CN112817902B - 互联裸芯接口管理系统及其初始化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种裸芯接口管理，尤其是互联裸芯接口管理系统及其初始化方法。互联裸芯接口管理系统，包括：CMU系统、均与CMU系统连接的JTAG‑Die接口和配置网络；CMU系统包括CMU处理器和与CMU处理器连接的Flash，Flash用于存放CMU系统的软件代码；JTAG‑Die接口用于控制CMU程序启动；配置网络一端以外设的形式与CMU处理器连接，另一端通过独立总线连接到每一个待配置接口；CMU处理器用于执行其配置程序时将配置数据通过配置网络和独立总线传输至每个待配置接口的功能寄存器中，以实现对接口地址转换表的配置。该系统使用处理器来实现系统初始化配置，将对接口的硬件配置转换为软件编程，降低了设计难度、简化了开发流程、增强了配置灵活性，有利于提升系统搭建速度。

Description

互联裸芯接口管理系统及其初始化方法
技术领域
本发明涉及一种裸芯接口管理，尤其是互联裸芯接口管理系统及其初始化方法。
背景技术
随着数字集成电路的发展，片上系统（Systemon Chip，SoC,指将多个功能模块集成到同一个硅片上）几乎已经成为了实现高性能系统的必要方案，生产厂商通过不断扩大SoC的规模来满足用户对产品性能的需求。然而，受到加工工艺等因素的限制，摩尔定律（即集成电路上可容纳的晶体管数目每经约24个月增加一倍的规律）正在逐渐失效，这使得在单个硅片上扩大集成电路规模的成本和开发周期变得极高。
互联裸芯是一种用于接口扩展和数据传输的通用标准裸芯，在多裸芯系统中，多个功能裸芯通过其特定的标准接口连接至互联裸芯，实现互联与通信，构成微型信息处理系统。微型信息处理系统具有极大的可扩展性和可重构性，其搭载的外设和地址分配方式变化多端，在每次搭建系统后，为了使其每个外部主设备（互联裸芯上挂载的功能裸芯）都能正确地访问其地址空间，需要采用一定的机制对微型系统进行初始化配置。常见的一种方法是通过配置每个主设备的地址转换表实现地址空间的分配。
未来集成电路将朝多裸芯（Die）集成方向发展，即将多个功能各异且已通过验证、未被封装的芯片组件互联组装起来，并封装为同一管壳中的芯片整体，从而形成封装级网络（Networkon Package,NoP）。这些裸芯可以采用不同工艺、来自不同厂商，因此极大缩短和降低了开发周期和难度。
传统信息处理系统架构固定，其搭载的外设也固定，只留出部分地址空间用于扩展片外设备，这些系统一般预设有几种不同的地址映射模式，当需要进行外设复用或地址扩展时，只需选择一种合适的地址映射模式对系统进行地址重映射（Remap）即可。而由互联裸芯构成的信息处理系统结构多变而不固定，其地址分配应具有很大的灵活性，若采用传统方式，需使用有限状态机（FSM）实现对每个主设备的地址分配，当需要改变地址分配方式时，只需改变状态机内的配置数据。然而，状态机的设计属于硬件设计范畴，其设计难度大、流程复杂，重构耗时较大，不利于系统的快速搭建。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于配置管理单元CMU（ConfigurationManagementUnit）的互联裸芯接口管理系统来实现对微型信息处理系统的初始化配置，CMU的本质是一个处理器，因此可以将对信息处理系统的硬件配置转化为对CMU的软件编程，相比传统FSM配置策略能够降低设计难度、简化开发流程、增强配置灵活性、提升系统搭建速度。
具体技术方案为：
互联裸芯接口管理系统，包括：CMU系统、均与CMU系统连接的JTAG-Die接口和配置网络；所述CMU系统包括CMU处理器和与所述CMU处理器连接的Flash，所述Flash用于存放CMU系统的软件代码；所述JTAG-Die接口用于控制CMU程序启动；所述配置网络一端以外设的形式与CMU处理器连接，另一端通过独立总线连接到每一个待配置接口；所述CMU处理器用于执行其配置程序时将配置数据通过配置网络和独立总线传输至每个待配置接口的功能寄存器中，以实现对接口地址转换表的配置。
互联裸芯接口管理系统独立于互联裸芯内其他所有总线和接口之外。
互联裸芯接口管理系统的核心是配置管理单元CMU，CMU加载Flash的代码，通过配置网络将配置信息发送至各待配置接口的地址转换表，实现地址分配与系统初始化。采用这种方式，将对各设备接口的硬件配置转化为对CMU的软件编程，降低了初始化设计难度、简化了开发流程、增强了配置灵活性，有利于提升系统搭建速度。
进一步的，所述Flash通过SPI接口与所述CMU处理器连接。
互联裸芯接口管理系统的初始化方法，包括以下步骤：
