CN104657297A - 计算设备扩展系统及扩展方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种计算设备扩展系统及扩展方法，包括主计算单元、扩展计算单元和存储器，其中主计算单元包括第一主功能模块和第一互连接口控制器，扩展计算单元包括第二主功能模块和第二互连接口控制器，第一互连接口控制器和第二互连接口控制器分别提供用于互连的内存接口，使得主计算单元经由第一内存总线连接至扩展计算单元，第一互连接口控制器复用为存储器控制器。该计算设备扩展系统通过将第一互连接口控制器复用为存储器控制器，可以节省主计算单元的接口资源和简化PCB布线。

Description

计算设备扩展系统及扩展方法

技术领域

本发明属于可编程器件的应用技术，具体地，涉及计算设备扩展系统及扩展方法。

背景技术

随着嵌入式计算机技术的发展，计算设备的集成度越来越高，性能及功能越来越强大，其复杂度也不断提高。

计算设备不仅包括计算机中使用的通用处理器，还包括将处理器与外围电子系统集成在一个芯片中的片上系统(简称为SOC)。片上系统是客户定制的或面向特定用途的标准产品，虽然这样可以降低制造成本，但却存在着欠缺特定功能和扩展性差的问题。在SOC的硬件资源不能满足需求时，可以采用附加的可编程器件(例如现场可编程门阵列，即FPGA，或者复杂可编程逻辑器件，即CPLD)等添加计算单元资源，以弥补产品计算能力方面或功能性方面的不足。

图1示出现有的计算设备扩展系统的示意性框图。该计算设备扩展系统包括主计算单元100、扩展计算单元200和存储器300。主计算单元100可以是片上系统(SOC)或通用处理器，包括第一主功能模块110、存储器控制器120和第一互连接口控制器130。扩展计算单元200可以是现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)，包括第二主功能模块210和第二互连接口控制器220。

主计算单元100的存储器控制器120提供存储器接口(例如SDRAM接口)，使得主计算单元100可以经由内存总线访问存储器300。主计算单元100与扩展计算单元200之间采用专用的板级通信技术连接。相应地，第一互连接口控制器130和第二互连接口控制器220分别提供并行接口(例如，HPI)，或者分别提供串行接口(例如，SPI)。

然而，主计算单元100与扩展计算单元200之间的板级通信总线采用附加的专用接口，不仅导致主计算单元100需要提供附加的第一互连接口控制器130，而且导致印刷电路板(PCB)的附加布线资源需求。

此外，主计算单元100与扩展计算单元200之间的通信带宽依赖于第一互连接口控制器130。如果主计算单元100提供的额外接口是HPI类的并行接口，虽可以提供较大的带宽，但是很大程度上增加了PCB的布线负担。如果主计算单元100提供的额外接口是SPI类的串行接口，则会造成通信带宽能力不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以节省主计算单元接口资源和减少附加布线需求的计算设备扩展系统及扩展方法。

根据本发明的一方面，提供一种计算设备扩展系统，包括主计算单元、扩展计算单元和存储器，其中主计算单元包括第一主功能模块和第一互连接口控制器，扩展计算单元包括第二主功能模块和第二互连接口控制器，第一互连接口控制器和第二互连接口控制器分别提供用于互连的内存接口，使得主计算单元经由第一内存总线连接至扩展计算单元，第一互连接口控制器复用为存储器控制器。

优选地，主计算单元的第一互连接口控制器经由第一内存总线与存储器相连接。

优选地，采用广播方式从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器提供地址信号和控制信号，采用点对点方式从主计算单元分别向扩展计算单元和外部存储器提供片选信号，以及采用双向总线并行方式在主计算单元和扩展计算单元之间以及主计算单元和外部存储器之间传送数据。

优选地，在从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能扩展计算单元和外部存储器中的一个。

优选地，在从扩展计算单元和外部存储器向主计算单元传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能扩展计算单元和外部存储器中的一个。

优选地，第二互连接口控制器提供用于连接存储器的内存接口，使得主计算单元经由第二内存总线访问外部存储器。

优选地，主计算单元的第一互连接口控制器经由第一内存总线与扩展计算单元的第二互连接口控制器相连接，以及主计算单元的第一互连接口控制器经由第一内存总线和第二内存总线与存储器相连接。

