CN1564144A - 高速数据传输的装置及方法 - Google Patents

Abstract

改进的目标单元及启动单元。该启动单元在总线上与时钟信号同步地提供开始写入地址及写入长度信息。当开始写入地址及写入长度信息表示在该总线上，该启动单元提供写入或读取要求信号，并随时钟信号的时钟周期同步地变成有效或无效。从目标单元来的允许信号随后被接收，该允许信号随着时钟信号的时钟周期变成有效或无效。在该允许信号变成无效之后，如果在写入操作时，该启动单元提供一些与时钟信号同步提供的写入数据项在总线上供目标单元提取。如果在读取操作时，该目标单元提供一些与时钟信号同步提供的读取数据项在总线上供该启动单元提取。数据项被提供在时钟信号的每一个别的时钟周期，数据项的数目由所述已提供的写入长度信息所决定。

Description

说明书 高速数据传输的装置及方法

技术领域

本发明涉及数字通讯的领域。特别是本发明涉及一个在一个通讯总线上传输数据的协议(protocol)。

背景技术

通讯总线含有许多应用，举例来说，用来在计算机和集成电路间交换数据。一个通讯总线可以包含很多种特性(feature)，不过，其中最大的一个是其提供的一个共享的通讯联结(shared communication link)。这种通讯联结可以允许两个单元(unit)来作通讯，例如一部计算机中的处理器以及内存之间；或是可以让许多数以千计的单元进行通讯，例如很多在因特网互相连结的计算机。因此来说，一个通讯联结是组合成必须互相通讯的庞大复杂系统的基础单位。通讯总线也提供来使系统有更多变化性。一个适当规划的总线可以提供在总线上增加或减少单元的容易性。通讯总线也可以提供来让通讯系统减少成本。如果可以专用既有的一组来进行数据总线的共享信号线，必需和其它各种各样单元之间彼此传输数据的许多单元不再需要自己专属的其它组信号线。

虽然通讯总线可以提供优点，但是也有其限制。一个通讯总线会有其相关的最大数据传输频宽。一个数据总线也没有办法同时间分享给总线上的所有单元来使用。因此，在总线上的单元争相存取总线的时候会产生传输的瓶颈。最大传输速度会被总线长度、总线上的单元数以及所需支持的装置数范围等因素所限制。一个总线的规划有可能很复杂，因为各种范围的装置会有非常不一样的特性。例如不同的潜伏时间(latency)，也就是反应一个命令所需的时间；或是不同的数据传输速率。当一个单元的数据传输率比总线的传输率要快时，总线也许需要节制数据放到总线上的方法。还有当接收率比总线的传输率要慢时，总线同样也许需要节制数据放到总线上的方法。

已有技术中，同步通讯总线也因为启动单元以及接收单元的操作需要接近的耦合而效果变差。启动单元需要持续的包含一个接收单元某些操作的指示。接收单元类似的也需要持续的包含一个启动单元某些操作的指示。当其提供给一个近距离控制的通信系统时，会产生许多延迟，特别是来回延迟(round-trip lag)。举例来说，当执行一个写入(write)操作，启动单元需要产生讯号给接收单元，由接收单元处理后，接收单元产生新的信号传到启动单元来启动要求的写入操作。一个读取(read)操作产生一个因为同样需要协商的第二个来回延迟。已有技术的其它架构会在后面描述本发明的时候交互提出。为了解本发明，先了解已有技术的某些结构是很有帮助的。因此，后面将先回顾已有技术；之后，再描述本发明的实施例。通过对已有技术全盘的了解，更能查知本发明的广泛应用性。此外，本领域的技术人员还可以了解本发明除所描述实施例之外的应用。

通讯系统的一般结构可以通过图1来了解。图1是一个通讯总线102的组织方式。通讯总线102包含一组第一讯号线专门用来做控制线104以及一组第二讯号线专门用来做数据线106。控制线104控制通讯总线102数据的流动，特别是数据线106上的数据。除了其它的功能之外，控制线104上的信息可以指出数据线106上数据是何种类型。控制线104上的信息可以进一步指出数据线106上数据流动的方向包含数据的来源及目标。数据线106在来源及目标之间传达数据。这些数据可以包含数据目标地址的指定。此外，数据线106上的数据可以传达目标单元所要接收及处理的复杂指令。

当通讯或交换数据时，一个总线传输会发生。一般来说，一个总线传输包含一个发出命令的要求，以及一个包含数据传输的操作。图2中表示一个通讯系统200的方块图。通讯系统200包含一个总线主控器(bus master)202、一个通讯总线204以及一个总线受控器(bus slave)206。总线主控器202是一个通过发出一个命令以及(/或)一个地址来启动一个总线传输的单元。该总线传输会经由总线204传输并由总线受控器206所接收。在收到这样的命令及(/或)地址之后并且当准备好要反应这个命令以及(/或)地址之时，如果主控器要求数据，总线受控器206会以发出数据给主控器来做反应。在此情况中，总线主控器202可以由总线受控器206处读取数据，也就是说，总线受控器206在总线204上传输读取数据。如果主控器202指示一个写入操作，总线受控器206也可以从主控器202接收数据来做反应。在此情况中，总线主控器202可以在总线204上传输写入数据给总线受控器206。