S101，分别编译各主设备的程序代码，生成目标文件；
S102，通过链接器将目标文件与系统提供的启动代码链接起来，生成可执行文件，将可执行文件加载到指定的代码空间中，分别对应各主设备代码地址空间，由CMU系统统一管理；
S103，将代码空间中各主设备的代码和数据地址分别装入到CMU系统的程序存储器Flash中；
S104，通过JTAG-Die接口使CMU系统启动，加载执行Flash中的程序，生成给各协议转换接口的控制信号，对其进行配置；
S105，各主设备依次通过SPI接口读取并执行启动代码实现对主设备内部电路初始化。
进一步的，所述步骤S104中CMU的初始化方法包括以下步骤：
S201，通过JTAG-Die接口启动CMU系统；
S202，启动后的CMU系统将加载Flash中的程序；
S203，CMU将执行Flash中的程序，对其解析生成给各待配置接口中的功能寄存器进行写操作，各主设备的协议转换接口和外部扩展接口初始化可配置地址映射表，SPI-BootRom接口初始化SPI-Boot地址转换表。
进一步的，所述步骤S105中主设备的初始化方法包括以下步骤：
S301，主设备复位释放；
S302，主设备通过SPI接口读BootRom中的启动代码；
S303，主设备执行启动代码实现对其的内部电路初始化。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的互联裸芯接口管理系统使用处理器（CMU）而不是状态机来实现系统初始化配置，将对接口的硬件配置转换为软件编程，克服了传统状态机配置方案设计难度大、流程复杂，重构耗时大的缺陷，降低了设计难度、简化了开发流程、增强了配置灵活性，有利于提升系统搭建速度。管理电路整体独立于互联裸芯内部的其他总线和接口，保证了系统启动不受外部干扰，有利于系统启动的实时、有效运行。
附图说明
图1是互联裸芯接口管理系统的结构示意图；
图2是互联裸芯接口管理系统的初始化方法的流程图；
图3是互联裸芯的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
互联裸芯的内部是一个用于数据传输的NoD（Network on Die，裸芯级网络），并设有标准协议接口转换模块和跨裸芯时钟域同步控制器，前者用于扩展其他功能裸芯，后者用于级联和扩展其他互联裸芯。互联裸芯内的NoD以及NoD与其他模块连接的部分使用统一总线协议，称为片上互联总线协议；裸芯间的扩展总线使用另一簇统一总线协议，称为片间高速扩展总线协议。
如图3所示，互联裸芯，包括：协议转换电路，所述协议转换电路包括多个协议转换模块，用于提供多种与外部连接的标准主流协议接口；外部互联接口，所述外部互联接口包括一对同步控制器，用于与其他互联裸芯进行通信；及内部裸芯级网络，所述内部裸芯级网络包括传输总线和路由器，所述同步控制器和所述协议转换模块均分别与内部裸芯级网络的边界节点连接，用于传输来自接口或其他互联裸芯的数据包。
内部NoD由传输总线和路由器构成，主要负责传输来自接口或其他互联裸芯的数据包。外部互联接口是互联裸芯与其他互联裸芯通信的接口，便于系统的扩展和级联。外部互联接口主要由一组同步控制器组成，因为互联裸芯内部和外部通常工作在不同频率的时钟域，因此需要同步控制器控制实现通信。图1中的（4）、（5）为互联裸芯的外部扩展总线。
协议转换电路将内部NoD协议转换为一些主流的通信协议，如DDR（Double DataRate SDRAM，一种动态数据存储器,这里指该器件采用的数据通信协议）、SPI（SerialPeripheral Interface,串行外设接口）、PCIe（Peripheral Component Interconnectexpress，一种高速串行计算机扩展总线标准）等，便于扩展一些通用、成熟的功能裸芯。图1中的（1）、（2）、（3）分别为转换得到的三种不同的协议。
互联裸芯是一种用于接口扩展和数据传输的通用标准裸芯，其设有多种主流标准协议转换接口，用于扩展具有各种协议标准的功能裸芯。功能裸芯以外部设备的形式挂载于互联裸芯上，实现互联与通信，根据其是否具有发起数据传输事件的功能可以将其划分为主设备和从设备，主设备在微型信息处理系统中占据一部分地址空间，但由于互联裸芯挂载的设备数量和类别变化多端，系统功能定位变化多端，每个信息处理系统中对主设备的地址空间分配策略也不尽相同。本发明提出的互联裸芯接口管理系统能够在系统启动时对系统进行地址分配，从而实现系统初始化配置。
实施例一