优选地，采用广播方式从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器提供地址信号和控制信号，采用串行连接方式从主计算单元依次向扩展计算单元和外部存储器提供片选信号，以及采用双向总线串行方式在主计算单元、扩展计算单元和外部存储器之间传送数据。

优选地，在从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器中的一个传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能扩展计算单元和外部存储器中的一个。

优选地，在从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器中的一个传送数据时，扩展计算单元的第二互连接口控制器选择性地将数据从主计算单元传送至扩展计算单元的第二主功能模块和外部存储器中的一个。

优选地，在从外部存储器和扩展计算单元中的一个向主计算单元传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能外部存储器和扩展计算单元中的一个。

优选地，在从外部存储器和扩展计算单元中的一个向主计算单元传送数据时，扩展计算单元的第二互连接口控制器选择性地将数据从扩展计算单元的第二主功能模块和外部存储器中的一个传送至主计算单元。

优选地，所述扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器以获取数据。

优选地，第一互连接口控制器为标准的存储器控制器，以及第二互连接口控制器为提供内存总线路由功能的设备扩展装置。

优选地，所述设备扩展装置包括第一至第三端口，第一端口提供第一内存接口，用于与第一互连接口控制器相连接，第二端口提供第二内存接口，用于与外部存储器相连接，第三端口提供内部扩展接口，用于与第二主功能模块相连接。

优选地，所述设备扩展装置根据内存总线信号产生选择信号，使得第一至第三端口中的任一个端口与第一至第三端口中的其余两个端口中的一个端口相连，从而提供内存总线的路由功能，所述内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。

优选地，所述第一内存总线为SDRAM总线。

优选地，所述第二内存总线为SDRAM总线。

根据本发明的另一方面，提供一种计算设备扩展方法，用于配置包括主计算单元、扩展计算单元和存储器的计算设备扩展系统，主计算单元包括第一主功能模块和第一互连接口控制器，扩展计算单元包括第二主功能模块和第二互连接口控制器，所述方法包括：主计算单元经由内存总线向扩展计算单元传输内存总线信号；扩展计算单元的第二互连接口控制器接收所述内存总线信号，并根据所述内存总线信号产生选择信号；所述扩展计算单元的第二互连接口控制器根据所述选择信号提供主计算单元、扩展计算单元的主功能模块和外部存储器之间的访问路径，所述内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。

优选地，第一互连接口控制器为标准的存储器控制器，以及第二互连接口控制器为提供内存总线路由功能的设备扩展装置。

优选地，所述第二互连接口控制器根据所述内存总线信号产生选择信号包括：译码器根据地址和控制信号中的片选信号和/或地址信号产生选择信号。

优选地，所述计算设备扩展方法提供以下访问路径中的至少之一：主计算单元直接访问扩展计算单元的第二互连接口控制器，扩展计算单元的第二主功能模块直接访问扩展计算单元的第二互连接口控制器，主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器，扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器，以及主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问扩展计算单元的第二主功能模块。

优选地，所述扩展计算单元的第二互连接口控制器包括：第一端口，用于经由内存总线与外部的主计算单元相连；第二端口，用于经由内存总线与外部的外部存储器相连；第三端口，用于经由用户自定义总线与扩展计算单元的第二主功能模块相连；第一数据缓冲器，用于缓存经由第一端口传送的数据信号；第二数据缓冲器，用于缓存经由第二端口传送的数据信号；第三数据缓冲器，用于缓存经由第三端口传送的数据信号；译码器，用于根据经由第一端口传送的地址和控制信号，产生所述选择信号；数据复用模块，用于根据选择信号，将第一至第三数据缓冲器中的至少两个数据缓冲器相连；以及旁路开关阵列，所述旁路开关阵列根据选择信号，选择性地将地址和控制信号从第一端口传送至第二端口。

优选地，所述主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器包括：在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，外部存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，主计算单元读取第一数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；主计算单元发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，外部存储器根据接收到的地址和控制信号将第二数据缓冲器的数据写入到外部存储器相应地址。

优选地，所述主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问扩展计算单元的的第二主功能模块包括：在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对扩展计算单元的第二主功能模块的读操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；扩展计算单元的第二主功能模块根据接用户总线控制器发出的地址和控制信号，扩展计算单元的第二主功能模块的相应数据信号依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，主计算单元读取第一数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对扩展计算单元的第二主功能模块的写操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；主计算单元发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第三数据缓冲器，扩展计算单元的第二主功能模块根据用户总线控制器发出的地址和控制信号将第三数据缓冲器的数据写入到扩展计算单元的第二主功能模块相应地址。