总线的种类非常多，包括处理器/内存总线、底板(backplane)总线、输入/输出总线以及区块互联(inter-block)总线，包括在集成电路中的区块间互相连接的总线。图3A中表示使用处理器/内存总线302、底板总线304以及输出入总线306A及306B的一个计算机系统300的方块图。如图所示，处理器/内存总线302是一个高速总线用来在处理器308以及内存310之间传送数据。因为输出入组件312至318可能也需要存取处理器308或内存310，底板总线304以及输出入总线306A及306B也被提供来与总线配接器(adaptor)320A、320B及320C相接。配接器320A被提供来做处理器/内存总线302以及底板总线304的接口。配接器320A可以提供处理器/内存总线302以及底板总线304之间任何所需要的转换。类似地，配接器320B及320C可以分别地提供底板总线304以及输出入总线306A及306B之间任何所需要的转换。藉由将底板总线304以及输出入总线306A及306B耦合，处理器/内存总线302的负荷量将大量降低。图3B中表示一个集成电路350的方块图，其包含352A到352D等多种区块，可通讯地耦接到一个区块互联总线354。就像通讯总线可以被提供在外部作集成电路间的连接一样，区块互联总线354提供在集成电路350内部的总线通讯。虽然规模可能不相同，但是所有这些总线的基本目的都是一样的：从来源端传送信息到目的端。

在一般传送数据，或特别指是在通讯总线上传送数据，都必要具有一个数据的发送端(transmitter)以及一个数据的接收端(receiver)。上述的发送端及接收端也可以称为一个数据的来源(source)以及一个数据的终点(destination)。而且，当讨论通讯总线时，有时候也用主控器(master)以及受控器(slave)的称谓，其中受控单元是受主控单元所管制的。受控单元执行主控单元所要求的操作。在许多情况下，这些角色是永远不会改变的；这是意指，一个主控单元永远是主控单元而且一个受控单元永远是受控单元。然而，在其它规划中，单元是可以互相在主控或被控的身分上交换的。在这样的规划中，将它们称为一个启动器(initiator)以及一个目标器(target)是比较方便的。一个启动单元因此类似于一个主动式单元，其指示其它单元执行某些操作。一个启动单元可以有进一步的功能，其本身可以在某些其它状况当作被动式单元。因为本发明具有广泛的应用性，所以将使用启动器以及目标器的称谓，不过，任何熟悉相关技术的人可以了解本说明在主动及被动单元规划以及来源及终点规划方式时的应用性。

在一个有数个潜在启动器的通讯规划中，需要有总线仲裁来控制总线存取，由一个仲裁单元执行这个功能。所以一个总线传输包括执行仲裁、作要求以及执行所要求的操作等步骤。一个启动单元用发出一个总线要求来请求使用通讯总线，不过在仲裁器给予允许之前还是不能使用总线单元。当被允许存取总线时，启动器会继续依需求来使用通讯总线。而且，启动单元使用通讯总线完毕时必须发出信号通知仲裁器。如此仲裁器才可依需求将存取权利允许给别的启动单元。很多仲裁方式都为相关领域所周知，举例来说，雏菊链(daisy chain)仲裁、集中并列(centralized parallel)仲裁以及分布式(distributed)仲裁。

根据通讯总线的概念，我们现在来看一个通讯总线的协议。图4A表示的是时序图400，其图示一个已有技术中从启动单元写入数据到目标单元的同步总线传输协议。因为其为同步协议，启动单元及目标单元根据一个同步主控时钟402来操作。请注意在后续讨论中，所有逻辑图以及逻辑装置都被以低态有效(low-active)逻辑电平装置所描述。然而，本领域的技术人员可以了解高态有效(high-active)的装置也可以被使用。在启动单元写入数据到目标单元的情况下，启动单元准备写入数据WR_DATA 404以及写入地址WR_ADDR 406。当这些数据准备好时，如图中地址0及数据0在时间t0 408所示，启动单元以低态有效信号方式提供一个总线写入要求WR_REQ_B 410。在下一个时钟周期，如t1 415所示，目标单元接收WR_REQ_B 410并处理此要求。当目标单元准备好接收地址及数据讯息时，目标单元在时间t2 414启动一个允许信号GNT_B 412。在下一个时钟周期，如t3 416所示，第一个地址-地址0及第一个数据-数据0被写入到目标中。请注意地址-地址0及数据-数据0被表示为在t3 416之后的一小段时间写入。这是为了图标出任何在逻辑电路中处理或传递所需的延迟。这些延迟在时钟周期很小或传递延迟很大时可以变得很显著。确实，如果这些延迟超过一个时钟周期的期间时，一个传输总线会显示很显著的错误而影响其操作或在其上为了通讯目的而耦接的装置的操作。

在地址0及数据0被处理后，后续的地址及数据讯息，例如地址1到地址3以及数据1到数据3，可以被类似地传送(例如在时间t5 420，t7 424以及t4 418)。在一个写入要求完成后，启动单元在t4 418的一小段时间之后收回写入要求WR_REQ_B 410；此一小段时间是相关于经过组合逻辑的处理或传输的一个延迟。目标单元接着以收回总线允许GNT_B 412来做反应。然后总线可以使用于其它用途。

必须注意在接收数据时，目标单元可以时段性的收回总线允许信号来减慢数据的接收。以此方式，目标单元可以在接收更多讯息之前处理任何已经接收到的讯息。举例来说，在时间t5 420时，目标单元移除总线允许信号GNT_B 412所以地址2以及数据2在t6 422并没有被目标单元所接收，而是改由在允许信号GNT_B 412重新启动之后的时间t7 424时接收。

