如，写/读数据)。数据并不是实际存储在该从地址中；而是将该从地址作为数据传送的虚拟目标，由总线连接器430创建“主-主”直接路径。在两个主块的角度看，数据被传送到/传送自一个正常的从地址。应该理解，从地址是从块的一个地址，如上所述，其可以是虚拟地址也可以是实际地址。

图5图示根据本发明的实施例的片上总线的时序图，其中数据在两个主块之间传送。图5中所示时序图500的实施例仅是为了示例说明，并且在不偏离本发明的范围的条件下可以使用其他实施例。

在第一时序阶段510中，源主块在它的地址/控制端口中传输目的地的地址和写控制信号。在第二时序阶段520中，目的地主块在它的地址/控制端口中传输源的地址和读控制信号。在某些实施例中，第一时序阶段510与第二时序阶段520可以全部或部分重叠。在第三时序阶段530中，源主块在它的写端口中传输数据。在第四时序阶段540中，目的地主块在它的读端口中接收数据。在某些实施例中，第四时序阶段540可以在与第三时序阶段530相同的时间期间出现(例如，类似于FIFO操作)，或比第三时序阶段530迟若干周期(延迟的时间取决于总线连接器块的管线(pipeline)的长度)出现。

图6图示根据本发明的实施例的总线连接器块的写行为的流程图。图6中所示流程图600的实施例仅是为了示例说明，并且在不偏离本发明的范围的条件下可以使用其他实施例。

处理600涉及根据来自主块的写请求来传送数据。在过程开始步骤610处，总线连接器接收写请求。之后，总线连接器在步骤620中决定(例如确定)数据的目的地。在步骤620中，总线连接器确定请求目的地是主块的唯一地址区域还是从块地址区域。如果请求目的地是从块地址区域，则写处理前进到步骤630中的正常的的“主-从”处理。在步骤630中，总线连接器将数据转发到从块。如果请求目的地是主块的唯一地址区域，则写处理继续前进到步骤640中的“主-主”处理，其中总线连接器将数据存储在它的缓冲器中。之后，在步骤650中，总线连接器决定(例如确定)目的地主块是否从写主块(即，写出数据的主块)的唯一地址读取数据。如果步骤650中答案是“否”，则总线连接器等待并返回到步骤640。如果答案是“是”，则写处理前进到步骤660。在步骤660中，总线连接器将数据转发到目的地主块。

图7图示根据本发明的实施例的总线连接器块的读行为的流程图。图7中所示流程图700的实施例仅是为了示例说明，并且在不偏离本发明的范围的条件下可以使用其他实施例。

处理700涉及根据来自主块的读请求来传送数据。该处理开始于步骤710，在步骤710中总线连接器接收读请求。之后，总线连接器决定(例如确定)720源是什么。在步骤720中，总线连接器确定请求源是主块的唯一地址区域还是从块地址区域。如果请求源是从块地址区域，则读处理前进到步骤730中的正常的“从-主”处理。在步骤730中，总线连接器从从块获取数据并且将数据发回给读主块(the reading master block)。如果请求源是主块的唯一地址区域，则读处理前进到“主-主”处理740，其中总线连接器仅仅等待，直到源主块写数据为止。之后，总线连接器在步骤750中决定(例如确定)源主块是否已经将数据写到读主块的唯一地址。如果答案是“否”，则总线连接器返回到步骤740，其中总线连接器继续进行确定并且等待。如果在步骤740中答案是“是”，则读处理前进到步骤760。在步骤760中，总线连接器从源主块接收数据并将数据发回给读主块。

图8图示根据本发明的实施例的总线连接器块的行为的流程图。图8中所示流程图800的实施例仅是为了示例说明，并且在不偏离本发明的范围的条件下可以使用其他实施例。

处理800涉及两个主块之间的数据传送。在处理800中，总线连接器是预先配置的，并且主块认为数据是传送到正常的从地址。处理开始于步骤810。在步骤810中，总线连接器通过软件或硬件被预先配置成创建“主-主”路径，并且从地址被指定为数据传送中的虚拟目标。在步骤820中，总线连接器接收向从地址写入数据(也即，写到指定为虚拟目标的从地址)的请求。在步骤830中，总线连接器还接收从该从地址读取数据的请求。之后，总线连接器前进到步骤840。在步骤840中，总线连接器存储来自写主块的数据并将该数据转发到读主块。

图9图示根据本发明的实施例的“主-连接器-从”系统的示例性流程图。图9中所示流程图900的实施例仅是为了示例说明，并且在不偏离本发明的条件下可以使用其他实施例。

在步骤910中，第一主块(例如源主块)被配置成向第二主块(例如目的地主块)写数据。在步骤920中，目的地主块被配置成从源主块读取数据。在两个处理中的配置都可以使用硬件或软件来完成。这两个处理的顺序可以是任意的。在步骤910和920之后，处理前进到步骤930，在步骤930中“主-主”数据传送开始。

图10图示根据本发明的实施例的“主-连接器-从”布置的例子。图10中所示的“主-连接器-主”布置的实施例仅是为了示例说明，并且在不偏离本发明的范围的条件下可以使用其他实施例。

第一主块1010、第二主块1030和从块1040利用一组地址/控制信号、写数据信号和读数据信号都耦合到总线连接器1020。总线连接器1020包括一组复用器1024a-d、路由切换器1025和缓冲器1026。这组复用器1024a-d以及路由切换器1025被用于将来自每个主块1010、1030的写数据连接到从块1040或连接到缓冲器1026。应当理解，总线连接器1020内的常规功能部分(诸如总线仲裁器、地址解码器和一些其他总线复用器)没有具体示出，但被连接用以控制所述复用器和切换器。布置1000与AMBA ARB标准和AXI标准相兼容。