优选地，所述扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器包括：在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为扩展计算单元的第二主功能模块对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，外部存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第三数据缓冲器，扩展计算单元的第二主功能模块读取第三数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为扩展计算单元的第二主功能模块对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；扩展计算单元的第二主功能模块根据用户总线发出的地址和控制信号将数据依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，从而将扩展计算单元的第二主功能模块的数据写入外部存储器相应地址。

根据本发明的计算设备系统，通过将第一互连接口控制器复用为存储器控制器，可以节省主计算单元的接口资源和简化PCB布线。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术的计算设备扩展系统的示意性框图；

图2示出根据本发明的计算设备扩展系统的第一实施例的示意性框图；

图3示出根据本发明的计算设备扩展系统的第二实施例的示意性框图；

图4示出根据本发明的计算设备扩展系统中的内存总线信号的示意图；

图5示出根据本发明的计算设备扩展系统中使用的第二互连接口控制器第一实施例的示意性框图。

图6示出根据本发明的计算设备扩展系统中使用的第二互连接口控制器第二实施例的示意性框图；以及

图7示出根据本发明的计算设备扩展方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图2示出根据本发明的计算设备扩展系统的第一实施例的示意性框图。该计算设备扩展系统包括主计算单元100、扩展计算单元200和存储器300。主计算单元100可以是片上系统(SOC)或通用处理器，包括第一主功能模块110和第一互连接口控制器150。扩展计算单元200可以是现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)，包括第二主功能模块210和第二互连接口控制器230。

在优选的实施例中，扩展计算单元200是FPGA实现的各种逻辑功能单元。由于FPGA本身的可配置性，扩展计算单元200的功能可以灵活配置，以满足不同的应用需求，例如可以实现各种可能的并行计算、事务处理或实现各种外围设备接口。扩展计算单元200的可配置性使得计算设备扩展系统可以满足不同应用的功能需求。

与现有技术的计算设备扩展系统不同，在根据本发明的实施例的计算设备扩展系统中，主计算单元100的第一互连接口控制器150和扩展计算单元200的第二互连接口控制器230分别提供存储器接口(例如SDRAM接口)，使得主计算单元100可以经由相同的内存总线分别访问存储器300以及与扩展计算单元200之间互连。

在上述优选的实施例中，第一互连接口控制器150和第二互连接口控制器230分别提供SDRAM接口。由于主计算单元100的数据交互量较大，需要的传输带宽较高，SDRAM接口可以满足数据传输带宽的需求。

图3示出根据本发明的计算设备扩展系统的第二实施例的示意性框图。该计算设备扩展系统包括主计算单元100、扩展计算单元200和存储器300。主计算单元100可以是片上系统(SOC)或通用处理器，包括第一主功能模块110和第一互连接口控制器150。扩展计算单元200可以是现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)，包括第二主功能模块210和第二互连接口控制器250。

在优选的实施例中，扩展计算单元200是FPGA实现的各种逻辑功能单元。由于FPGA本身的可配置性，扩展计算单元200的功能可以灵活配置，以满足不同的应用需求，例如可以实现各种可能的并行计算、事务处理或实现各种外围设备接口。扩展计算单元200的可配置性使得计算系统300可以满足不同应用的功能需求。

与现有技术的计算设备扩展系统不同，在根据本发明的实施例的计算设备扩展系统中，主计算单元100的第一互连接口控制器150和扩展计算单元200的第二互连接口控制器250分别提供存储器接口(例如SDRAM接口)，使得主计算单元100可以经由内存总线与扩展计算单元200之间互连，然后经由扩展计算单元200访问外部存储器300。

作为一个优选地实施例，主计算单元100和扩展计算单元200共享同一外部存储器300。外部存储器300可以是同步动态随机存储器(SDRAM)。在进一步优选的实施例中，外部存储器300包括主存储器和辅存储器。辅存储器是为了扩展系统带宽而附加的存储器。

在上述优选的实施例中，第一互连接口控制器150和第二互连接口控制器250分别提供SDRAM接口。由于主计算单元100的数据交互量较大，需要的传输带宽较高，SDRAM接口可以满足数据传输带宽的需求。