图4B表示的是时序图450，其图示一个已有技术中由启动单元从目标单元读取数据的同步总线传输协议。因为其为同步协议，启动单元及目标单元根据一个同步主控时钟452来操作。在启动单元从目标单元读取数据的情况下，启动单元准备读取地址RD_ADDR 456。当这些数据准备好时，如图中地址0在时间t0 458所示，启动单元提供一个总线读取要求RD_REQ_B 460。一段时间后(请注意延迟又因与图4A相似的原因被图示出来)，在时间t1463，目标单元接收到RD_REQ_B 460并处理该要求。当目标单元准备好要接收地址信息时，目标单元在时间t2 464发出一个总线允许信号GNT_B 462。在下一个时钟周期，如t3 466所示，第一个地址-地址0被目标单元接收；目标单元也可以接收后续的地址讯息例如地址1到地址3。必须注意在读取地址信息时，目标单元可以时段性的收回总线允许信号GNT_B 462来调节其何时读取从启动单元来的地址信息。以此方式，目标单元可以讯号通知启动器何时提供下一笔地址信息。举例来说，在时间t8 482，GNT_B 454被收回因而停止下一个地址-地址2被读取。然而在t5 472，GNT_B 454被重新发出因而指出地址2可以被读取。关于将被启动器读取的数据，目标器必须先处理及撷取该数据。举例来说，目标器必须处理并撷取与地址0对应的数据0，其它的地址也与此类似。一个读取操作可能花费数个时钟周期，取决于是否有对被存取的内存有做页分断(page break)的要求以及取决于系统的延迟。当RD_DATA 474含有至少第一笔将被读的数据(意指，在t4 468的数据0)，目标单元对应地发出数据就绪信号RD_DATA_RDY_B 470。数据0在下一个时钟周期时间t5 472被放在总线上。后续的读取数据，例如数据1到数据3，也类似地被传送。

在一个读取要求被完成后，也就是说，当一个目标接收完所有读取地址信息后，启动单元可以在时间t6 472取消总线读取要求RD_REQ_B 460。目标单元接着以取消总线允许GNT_B 454来做响应。当目标单元在时间t9 784完成提供所有的读取数据讯息时(意指，数据0到数据3)，其以发出讯号RD_DATA_RDY_B 470通知启动器。然后总线可以使用于其它用途。必须注意当读取数据时，目标单元可以时段性的移除读取数据就绪信号，RD_DATA_RDY_B 470来调节何时提供读取信息给启动单元。由此方式，目标单元可以信号通知启动单元什么时候会把信息放到总线上。举例来说，在时间t6 478，RD_DATA_RDY_B 470被取消因而停止下一笔数据-数据1被读取。然而在时间t7 480时，RD_DATA_RDY_B 470被重新发出因而指出数据1可以被读取。在通讯总线被延迟的情况下，一个延迟信号STALL_RD_DATA_B 476被发出因而指示不能再读取接下来的数据。例如，在时间t8 482，STALL_RD_DATA_B 476被发出因而数据2没有被放到通讯总线上。然而在时间t9 484时，STALL_RD_DATA_B 476被收回，下一笔数据-数据2被放到通讯总线上。

所述在图4A及4B图标的总线传输协议可以应用于很多不同的方式。在图5中是一个应用图4A及4B图标协议的通讯系统500的示范方块图。图5包含在启动单元502及目标单元504的多种装置，在通讯总线500的这些各样的方块可以由组合逻辑或是其它此领域的方式作成应用。如所示启动单元502通过通讯总线506通讯性地耦接到目标单元504。启动单元502其中有启动交换状态机(Initiator Handshake State Machine)508从启动单元502里接收讯号510来决定在总线506上是需要一个写入要求或是读取要求。如此，要求产生器512以逻辑电平低态产生信号514作为WR_REQ_B或RD_REQB来分别地指示一个写入或读取要求。信号514耦接到通讯总线506并指到目标单元504。目标单元504以目标交换状态机516接收并处理要求讯号514。为反应连到目标单元504的内部信号518，目标交换状态机516决定是否或何时可以处理目标单元的要求。如果目标单元504是可使用的，要求产生器520以逻辑电平低态产生信号522来指示其可以被使用。信号522直接接到或门(or gate)524；或门524也接收要求信号514。因此，信号514以及信号522必须同时在低逻辑电平来让或门524的输出为低逻辑电平(请记得此处使用低态有效装置)；或门524的输出因而以信号GNT_B 525允许总线要求。信号GNT_B 525接到启动交换状态机508以及要求产生器512，以对这些单元作通讯总线506状态的更新。信号GNT_B 525接着接到地址单元526及写入单元527。更详细来说，信号GNT_B 525是接到地址单元526的多工器528以及写入单元527的多工器529。地址单元526用作为写入以及读写操作时的地址功能。写入单元527适用作为从启动单元502经由通讯总线506写入数据到目标单元504之用。

在接收到信号GNT_B 525之前，地址单元526用地址/计数器534及多工器528使第一笔地址在地址信号530处就绪。地址信号530可以是写入地址或是读取地址。通过多工器528及D触发器532的操作，第一笔地址在信号GNT_B 525为高电平时持续地在每个时钟周期写入及再写入讯号线530。当信号GNT_B 525变成有效的低电平时，目标单元504从ADDR讯号530接收第一笔地址。地址/计数器534为接续地响应给ADDR信号530，其通过多工器528及D触发器532提供进一步的地址信息到ADDR信号530上。目标单元504可因此接收进一步的地址信息。地址/计数器534从启动单元502中接收信号536来决定适当的地址。地址单元526很重要地在写入及读取操作时做类似的操作。

在写入操作时，写入单元527被使用。在接收到信号GNT_B 525的有效低电平之前，写入单元527使第一笔写入数据在信号WR_DATA 538处就绪。通过多工器529及D触发器540的操作，第一笔写入数据在信号GNT_B 525为高电平时(意指未有效)持续地在每个时钟周期写入及再写入信号WR_DATA538。当信号GNT_B 525变成低电平(意指有效)时，目标单元504从信号WR_DATA 538接收第一笔写入数据。写入数据先进先出缓冲器(FIFO)544/先进先出控制器546为接续地响应给信号WR_DATA 538，其通过多工器529及D触发器540提供进一步的写入数据到信号WR_DATA 538上。目标单元504可因此接收进一步的数据对应到上述所接收的地址信息。写入数据先进先出缓冲器544也耦接到信号546接收在启动单元502中适当的数据讯息。