如图1所示，互联裸芯接口管理系统，包括：CMU系统、均与CMU系统连接的JTAG-Die接口和配置网络；所述CMU系统包括CMU处理器和与所述CMU处理器连接的Flash，所述Flash用于存放CMU系统的软件代码；所述JTAG-Die接口用于控制CMU程序启动；所述配置网络一端以外设的形式与CMU处理器连接，另一端通过独立总线连接到每一个待配置接口；所述CMU处理器用于执行其配置程序时将配置数据通过配置网络和独立总线传输至每个待配置接口的功能寄存器中，以实现对接口地址转换表的配置。
互联裸芯接口管理系统独立于互联裸芯内其他所有总线和接口之外。
互联裸芯接口管理系统的核心是配置管理单元CMU，CMU加载Flash的代码，通过配置网络将配置信息发送至各待配置接口的地址转换表，实现地址分配与系统初始化。采用这种方式，将对各设备接口的硬件配置转化为对CMU的软件编程，降低了初始化设计难度、简化了开发流程、增强了配置灵活性，有利于提升系统搭建速度。
其中，Flash通过SPI接口与所述CMU处理器连接。
如图1所示，CMU系统包括CMU处理器和Flash（一种非易失性存储器），Flash用于存放CMU系统的软件代码，CMU系统工作时通过SPI（串行外设接口，一种串行总线协议）读取Flash中的代码并加以执行，对系统的初始化配置等效于对CMU的软件编程。JTAG-Die接口是对CMU的调试接口，用于控制CMU的程序启动。配置网络一端以外设的形式连接到CMU，另一端通过独立总线连接到每一个待配置接口，如图中主设备1的接口1和接口2、主设备2的接口3、主设备3的接口4、互联裸芯的外部扩展接口（以备系统级联和扩展时使用）以及BootRom的SPI接口（主设备自启动存储器的接口，用于主设备自启动）。CMU系统执行其配置程序时，将配置数据通过配置网络和独立总线传输至每个待配置接口的功能寄存器中，以实现对接口地址转换表的配置。为保证系统初始化独立而不被干扰，该接口管理微控制系统电路整体独立于互联裸芯内其他所有模块之外。
本发明提供的互联裸芯接口管理系统使用处理器（CMU）而不是状态机来实现系统初始化配置，将对接口的硬件配置转换为软件编程，克服了传统状态机配置方案设计难度大、流程复杂，重构耗时大的缺陷，降低了设计难度、简化了开发流程、增强了配置灵活性，有利于提升系统搭建速度。管理电路整体独立于互联裸芯内部的其他总线和接口，保证了系统启动不受外部干扰，有利于系统启动的实时、有效运行。
实施例二
如图2所示，互联裸芯接口管理系统的初始化方法，包括以下步骤：
S101，分别编译各主设备的程序代码，生成目标文件；
S102，通过链接器将目标文件与系统提供的启动代码链接起来，生成可执行文件，将可执行文件加载到指定的代码空间中，分别对应各主设备代码地址空间，由CMU系统统一管理；
S103，将代码空间中各主设备的代码和数据地址分别装入到CMU系统的程序存储器Flash中；
S104，通过JTAG-Die接口使CMU系统启动，加载执行Flash中的程序，生成给各协议转换接口的控制信号，对其进行配置；
S105，各主设备依次通过SPI接口读取并执行启动代码实现对主设备内部电路初始化。
进一步的，所述步骤S104中CMU的初始化方法包括以下步骤：
S201，通过JTAG-Die接口启动CMU系统；
S202，启动后的CMU系统将加载Flash中的程序；
S203，CMU将执行Flash中的程序，对其解析生成给各待配置接口中的功能寄存器进行写操作，各主设备的协议转换接口和外部扩展接口初始化可配置地址映射表，SPI-BootRom接口初始化SPI-Boot地址转换表。
进一步的，所述步骤S105中主设备的初始化方法包括以下步骤：
S301，主设备复位释放；
S302，主设备通过SPI接口读BootRom中的启动代码；
S303，主设备执行启动代码实现对其的内部电路初始化。
具体的，如图2所示，初始化工作流程可分为微观和宏观两个层面。
宏观层面的系统初始化考虑了各主设备软件程序的编写、下载以及其与CMU的关系。一种包含MPU和DSP(DigitalSignalProcessor,数字信号处理器)两个主设备的信息处理系统具体案例，其宏观层面的初始化执行过程可分为以下步骤：
第一步，分别编译MPU和DSP的程序代码，生成目标文件；
第二步，通过链接器将目标文件与系统提供的启动代码链接起来，生成可执行文件，将可执行文件加载到指定的代码空间中，分别对应MPU、DSP等代码地址空间，由CMU统一管理；
第三步，将代码空间中MPU和DSP的代码和数据地址分别装入到CMU的程序存储器Flash中；
第四步，通过JTAG-Die接口使CMU启动，加载执行Flash中的程序，生成给各协议转换接口的控制信号，对其进行配置；
第五步，MPU通过SPI接口读取并执行MPU的启动代码实现对MPU的内部电路初始化，完成MPU的启动过程；