图4示出根据本发明的计算设备扩展系统中的内存总线信号的示意图。在根据本发明的计算设备扩展系统中，主计算单元100、扩展计算单元200和外部存储器300经由内存总线互连。所述内存总线传输控制信号、片选信号、地址信号和数据信号。相应地，内存总线包括地址和控制总线L1、片选总线L2和数据总线L3。

地址和控制总线L1、片选总线L2是单向的。地址和控制总线L1用于从主计算单元100向扩展计算单元200和外部存储器300传送地址信号和控制信号。片选总线L2用于从主计算单元100向扩展计算单元200和外部存储器300传送片选信号。数据总线L3是双向的，从而提供主计算单元100、扩展计算单元200和外部存储器300三者中任意两个之间的数据传送路径。

在图2所述的第一实施例中，在地址和控制总线L1上，地址信号和控制信号采用广播方式从主计算单元100传送至扩展计算单元200和外部存储器300。在片选总线L2上，片选信号从主计算单元100上以点对点方式分别提供至扩展计算单元200和外部存储器300。在数据总线L3上，采用双向总线并行连接在主计算单元100和扩展计算单元200之间、以及在主计算单元100和外部存储器300之间传送数据。在从主计算单元100向扩展计算单元200和外部存储器300传送数据时，来自主计算单元100的片选信号使能扩展计算单元200和外部存储器300中的一个。在从扩展计算单元200和外部存储器300向主计算单元100传送数据时，来自主计算单元100的片选信号使能扩展计算单元200和外部存储器300中的一个。

在图3所述的第二实施例中，在地址和控制总线L1上，地址信号和控制信号采用广播方式从主计算单元100传送至扩展计算单元200和外部存储器300。地址信号和控制信号可以直接或者经由扩展计算单元200传送至外部存储器300。在片选总线L2上，片选信号从主计算单元100上串行连接方式依次提供至扩展计算单元200和外部存储器300。在数据总线L3上，采用双向总线串行连接在主计算单元100、扩展计算单元200和外部存储器300三者之间传送数据。在从主计算单元100向扩展计算单元200和外部存储器300中的一个传送数据时，来自主计算单元100的片选信号使能扩展计算单元200和外部存储器300中的相应一个，或者经由扩展计算单元200的第二互连接口控制器250选择性地将数据传送至扩展计算单元200的第二主功能模块210和外部存储器300中的相应一个。在从扩展计算单元200和外部存储器300中的相应一个向主计算单元100传送数据时，来自主计算单元100的片选信号使能扩展计算单元200和外部存储器300中的相应一个，或者经由扩展计算单元200的第二互连接口控制器250选择性地将数据从扩展计算单元200的第二主功能模块210和外部存储器300中的相应一个传送至主计算单元100。此外，扩展计算单元200还可以根据需要选择性地访问外部存储器300以获取数据。

图5分别示出根据本发明的计算设备扩展系统中使用的第二互连接口控制器第一实施例的示意性框图。在根据第二实施例的计算设备扩展系统中，第二互连接口控制器250例如是包括三端口的设备扩展装置。第一端口用于提供第一内存接口，从而与主计算单元中的第一互连接口控制器150之间的连接。第二端口用于提供第二内存接口，从而提供第二互连接口控制器250与外部存储器300之间的连接。第三端口用于提供内部扩展接口，从而提供第二互连接口控制器250与扩展计算单元200中的第二主功能模块210之间的连接。

第二互连接口控制器250包括与第一至第三端口分别对应的数据缓冲器2501、2505和2507。数据缓冲器2501经由内存总线，从主计算单元中的第一互连接口控制器150获取数据信号或者向主计算单元中的第一互连接口控制器150提供数据信号。数据缓冲器2505经由内存总线，从存储器300获取数据信号或者向存储器300提供数据信号。数据缓冲器2507经由用户自定义总线，与扩展计算单元200中的第二主功能模块210进行通信。

在优选的实施例中，数据缓冲器2031、2035和2037分别为三态缓冲器。在三态缓冲器的使能输出端有效时，三态缓冲器实现正常逻辑输出，即逻辑值为0或1。在三态缓冲器的使能输出端无效时，三态缓冲器的输入端可以接收数据，但是输出端为高阻状态。

译码器2032和旁路开关阵列2033经由内存总线，从SOC-A中的第一互连接口控制器150获取地址和控制信号。译码器2032根据地址和控制信号产生选择信号。

在一个示例中，译码器2032根据地址和控制信号中的存储器片选信号产生选择信号。如果存储器片选信号为高电平，则选择信号指示存储操作。如果存储器片选信号为低电平，则选择信号指示扩展通信操作。