在读取操作时，读取单元528被使用。目标单元504，特别是指其中的读取单元548，必须至少准备好以上文描述地址单元526时所述方法传送的第一笔地址(意指地址0)所对应的寻址数据(意指数据0)。有了第一笔地址信息，读取单元548可以撷取该寻址数据，例如从内存，且经由信号574提供给数据先进先出缓冲器550。多工器552以类似多工器528及529的方式操作；而且D触发器554以类似如上述D触发器532及540的方式操作。应用信号Next_Data 556在低电平以及第一笔读取数据在数据先进先出缓冲器550就绪的条件，第一笔数据被持续地提供在读取数据讯号线558上。当先进先出控制以及数据输出控制单元560决定输出单元504已经准备好要提供被要求的数据，先进先出控制以及数据输出控制单元560对应地提供信号Next_Data 556给多工器552以及信号RD_DATA_RDY_B 564给启动单元502，更特别地来说，是其中的先进先出控制以及数据锁存(latch)控制单元566。当讯号NEXT_DATA 562在低电平时，第二笔以及后续的数据将由数据先进先出缓冲器550传递，经由多工器552以及D触发器554到启动单元502，特别是指其中的读取数据先进先出缓冲器568。当读取数据在读取数据先进先出缓冲器568时，其可以通过信号570分配到启动单元502内。先进先出控制以及数据锁存控制单元566藉由产生一个总线读取延迟信号STALL_RD_DATA_B 572给目标单元504，特别是指先进先出控制以及数据输出控制单元560，来提供进一步功能。当信号STALL_RD_DATA_B 572有效时，先进先出控制以及数据输出控制单元560使讯号NEXT_DATA 562变成高电平用以调节传递到通讯总线506上面的数据。

描述在图4A、4B及图5已有技术的通讯总线会遇到一定的不利条件。举例来说，如此的已有技术系统必须耦接启动及目标单元的操作。启动单元必须持续的提供一个表示某部分启动单元操作的指示。类似地，目标单元必须持续的提供一个表示某部分目标单元操作的指示。当此提供于一个被接近地控制的通讯总线，其也产生了许多的延迟，特别是，来回延迟。举例来说，在执行一个读取操作，信号必须由启动单元产生，连接到目标单元，经由目标单元处理后，一个不同的信号需要被目标单元产生，该新信号然后被接到启动单元来启动所需要的写入操作。就某种意义来说，信号必须绕经由启动单元，目标单元再回到启动单元。一个读取操作会产生另一个也是需要协商的来回延迟。

一个更进一步的不利条件是一个要求信号(意指RD_REQ_B或WR_REQ_B)以及一个允许信号(意指GNT_B)必须在同一个时钟周期变为有效，此将潜在造成读取或写入因为上述来回延迟而错误的发生。此外，由目标单元来的允许信号控制许多在启动单元内的逻辑功能，但是在启动单元里处理允许信号的操作可能需要减少，来避免太长的传输延迟。然而这也许会让适当的或完整的允许命令无法执行。举例来说，一个在启动目标里复杂但是被需要的特性可能因为其不能在一个够短的时间内完成而需要被放弃。

另一个已有技术的问题是地址需要在每一个时钟周期递增，但是当时钟频率很高时，地址计数的处理可能不会在一个时钟周期内完成。一个非常高的时钟频率可能造成其它在启动单元及目标单元里因为某些处理或许不能在一个时钟周期里完成的问题。当此发生时，错误的信息可能在下一个时钟周期出现，而产生错误情况。

本发明因为减少耦接所述要求及允许信号而增加已有技术没有的优点。

发明内容

本发明提供一种改进过的总线传输协议，其有效的使在一个数字通讯总线上的启动单元及目标单元互相之间减少耦接。一个依照本发明，在一个启动单元及目标单元互相连接的总线上处理数据从启动单元传送到目标单元的方法，其包含：在一个总线上与时钟信号同步地提供一个开始写入地址以及写入长度信息。当开始写入地址以及写入长度信息表示在总线上，一个写入要求信号会被提供出来。该写入要求会随着时钟信号的时钟周期同步地被变成有效或无效。一个从目标单元来的允许信号随后会被接收，该允许信号会随着时钟信号的时钟周期被变成有效或无效。在该允许信号变成无效之后，一些与时钟同步提供的写入数据项会被提供在总线上供目标单元提取，一个数据项会被提供在时钟信号的每一个个别的时钟周期，数据项的数目是由所述已提供的写入长度信息所决定。

本发明进一步提供一个与上述方法配合，从目标单元读取信息到启动单元的方法。刚开始，在一个总线上与一个时钟信号同步地提供一个开始读取地址以及读取长度信息。当开始读取地址以及读取长度信息表示在总线上，一个读取要求信号会被提供出来。该读取要求会随着时钟信号的时钟周期同步地被变成有效或无效。接下来，一个从目标单元来的允许信号会被接收。该允许信号会随着时钟信号的时钟周期被变成有效或无效。在该允许信号变成无效之后，一个从目标单元来的区块就绪信号会被接收，且一些与时钟同步提供的读取数据项会被提供在总线上供提取，一个读取数据项会被提供在时钟信号的每一个个别的时钟周期，数据项的数目是由所述已提供的写入长度信息所决定。