例如，如果主块1010想向从块1040写数据，则地址信号1011将从块1040的地址传送到总线连接器1020。之后，总线连接器1020经由复用器1024a和地址信号1041转发地址信息，而复用器1024b和第一切换器1025创建路径以连接两个写数据信号1012和1042。

在某些实施例中，每个主块1010、1030被分配一个唯一地址区域。例如，如果主块1010想要向主块1030写数据，则地址信号1011将目的地主块1030的唯一地址传送到总线连接器1020。之后，复用器1024c和第一切换器1025创建路径以将写数据信号1012连接到缓冲器1026。之后，数据被临时存储在缓冲器1026中。如果主块1030想要从主块1010中读取数据，则地址信号1031将源主块1010的唯一地址传送到总线连接器1020，接着缓冲器中的数据经由复用器1024d被转发到主块1030。

在另外的和备选的实施例中，总线连接器1020被配置成确定不将数据实际发送到从地址，而是在两个主块1010、1030之间直接发送。例如，如果主块1010想要向主块1030写数据，则总线连接器1020被预先配置成创建用于两个主块1010、1030的直接路径。地址信号1011、1031二者将相同的从地址传送到总线连接器1020。直接路径包括复用器1024c-d、切换器1025和缓冲器1026。直接路径将写数据信号1012连接到读数据信号1033。

应当理解，本公开应该看成本发明的原理的举例，并且并不旨在将本发明的精神和范围和/或权利要求局限于所示出的实施例。虽然已经通过示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以想到各种改变和修改。本公开旨在包括落在所附权利要求书的范围内的所有这些改变和修改。

Claims (29)

1.一种促进两个部件之间的通过片上总线的数据传送的方法，其包括：

a)选择性地创建用于从总线的第一主端口到同一总线的第二主端口的数据传送的直接路径；以及

b)控制总线连接器块的行为，以根据从所述第一主端口接收到的数据的目的地来选择性地创建所述直接路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述总线包括用于在芯片上的至少两个部件之间传送数据、地址或控制信息的多个信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述总线的所述第一主端口包括耦合到发起经由总线的数据传送的第一部件的端口。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述直接路径包括在至少两个部件之间不使用数据池作为数据缓冲器的数据通信。

5.根据权利要求1所述的方法，其中数据的目的地是第二部件和数据池中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制总线连接器块的行为的步骤包括以下中的至少一个：将数据转发到第一目的地，其是数据池；以及在所述总线连接器块中保存数据，直到第二目的地请求它为止，所述第二目的地是第二部件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一部件通过所述第一主端口发起所述数据传送，以及数据池通过从端口对所述数据传送进行响应。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述总线连接器块被配置成管理总线仲裁和地址解码。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述总线连接器块还被配置成创建主块之间的直接数据路径。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述数据临时存储在所述总线连接器块上，并且在后续的一段时间之后，将所述数据转发到所述目的地。

11.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二通信部件包括对应于相应的唯一ID的唯一地址区域。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述唯一地址区域是虚拟地址和/或现有地址中的一个。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述总线连接器块是基于软件和硬件中的至少一个被预先配置的。

14.一种用于在片上系统中的数据传送中使用的装置，所述装置包括：

多个主块；以及

耦合到所述多个主块的总线连接器块，其中所述总线连接器块被配置成创建用于从所述总线连接器块的耦合到第一主块的第一主端口向所述总线连接器块的耦合到第二主块的第二主端口传送数据的直接路径。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述总线连接器块包括以下中的至少一个：芯片中的单个块；以及芯片中的多个功能块。

16.根据权利要求14所述的装置，其中所述多个主块中的第一主块通过所述第一主端口发起所述数据传送。

17.根据权利要求16所述的装置，还包括从端口，并且其中从块通过所述从端口对所述数据传送进行响应。

18.根据权利要求14所述的装置，其中所述总线连接器块被配置成管理总线仲裁和地址解码。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述总线连接器块还被配置成创建在主块之间的直接数据路径。

20.根据权利要求14所述的装置，其中所述总线连接器块被配置成操作存储和转发处理，其中所述存储和转发处理将所述数据临时存储在所述总线连接器块上，并且接着将所述数据转发到所述目的地。

21.根据权利要求14所述的装置，其中所述多个主块均包括对应于相应的唯一ID的唯一地址区域。

22.一种片上系统，所述系统包括：

多个主块；以及

总线连接器块，其耦合到所述多个主块，其中所述总线连接器块被配置成创建用于从所述总线连接器块的耦合到第一主块的第一主端口向所述总线连接器块的耦合到第二主块的第二主端口传送数据的直接路径。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述总线连接器块包括以下中的至少一个：所述片上系统上的单个块；以及所述片上系统上的多个功能块。

24.根据权利要求22所述的系统，其中所述多个主块中的第一主块通过所述第一主端口发起所述数据传送。

25.根据权利要求24所述的系统，还包括从端口，并且其中从块通过所述从端口对所述数据传送进行响应。

26.根据权利要求22所述的系统，其中所述总线连接器块被配置成管理总线仲裁和地址解码。

27.根据权利要求22所述的系统，其中所述总线连接器块还被配置成创建主块之间的直接数据路径。

28.根据权利要求22所述的系统，其中所述总线连接器块被配置成将所述数据临时存储在所述总线连接器块上，并且接着将所述数据转发到所述目的地。

29.根据权利要求22所述的系统，其中所述多个主块均包括对应于相应的唯一ID的唯一地址区域。

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