在另一个示例中，译码器2502根据地址和控制信号中的地址信号产生选择信号。例如，地址信号包括地址数据和保留数据。假定地址数据为N位，例如32位，那么可以将其中的M位(例如1位)作为保留位，用于指示主计算单元100期望的操作类型。如果保留位为高电平，则选择信号指示存储操作。如果保留位为低电平，则选择信号指示扩展通信操作。

译码器2032将选择信号分别提供至数据缓冲器2031、2035和2037、旁路开关阵列2033、数据复用模块2034和用户总线控制器2036。

数据复用模块2034包括一个多路复用器2034a。根据选择信号，多路复用器2034a将数据缓冲器2031与数据缓冲器2035和2037中的一个相连。同时，根据选择信号，数据缓冲器2031以及数据缓冲器2035和2037中的一个处于选通状态，数据缓冲器2035和2037中的另一个处于未选通状态。

因此，第二互连接口控制器230根据选择信号，提供主计算单元100与存储器300之间的连接，或者提供主计算单元100与扩展计算单元200中的第二主功能模块210之间的连接，从而实现路由功能。

进一步地，如果选择信号指示存储操作，则旁路开关阵列2303导通，使得地址和控制信号经由第二互连接口控制器230直接传送至存储器300。在第二互连接口控制器230两侧的内存总线中，数据信号以及地址和控制信号是完全对称的。如果选择信号指示扩展通信操作，则旁路开关阵列2303断开，用户总线控制器2306根据选择信号产生总线控制信号，并且用于控制与扩展计算单元200中的第二主功能模块210之间的通信。

图6示出根据本发明的计算设备扩展系统中使用的第二互连接口控制器第二实施例的示意性框图。在根据第二实施例的计算设备扩展系统中，第二互连接口控制器350例如是包括三端口的设备扩展装置。第一端口用于提供第一内存接口，从而与主计算单元中的第一互连接口控制器150之间的连接。第二端口用于提供第二内存接口，从而提供第二互连接口控制器350与外部存储器300之间的连接。第三端口用于提供内部扩展接口，从而提供第二互连接口控制器350与扩展计算单元200中的第二主功能模块210之间的连接。

第二互连接口控制器350包括与第一至第三端口分别对应的数据缓冲器3501、3505和3507。数据缓冲器3501经由内存总线，从主计算单元中的第一互连接口控制器150获取数据信号或者向主计算单元中的第一互连接口控制器150提供数据信号。数据缓冲器3505经由内存总线，从存储器300获取数据信号或者向存储器300提供数据信号。数据缓冲器3507经由用户自定义总线，与扩展计算单元200中的第二主功能模块210进行通信。

在优选的实施例中，数据缓冲器3501和3505分别由三态缓冲器组成。在三态缓冲器的使能输出端有效时，三态缓冲器实现正常逻辑输出，即逻辑值为0或1。在三态缓冲器的使能输出端无效时，三态缓冲器的输入端可以接收数据，但是输出端为高阻状态。数据缓冲3507则不需要由三态缓冲器组成，只需要提供输入输出缓冲功能即可。

译码器3502和旁路开关阵列3503经由内存总线，从主计算单元中的第一互连接口控制器150获取地址和控制信号。译码器3502根据地址和控制信号产生选择信号。

在一个示例中，译码器3502根据地址和控制信号中的读信号和写信号产生选择信号。如果读信号和写信号中的仅一个为高电平，则选择信号指示存储操作。如果读信号和写信号二者均为高电平，则选择信号指示扩展通信操作。

在另一个示例中，译码器3502根据地址和控制信号中的存储器片选信号产生选择信号。如果存储器片选信号为高电平，则选择信号指示存储操作。如果存储器片选信号为低电平，则选择信号指示扩展通信操作。

在另一个示例中，译码器3502根据地址和控制信号中的地址信号产生选择信号。例如，地址信号包括地址数据和保留数据。假定地址数据为N位，例如32位，那么可以将其中的M位(例如1位)作为保留位，用于指示主计算单元100期望的操作类型。如果保留位为高电平，则选择信号指示存储操作。如果保留位为低电平，则选择信号指示扩展通信操作。