一个依照本发明的装置包含：一个启动单元或一个目标单元。该启动单元包含：一个要求产生单元(request generating unit)、一个信号交换状态机(handshaking state machine)、一个地址计数器(counter)、一个写入数据先进先出缓冲器(FIFO)及写入先进先出控制器(FIFO controller)，以及一个读取数据先进先出缓冲器及读取先进先出控制器。所述要求产生单元被耦接以接收一个操作类别指示器，而且被设定为，响应操作类别指示器来使在总线上的一个读取或写入要求信号有效。该读取或写入要求信号是与一个时钟信号同步的。所述信号交换状态机被耦接到要求产生器以提供所述操作类别指示器。该信号交换状态机被耦接到通讯总线上以接收一个允许信号，并提供一个有效的接续区块信号来响应一个有效的允许信号。所述地址计数器被耦接到信号交换状态机以接收接续区块信号，并被设定为，响应一个有效的接续区块信号同步地提供一个地址及一个长度，而一个读取或写入操作将在该地址开始且该长度指出将在通讯总线中传输的数据项的数目。所述写入数据先进先出缓冲器及写入先进先出控制器被耦接到信号交换状态机以接收接续区块信号，而且被设定成，响应一个有效的接续区块信号在一个写入操作中同步地提供所需数目的数据项。所述读取数据先进先出缓冲器及读取先进先出控制器被耦接以接收一个读取操作中在通讯总线上需读取数据项的数目，以及从通讯总线来的一个读入读取区块信号，并在通讯总线上提供一个接收接续区块信号。

所述目标单元包含：一个信号交换状态机、一个要求产生单元，以及一个数据先进先出缓冲器及先进先出控制器。该信号信号交换状态机被耦接以接收一个从通讯总线来的读取或写入要求信号以及一个单元就绪信号。该读取或写入要求信号是与一个时钟信号同步的。所述要求产生单元被耦接到信号交换状态机以接收一个单元就绪指示，且其被耦接到通讯总线以提供一个允许信号。该允许信号会响应一个有效的读取或写入要求以及一个有效的单元就绪信号而同步地变为有效。所述数据先进先出缓冲器及先进先出控制器被设定来同步地提供一个预先决定好数目的读取数据项或写入数据项以及一个给通讯总线的读取区块就绪信号，并接收从总线来的一个接收接续区块信号。

本发明的一个优点是，数据是以一组预先定义好的区块所传送。

本发明的另一个优点为，不是每一笔个别数据项的地址都需要在总线上被传送。

本发明的再一个优点为，从一个启始单元传输一个区块的数据到目标单元从头到尾的时间被减少了，因为并不需要让要求信号来等待允许信号，也因为不需要提供在总线上的地址及长度信息超过一个时钟周期以上。

附图说明

本发明通过后附详细说明的图示将会比较容易全盘了解，其仅为图解之用而非将本发明限制于图示范围。

图1是一个描绘一个根据已有技术的通讯总线通用的组织方块图。

图2是一个根据已有技术的主控器-被控器规划的通讯总线的方块图。

图3A是一个根据已有技术使用多样总线包括一个微处理器/内存总线、一个主版总线以及一个输入输出总线的计算机系统的方块图。

图3B是一个根据已有技术包含多样区块的电路以及一个内部区块连接总线的集成电路的方块图。

图4A描绘一个根据已有技术在一个同步通讯总线协议中影响一个写入操作的多种信号交互作用的时序图。

图4B描绘一个根据已有技术在一个同步通讯总线协议中影响一个读取操作的多种信号交互作用的时序图。

图5是一个根据已有技术包含一个启动单元、一个通讯总线以及一个目标单元的通讯系统的方块图。

图6是一个根据本发明包含一个启动单元、一个通讯总线以及一个目标单元的通讯系统的方块图。

图7A描绘一个根据本发明在一个同步通讯总线协议中影响一个写入操作的多种信号交互作用的时序图。

图7B描绘一个根据本发明在一个同步通讯总线协议中影响一个读取操作的多种信号交互作用的时序图。

图8A是一个根据本发明，在一个同步通讯总线协议中从一个启动单元写入数据到一个目标单元的方法的流程图。

图8B是一个根据本发明，在一个同步通讯总线协议中一个启动单元由一个目标单元读取数据的方法的流程图。

100、200通讯系统

102、202通讯总线

104控制线

106数据线

302、304、306A、306B通讯总线

312、314、316、318输出输入单元

352A、352B、352C、352D集成电路内部的电路区块

354  集成电路内部的通讯总线

502、602启动单元

504、604目标单元

506、606通讯总线

具体实施方式

图6中表示参考本发明某一个实施例的一个通讯系统600的方块图描画包含在一个启动单元602及一个目标单元604其中的多样装置。一个被该通讯系统600使用的总线协议进一步被用图7A及7B中的时序图700及750和图8A及8B中的流程图800及850所描述。如图6中所示，一个启动单元602根据本发明经由通讯总线606通讯性地耦接到目标单元604。在启动单元602中包含启动信号交换状态机608其接收从启动单元602中来的信号610来决定是否有一个在通讯总线上的写入或读取数据是被需要的。如果是的话，要求产生单元612分别地使一个信号614 WR_REQ_B或RD_REQ_B有效来指示一个写入要求或一个读取要求。该要求信号614被耦接到通讯总线66且被接到目标单元604。目标单元604随后在目标信号交换状态机616中接收并处理要求信号614。目标信号交换状态机616反应目标单元604里的信号618状态来决定是否准备好要来处理该要求信号614。重要的是，要求产生单元612仅需要只在一个时钟周期内产生信号614因为该目标信号交换状态机616只在一个时钟周期内需要这个信息。如果目标单元604可以被使用，要求产生单元620会使一个信号622有效来指出其已经就绪。信号622被接到一个D触发器624。该D触发器624使一个允许总线要求信号GNT_B 626有效。该讯号接到启动信号交换状态机608以及启动单元的要求产生单元612，来通知这些单元，通讯总线上状态的更新。重要的是，信号GNT_B 626仅需产生在只有一个时钟周期内，因为启动信号交换状态机608以及要求产生单元612只在一个时钟周期内需要这个信息。