第六步，DSP通过SPI接口读取并执行DSP的启动代码实现对DSP的内部电路初始化，完成DSP的启动过程。
在微观层面，系统的初始化可分为两个阶段：CMU配置阶段和主设备自启动阶段。
CMU配置阶段可分为以下步骤：
第一步，通过互联裸芯上的JTAG-Die接口，将JTAG信号输入到CMU的JTAG从接口，实现对CMU的配置，使CMU启动；
第二步，CMU的主要作用是将对互联裸芯内部组件的配置转化为对CMU的软件编程，简化了配置过程，因此需要一个片外Flash与CMU通过SPI接口直接连接，Flash固件中存储了CMU生成互联裸芯配置信息所需要执行的程序，启动后的CMU将加载Flash中的程序；
第三步，CMU将执行从Flash中加载的程序，对其解析生成给各待配置接口中的功能寄存器进行写操作。在这些控制信号的作用下，各主设备的协议转换接口和外部扩展接口初始化可配置地址映射表，SPI-BootRom接口初始化SPI-Boot地址转换表。由于对系统配置速度的要求不高，因此CMU利用定制化的配置网络进行系统配置，配置网络是独立于互联裸芯内部数据总线的，只在初始化阶段起作用。
主设备自启动阶段可分为以下步骤：
第一步，CMU只负责互联裸芯的初始化配置，初始化配置完成后互联裸芯的各协议转换接口已经具备正确的地址转换等功能，不再需要CMU参与启动过程，系统第二阶段的启动主要由主设备来自主完成。主设备MPU(MicroProcessingUnit，微处理器)首先复位释放；
第二步，主设备MPU具有自主启动的能力，其启动程序存储在BootRom中，BootRom物理上以Flash的形式实现，通过SPI接口与互联裸芯连接。MPU通过主设备接口中的SPI接口向BootRom发送读BootRom中的启动代码的读请求，然后BootRom将启动代码返回给MPU；
第三步，MPU执行启动代码实现对MPU的内部电路初始化，即完成了主设备MPU的启动过程。当系统中包含多个主设备时，不同主设备的自启动代码存放在同一个BootRom的不同地址空间，其自启动过程按照一定的优先级逐个进行。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.互联裸芯接口管理系统，其特征在于，包括：CMU系统、均与CMU系统连接的JTAG-Die接口和配置网络；
所述CMU系统包括CMU处理器和与所述CMU处理器连接的Flash，所述Flash用于存放CMU系统的软件代码；
所述JTAG-Die接口用于控制CMU程序启动；
所述配置网络一端以外设的形式与CMU处理器连接，另一端通过独立总线连接到每一个待配置接口；
所述CMU处理器用于执行其配置程序时将配置数据通过配置网络和独立总线传输至每个待配置接口的功能寄存器中，以实现对接口地址转换表的配置。
2.根据权利要求1所述的互联裸芯接口管理系统，其特征在于，所述Flash通过SPI接口与所述CMU处理器连接。
3.用于权利要求1或2所述的互联裸芯接口管理系统的初始化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，分别编译各主设备的程序代码，生成目标文件；
S102，通过链接器将目标文件与系统提供的启动代码链接起来，生成可执行文件，将可执行文件加载到指定的代码空间中，分别对应各主设备代码地址空间，由CMU系统统一管理；
S103，将代码空间中各主设备的代码和数据地址分别装入到CMU系统的程序存储器Flash中；
S104，通过JTAG-Die接口使CMU系统启动，加载执行Flash中的程序，生成给各协议转换接口的控制信号，对其进行配置；
S105，各主设备依次通过SPI接口读取并执行启动代码实现对主设备内部电路初始化。
4.根据权利要求3所述的互联裸芯接口管理系统的初始化方法，其特征在于，所述步骤S104中配置包括以下步骤：
S201，通过JTAG-Die接口启动CMU系统；
S202，启动后的CMU系统将加载Flash中的程序；
S203，CMU将执行Flash中的程序，对其解析生成给各待配置接口中的功能寄存器进行写操作，各主设备的协议转换接口和外部扩展接口初始化可配置地址映射表，SPI-BootRom接口初始化SPI-Boot地址转换表。
5.根据权利要求3所述的互联裸芯接口管理系统的初始化方法，其特征在于，所述步骤S105中主设备的初始化方法包括以下步骤：
S301，主设备复位释放；
S302，主设备通过SPI接口读BootRom中的启动代码；
S303，主设备执行启动代码实现对其的内部电路初始化。
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