译码器3502将选择信号分别提供至数据缓冲器3501、3505和3507、旁路开关阵列3503、数据复用模块3504和用户总线控制器3506。

数据复用模块3504包括三个多路复用器3504a、3504b和3504c。根据选择信号，三个多路复用器3504a、3504b和3504c将数据缓冲器3501与数据缓冲器3505和3507中的一个相连。同时，根据选择信号，数据缓冲器3501、数据缓冲器3505和3507中的至少两个处于选通状态。

因此，第二互连接口控制器350根据选择信号，提供主计算单元100中与存储器300之间的连接，或者提供主计算单元100与扩展计算单元200中的第二主功能模块210之间的连接，或者提供扩展计算单元200与存储器300之间的连接，从而实现路由功能。

进一步地，如果选择信号指示存储操作，则旁路开关阵列3503导通，使得地址和控制信号经由第二互连接口控制器350直接传送至存储器300。在第二互连接口控制器350两侧的内存总线中，数据信号以及地址和控制信号是完全对称的。如果选择信号指示扩展通信操作，则旁路开关阵列3503断开，用户总线控制器3506根据选择信号产生总线控制信号，并且用于控制与扩展计算单元200中的第二主功能模块210之间的通信。

图7示出根据本发明的计算设备扩展方法的流程图。该方法用于配置包括主计算单元、扩展计算单元和存储器的计算设备扩展系统，主计算单元包括第一主功能模块和第一互连接口控制器，扩展计算单元包括第二主功能模块和第二互连接口控制器。所述方法包括：

在步骤S1中，主计算单元经由内存总线向扩展计算单元传输内存总线信号；

在步骤S2中，扩展计算单元的第二互连接口控制器接收所述内存总线信号，并根据所述内存总线信号产生选择信号；

在步骤S3中，所述扩展计算单元的第二互连接口控制器根据所述选择信号提供主计算单元、扩展计算单元的主功能模块和外部存储器之间的访问路径。

在本实施例中，内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。

在优选的实施例中，第一互连接口控制器为标准的存储器控制器，以及第二互连接口控制器为提供内存总线路由功能的设备扩展装置。

主计算单元和外部存储器之间经由内存总线传输数据信号以及地址和控制信号。相应地，内存总线包括地址总线、数据总线和控制总线。控制总线用于向外部存储器提供控制信号，地址总线用于指定外部存储器中的选中单元地址。数据总线是双向的，用于从主计算单元向外部存储器传输待写入的数据，或者用于从外部存储器向主计算单元传输已经读取的数据。

主计算单元和扩展计算单元的第二主功能模块之间经由内存总线以及用户自定义总线传输数据信号以及地址和控制信号，第二互连接口控制器中的译码器根据地址和控制信号中的片选信号和/或地址信号产生选择信号。在一个示例中，地址信号包括地址数据和保留数据，所述保留数据指示存储操作或扩展通信操作。

所述计算设备扩展方法提供以下访问路径中的至少之一：主计算单元直接访问扩展计算单元的第二互连接口控制器，扩展计算单元的第二主功能模块直接访问扩展计算单元的第二互连接口控制器，主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器，扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器，以及主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问扩展计算单元的第二主功能模块。

所述扩展计算单元的第二互连接口控制器包括：第一端口，用于经由内存总线与外部的主计算单元相连；第二端口，用于经由内存总线与外部的外部存储器相连；第三端口，用于经由用户自定义总线与扩展计算单元的第二主功能模块相连；第一数据缓冲器，用于缓存经由第一端口传送的数据信号；第二数据缓冲器，用于缓存经由第二端口传送的数据信号；第三数据缓冲器，用于缓存经由第三端口传送的数据信号；译码器，用于根据经由第一端口传送的地址和控制信号，产生所述选择信号；数据复用模块，用于根据选择信号，将第一至第三数据缓冲器中的至少两个数据缓冲器相连；以及旁路开关阵列，所述旁路开关阵列根据选择信号，选择性地将地址和控制信号从第一端口传送至第二端口。

所述主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器包括：在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，外部存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，主计算单元读取第一数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；主计算单元发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，外部存储器根据接收到的地址和控制信号将第二数据缓冲器的数据写入到外部存储器相应地址。