为响应信号GNT_B 626，启动信号交换状态机608使一个接到区块地址单元626及写入单元627的信号NEXT_BLOCK 628变为有效。更特别地来说，该信号NEXT_BLOCK 628是接到地址产生器630以及写入数据先进先出缓冲器6 32。该信号NEXT_BLOCK 628是指出目标单元604准备好要接收一个数据的区块。根据本发明，该数据的区块是相关于一个区块地址(意指WR_ADDR或RD_ADDR)，而且进一步相关于一个该数据区块的长度(意指WR_LENGTH或RD_LENGTH)。

为响应信号NEXT_BLOCK 628，区块地址单元626，特别是指地址/计数器630，准备好第一个区块地址到D触发器635上，而D触发器635在下一个时钟周期准备好区块地址讯号634让目标单元604可以使用。重要地是，区块地址讯号634只要在一个时钟周期可以让目标单元604可以使用即可。地址/计数器630也决定将要在一个写入或读取操作钟传递的数据区块的长度。为响应信号NEXT_BLOCK 628，区块地址单元626，特别是指地址/计数器630，准备好相关的数据区块的长度。此外，区块的长度以及区块的地址共同与启动单元602以及目标单位604两者都相关联。当在接收NEXT_BLOCK628时，地址/计数器630准备好区块长度到D触发器635上，而D触发器635在下一个时钟周期准备好区块长度信号636让目标单元604可以使用。重要地是，区块长度信号636只要在一个时钟周期可以让目标单元604可以使用即可。区块地址单元626及其区块地址讯号634以及区块长度信号636在写入及读取操作两种操作中都可以使用。

有了区块地址以及区块长度信息，目标单元604随后可以准备来接收此已说明长度的被指定写入数据区块。在接收信号NEXT_BLOCK 628之前，启动单元602通过信号线640将要写入的信息送到写入数据先进先出缓冲器638。为响应信号NEXT_BLOCK 628，写入数据先进先出缓冲器638/先进先出控制器642提供第一笔数据项给D触发器639，D触发器639在下一个时钟周期将数据就绪在数据讯号644(意指WR_DATA)上。目标单元可以随后接收该第一笔包含于与上述地址及长度相关的指定区块的信息。写入数据先进先出缓冲器638/先进先出控制器642及D触发器639持续地在数据讯号644提供数据直到整个区块的数据被接收完为止。

在一个读取操作被执行时，目标单元604，特别是指读取单元648，会将与如所述方法传递的区块地址及区块长度相关的数据准备好。读取单元648利用区块长度信息来撷取已寻址的数据(例如，从内存)，并将其依顺序提供于数据先进先出缓冲器650上，然后，在D触发器654上。当相关于区块地址及区块长度的数据在数据先进先出缓冲器650上就绪时，第一笔数据项被提供到D触发器654上。同时间，数据先进先出缓冲器650提供信号669给先进先出控制及数据输出控制单元660，然后先进先出控制及数据输出控制单元660产生读取区块就绪信号RD_BLOCK_DATA_RDY_B 664给启动单元602，特别是指先进先出控制及数据锁存控制单元666。先进先出控制及数据锁存控制单元666随后准备好读取数据先进先出缓冲器667将接收该数据区块的第一项。在下一个时钟周期D触发器654提供数据的第一项在读取数据信号RD_DATA 658上。启动单元602已经准备好以读取数据先进先出缓冲器667来接收数据信号RD_DATA 658。读取数据先进先出缓冲器667随后让接收数据经由信号680在启动单元602上就绪。接续地，将一个信号670送给数据先进先出缓冲器650来让下一笔数据就绪。先进先出控制及数据锁存控制单元666藉由提供一个信号ACCEPT_NEXT_BLOCK_B 668接到先进先出控制及数据输出控制单元660来提供进一步的功能，以通知目标单元604，启动单元602已经准备好接收下一区块的数据(如果还有下一区块的数据)。重要的是，下一个区块的数据可以立即地在现有的数据区块之后被目标单元604传送并且由启动单元602接收而不需要多余的时钟周期。这是因为区块地址单元626与读取单元648没有耦接，操作可以流水线(pipelined)处理才能达成。

有了对本发明硬件应用的了解，接着叙述在图7A及7B的时序图700及750。图7A所示是一个描画一个本发明的总线上的写入操作时序图700。因为其为同步协议，启动单元以及目标单元基于一个主控时钟701来操作。接下来的讨论中，逻辑装置会被以低态逻辑电平为有效的方式来叙述。然而本领域的技术人员可以了解到，高态逻辑电平有效的信号也可应用在本发明中。在启动单元写数据到目标单元的情况中，启动单元在时间t0 712准备写入数据WR_DATA 710。以一种大体上同时的方式，一个数据地址WR_ADDR 704以及一个写入数据的长度WR_LENGTH 706被决定给写入数据WR_DATA 710。有了这些信息，一个写入要求，WR_REQ_B 702，在t0 712一个短时间之后被变得有效。为响应写入要求WR_REQ_B 702，在下一个周期t1 714时目标单元被通知启动单元准备要写一个相关于地址WR_ADDR 704以及相关于长度WR_LENGTH 706的一个数据区块WR_DATA 710。在t1 714之后的某时间，目标单元以发出允许信号GNT_B 708来允许该写入要求。如图7A所示，总线允许信号GNT_B 708在与t1 714为同一个时钟周期的时间t2 716被提供。重要的是，总线允许信号不需要如已有技术般在该同一时钟周期内产生。在本发明中，总线允许信号可以在任何接收到写入要求WR_REQ_B 702信号后的任何时间发生。另外需要注意的是写入要求WR_REQ_B 702不需要被维持为有效到超过一个时钟周期。在启动单元传送写入要求信号WR_REQ_B 702以及目标单元接收到这个信号后，启动单元在t1 714后移除要求信号WR_REQ_B 702。