优选地，所述主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问扩展计算单元的的第二主功能模块包括：在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对扩展计算单元的第二主功能模块的读操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；扩展计算单元的第二主功能模块根据接用户总线控制器发出的地址和控制信号，扩展计算单元的第二主功能模块的相应数据信号依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，主计算单元读取第一数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对扩展计算单元的第二主功能模块的写操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；主计算单元发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第三数据缓冲器，扩展计算单元的第二主功能模块根据用户总线控制器发出的地址和控制信号将第三数据缓冲器的数据写入到扩展计算单元的第二主功能模块相应地址。

优选地，所述扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器包括：在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为扩展计算单元的第二主功能模块对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，外部存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第三数据缓冲器，扩展计算单元的第二主功能模块读取第三数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为扩展计算单元的第二主功能模块对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；扩展计算单元的第二主功能模块根据用户总线发出的地址和控制信号将数据依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，从而将扩展计算单元的第二主功能模块的数据写入外部存储器相应地址。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (26)

1.一种计算设备扩展系统，包括主计算单元、扩展计算单元和存储器，其中，

主计算单元包括第一主功能模块和第一互连接口控制器，

扩展计算单元包括第二主功能模块和第二互连接口控制器，

第一互连接口控制器和第二互连接口控制器分别提供用于互连的内存接口，使得主计算单元经由第一内存总线连接至扩展计算单元，第一互连接口控制器复用为存储器控制器。

2.根据权利要求1所述的计算设备扩展系统，其中，主计算单元的第一互连接口控制器经由第一内存总线与存储器相连接。

3.根据权利要求2所述的计算设备扩展系统，其中，采用广播方式从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器提供地址信号和控制信号，采用点对点方式从主计算单元分别向扩展计算单元和外部存储器提供片选信号，以及采用双向总线并行方式在主计算单元和扩展计算单元之间以及主计算单元和外部存储器之间传送数据。

4.根据权利要求3所述的计算设备扩展系统，其中，在从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能扩展计算单元和外部存储器中的一个。

5.根据权利要求3所述的计算设备扩展系统，其中，在从扩展计算单元和外部存储器向主计算单元传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能扩展计算单元和外部存储器中的一个。

6.根据权利要求1所述的计算设备扩展系统，其中，第二互连接口控制器提供用于连接存储器的内存接口，使得主计算单元经由第二内存总线访问外部存储器。

7.根据权利要求6所述的计算设备扩展系统，其中主计算单元的第一互连接口控制器经由第一内存总线与扩展计算单元的第二互连接口控制器相连接，以及主计算单元的第一互连接口控制器经由第一内存总线和第二内存总线与存储器相连接。

8.根据权利要求7所述的计算设备扩展系统，其中，采用广播方式从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器提供地址信号和控制信号，采用串行连接方式从主计算单元依次向扩展计算单元和外部存储器提供片选信号，以及采用双向总线串行方式在主计算单元、扩展计算单元和外部存储器之间传送数据。

9.根据权利要求8所述的计算设备扩展系统，其中，在从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器中的一个传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能扩展计算单元和外部存储器中的一个。

10.根据权利要求8所述的计算设备扩展系统，其中，在从主计算单元向扩展计算单元和外部存储器中的一个传送数据时，扩展计算单元的第二互连接口控制器选择性地将数据从主计算单元传送至扩展计算单元的第二主功能模块和外部存储器中的一个。

11.根据权利要求8所述的计算设备扩展系统，其中，在从外部存储器和扩展计算单元中的一个向主计算单元传送数据时，来自主计算单元的片选信号使能外部存储器和扩展计算单元中的一个。

12.根据权利要求8所述的计算设备扩展系统，其中，在从外部存储器和扩展计算单元中的一个向主计算单元传送数据时，扩展计算单元的第二互连接口控制器选择性地将数据从扩展计算单元的第二主功能模块和外部存储器中的一个传送至主计算单元。

13.根据权利要求8所述的计算设备扩展系统，其中，所述扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器以获取数据。

14.根据权利要求1所述的计算设备扩展系统，其中，第一互连接口控制器为标准的存储器控制器，以及第二互连接口控制器为提供内存总线路由功能的设备扩展装置。

15.根据权利要求14所述的计算设备扩展系统，其中，所述设备扩展装置包括第一至第三端口，第一端口提供第一内存接口，用于与第一互连接口控制器相连接，第二端口提供第二内存接口，用于与外部存储器相连接，第三端口提供内部扩展接口，用于与第二主功能模块相连接。

16.根据权利要求15所述的计算设备扩展系统，其中，所述设备扩展装置根据内存总线信号产生选择信号，使得第一至第三端口中的任一个端口与第一至第三端口中的其余两个端口中的一个端口相连，从而提供内存总线的路由功能，所述内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。

17.根据权利要求1所述的计算设备扩展系统，其中，所述第一内存总线为SDRAM总线。

18.根据权利要求7所述的计算设备扩展系统，其中，所述第二内存总线为SDRAM总线。

19.一种计算设备扩展方法，用于配置包括主计算单元、扩展计算单元和存储器的计算设备扩展系统，主计算单元包括第一主功能模块和第一互连接口控制器，扩展计算单元包括第二主功能模块和第二互连接口控制器，所述方法包括：

主计算单元经由内存总线向扩展计算单元传输内存总线信号；

扩展计算单元的第二互连接口控制器接收所述内存总线信号，并根据所述内存总线信号产生选择信号；

所述扩展计算单元的第二互连接口控制器根据所述选择信号提供主计算单元、扩展计算单元的主功能模块和外部存储器之间的访问路径，所述内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。

20.根据权利要求19所述的计算设备扩展方法，其中，第一互连接口控制器为标准的存储器控制器，以及第二互连接口控制器为提供内存总线路由功能的设备扩展装置。

21.根据权利要求20所述的计算设备扩展方法，所述第二互连接口控制器根据所述内存总线信号产生选择信号包括：

译码器根据地址和控制信号中的片选信号和/或地址信号产生选择信号。

22.根据权利要求20所述的计算设备扩展方法，其中，所述计算设备扩展方法提供以下访问路径中的至少之一：主计算单元直接访问扩展计算单元的第二互连接口控制器，扩展计算单元的第二主功能模块直接访问扩展计算单元的第二互连接口控制器，主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器，扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器，以及主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问扩展计算单元的第二主功能模块。

23.根据权利要求22所述的计算设备扩展方法，其中，所述扩展计算单元的第二互连接口控制器包括：

第一端口，用于经由内存总线与外部的主计算单元相连；

第二端口，用于经由内存总线与外部的外部存储器相连；

第三端口，用于经由用户自定义总线与扩展计算单元的第二主功能模块相连；

第一数据缓冲器，用于缓存经由第一端口传送的数据信号；

第二数据缓冲器，用于缓存经由第二端口传送的数据信号；

第三数据缓冲器，用于缓存经由第三端口传送的数据信号；

译码器，用于根据经由第一端口传送的地址和控制信号，产生所述选择信号；

数据复用模块，用于根据选择信号，将第一至第三数据缓冲器中的至少两个数据缓冲器相连；以及

旁路开关阵列，所述旁路开关阵列根据选择信号，选择性地将地址和控制信号从第一端口传送至第二端口。

24.根据权利要求23所述的计算设备扩展方法，其中所述主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器包括：

在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，外部存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，主计算单元读取第一数据缓冲器缓存的数据；

在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；主计算单元发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，外部存储器根据接收到的地址和控制信号将第二数据缓冲器的数据写入到外部存储器相应地址。

25.根据权利要求23所述的计算设备扩展方法，其中所述主计算单元经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问扩展计算单元的的第二主功能模块包括：

在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对扩展计算单元的第二主功能模块的读操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；扩展计算单元的第二主功能模块根据接用户总线控制器发出的地址和控制信号，扩展计算单元的第二主功能模块的相应数据信号依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，主计算单元读取第一数据缓冲器缓存的数据；

在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为主计算单元对扩展计算单元的第二主功能模块的写操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；主计算单元发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第三数据缓冲器，扩展计算单元的第二主功能模块根据用户总线控制器发出的地址和控制信号将第三数据缓冲器的数据写入到扩展计算单元的第二主功能模块相应地址。

26.根据权利要求23所述的计算设备扩展方法，其中所述扩展计算单元的第二主功能模块经由扩展计算单元的第二互连接口控制器访问外部存储器包括：

在读操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为扩展计算单元的第二主功能模块对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，外部存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第三数据缓冲器，扩展计算单元的第二主功能模块读取第三数据缓冲器缓存的数据；

在写操作中，主计算单元发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出主计算单元发出的指令为扩展计算单元的第二主功能模块对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展计算单元的第二主功能模块；扩展计算单元的第二主功能模块根据用户总线发出的地址和控制信号将数据依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，从而将扩展计算单元的第二主功能模块的数据写入外部存储器相应地址。