当目标单元在时间t2 716提供总线允许信号GNT_B 708，目标单元指出其准备好在时间t3 718之后某时间接收区块地址WR_ADDR 704以及写入长度WR_LENGTH 706，如图7A所示。目标单元随后准备接收跟区块地址WR_ADDR704以及其相关的写入长度WR_LENGTH 706。重要的是，在收到上述信息后，目标单元如图标移除总线允许信号GNT_B 708。在时间t4 720，目标单元继续接收相关区块地址WR_ADDR 704以及写入长度WR_LENGTH 706的写入数据。在图7A所示的例子中，写入长度是4笔信息，此4笔信息在时间t4 720、t5 722、t6 724及t7 726后被接收。请注意在真实状况中将会有相关的传送及处理信息的相关延迟。

本领域的技术人员可以察知本发明减少了很多相关于持续监视写入要求以及总线允许信号的来回延迟。本发明减少了写入要求以及总线允许信号的耦合到仅需要在一个时钟周期的时间内需要这些信息。本发明在读取信息时提供类似的优点。

图7B所示是一个本发明的总线上的读取操作时序图750。因为其为同步协议，启动单元以及目标单元基于一个主控时钟751来操作。在启动单元从目标单元读取数据的情况中，启动单元准备好一个区块地址RD_ADDR 754以及一个读取数据的长度RD_LENGTH 756给即将读取的数据RD_DATA 750。有了这些信息，一个读取要求，RD_REQ_B 752，在t0 766一个短时间之后被变得有效。为响应读取要求RD_REQ_B 752，在下一个周期t1 768时目标单元被通知启动单元准备要写一个相关于区块地址RD_ADDR 754以及相关于长度RD_LENGTH 756的一个数据区块RD_DATA 760。在t1 768之后的某时间，目标单元以发出允许信号GNT_B 758来允许该读取要求。如图7B所示，总线允许信号GNT_B 758在与t1 768为同一个时钟周期的时间t2 770被提供。重要的是，总线允许信号不需要如已有技术般在该同一时钟周期内产生。在本发明中，总线允许信号可以在任何接收到读取要求RD_REQ_B 752信号后的任何时间发生。另外需要注意的是读取要求RD_REQ_B 752不需要被维持为有效到超过一个时钟周期。在启动单元传送读取要求信号RD_REQ_B 752以及目标单元接收到这个信号后，启动单元在t1 768后移除要求信号RD_REQ_B 752。

当目标单元在时间t2 770提供总线允许信号GNT_B 758，目标单元指出其准备好在时间t3 772之后某时间接收区块地址RD_ADDR 754以及读取长度RD_LENGTH 756，如图7B所示。目标单元随后准备接收该区块地址RD_ADDR754以及其相关的读取长度RD_LENGTH 756。重要的是，在收到上述信息后，目标单元如图标移除总线允许信号GNT_B 758。在时间t4 774，目标单元准备好传送相关区块地址RD_ADDR 704以及读取长度RD_LENGTH 706的读取数据。目标单元响应地提供信号RD_BLOCK_DATA_RDY_B 756来指示读取信息已经准备好要从目标单元传送到启动单元。如图7B所示，时间t3 772及时间t4 744之间的时间差相关于准备所需读取数据的时间。在需要从内存读取信息的情况下，也许需要有几个时钟周期的时间来撷取数据。请注意信号RD_BLOCK_DATA_RDY_B 756只需要被提供一个时钟周期的时间。响应信号RD_BLOCK_DATA_RDY_B 756，目标单元在t5 776开始继续传送数据。图7B所示的例子中，读取长度是4笔信息，此4笔信息在时间t5 776、t6 778、t7 780及t8 782后被接收。

图7B进一步表示由目标单元所产生的信号ACCEPT_NEXT_BLOCK_B 764指示启动单元下一个读取数据区块已经就绪而且将在现有传输结束后马上开始传送。举例来说，如图7B所示信号ACCEPT_NEXT_BLOCK_B 764在时间t6 778产生指出在当4笔数据，数据0到数据3传输完后，下一个数据的区块将会在t9 784开始传送。信号ACCEPT_NEXT_BLOCK_B 764以类似信号RD_BLOCK_DATA_RDY_B 756的方法，在其它接下来的读取要求RD_REQ_B 752以及允许要求758与数据的传输重迭时产生。以这种方式，处理以及数据传输是流水线化的。当处理以及数据传输有效的减少耦接时，通讯总线可以提供持续的使用而更有效被利用。

为更清楚了解本发明，图8A及8B提供了本发明方法的流程图。图8A所示是一个本发明的在通讯总线中启动单元写入数据到目标单元的方法800。图8A所示是一个本发明的在通讯总线中启动单元从目标单元读取数据的方法850。

参考图8A，一个启动单元通过在步骤802产生一个区块地址以及在步骤804产生一个写入长度来准备写入一个数据区块到一个目标单元。启动单元在步骤806进一步准备要传送的数据区块的串流。这样的数据串流有一个第一项以及一个最后一项数据并且以连贯的数据型态传输。因为启动单元随后将准备传送数据到目标单元，所以启动单元在步骤808产生一个写入要求，此要求在步骤810被目标单元接收。在本发明的某实施例，一个启动单元在步骤808产生该写入要求时，仅需维持一个时钟周期。目标单元随后可以判断其是否准备好接收一个写入数据的区块。当目标单元准备要接收一个写入数据的区块，其在步骤812产生一个允许由启动单元在步骤814接收。在本发明的某实施例，目标单元在步骤812仅产生该允许一个时钟周期的时间。目标单元随后在步骤816接收该区块地址及在步骤818接收写入长度。在步骤820时，目标单元接收数据的串流。当在步骤820接收数据的串流时，目标单元期待得到一个由步骤818决定的写入长度的数据。目标单元随后将接收到的数据区块与在步骤816决定的区块地址作相关处理。在本发明的某实施例，在步骤808的写入要求及步骤812的允许若仅产生一个时钟周期，在方法800中的许多步骤都能流水线化来使通讯讯总线的使用以及数据传输的有效率达到最佳化。举例来说，步骤802到81 8可以在步骤820执行时执行。

参考图8B，一个启动单元通过在步骤852产生一个区块地址以及在步骤854产生一个读取长度来准备从一个目标单元读取一个数据区块。启动单元随后准备要从目标单元接收读取数据。启动单元在步骤856产生一个读取要求，此要求随后在步骤858被目标单元接收。在本发明的某实施例，一个启动单元在步骤858产生该读取要求时，仅需维持一个时钟周期。目标单元随后准备要被读取数据的相关信息。另外，目标单元可以判断其是否准备好传送一个读取数据的区块。当目标单元准备要传送一个读取数据的区块，其在步骤860产生一个允许由启动单元在步骤862接收。在本发明的某实施例，目标单元在步骤860仅产生该允许一个时钟周期的时间。目标单元随后在步骤864接收该区块地址及在步骤866接收读取长度。目标单元利用收到区块地址及读取长度在步骤868收集要被读取的数据串流。步骤868可以包含其它例如从内存撷取数据或进行相关计算等步骤。该数据串流有一个第一项以及一个最后一项数据并且以连贯的数据型态传输。在步骤870时，目标单元发出信号RD_BLOCK_DATA_RDY_B 870来指示读取信息已经准备好要传送。启动单元在步骤872接收这个讯号。为了响应，启动单元准备接收数据。目标单元随后在步骤874传送数据串流，而启动单元在步骤876接收数据的串流。当在步骤876接收数据的串流时，启动单元期待得到一个由步骤854决定的读取长度的数据。启动单元随后将接收到的数据区块与在步骤852决定的区块地址作相关处理。在本发明的某实施例，在步骤856的读取要求及步骤860的允许若仅产生一个时钟周期，在方法850中的许多步骤都能流水线化来使通讯总线的使用以及数据传输的有效率达到最佳化。举例来说，步骤852到872可以在步骤874执行时执行。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (30)

1.一种数据传输的方法，在一个启动单元及目标单元互相连接的总线上在启动单元和目标单元之间传输数据，该方法包含：

在一个总线上与时钟信号同步地提供一个开始写入地址以及写入长度信息；

当开始写入地址以及写入长度信息出现在总线上时，提供一个随着时钟信号的时钟周期同步地被变成有效或无效的写入要求信号；

接收一个从目标单元来的随着时钟信号的时钟周期被变成有效或无效的允许信号；以及

在该允许信号变成无效之后，提供一些与时钟同步提供的写入数据项在总线上供目标单元提取，一个数据项被提供在时钟信号的每一个个别的时钟周期，数据项的数目是由所述已提供的写入长度信息所决定。

2.如权利要求1所述的数据传输的方法，其中该写入要求信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

3.如权利要求1所述的数据传输的方法，其中该允许信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

4.如权利要求1所述的数据传输的方法，

其中写入要求信号及允许信号个别包含延伸一个或多个时钟周期的有效时间；并且

其中写入要求有效期间的时钟周期跟允许信号有效期间的时钟周期不同。

5.如权利要求1所述的数据传输的方法，其中启动单元处理提供所述开始写入地址以及写入长度信息的步骤。

6.如权利要求1所述的数据传输的方法，其中启动单元处理提供所述写入要求信号的步骤。

7.如权利要求1所述的数据传输的方法，其中启动单元处理提供所述写入数据项的步骤。

8.一种数据传输的方法，在一个启动单元及目标单元互相连接的总线上在启动单元及目标单元之间传输数据，其方法包含：

当开始写入地址以及写入长度信息表示在总线上时，从启动单元接收一个随着时钟信号的时钟周期同步地被变成有效或无效的写入要求信号；

提供一个随着时钟信号的时钟周期被变成有效或无效的允许信号给启动单元；所述开始写入地址及写入长度信息在要求信号的有效期间被提取；以及

在该允许信号变成无效之后，提取一些在总线上与时钟同步提供的写入数据项，一个数据项被提供在时钟信号的每一个个别的时钟周期，数据项的数目是由所述已提供的写入长度信息所决定。

9.如权利要求8所述的数据传输的方法，其中该写入要求信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

10.如权利要求8所述的数据传输的方法，其中该允许信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

11.如权利要求8所述的数据传输的方法，

其中写入要求信号及允许信号个别包含延伸一个或多个时钟周期的有效时间；并且

其中写入要求有效期间的时钟周期与允许信号有效期间的时钟周期不同。

12.如权利要求8所述的数据传输的方法，其中目标单元处理提供所述允许信号给启动单元的步骤。

13.如权利要求8所述的数据传输的方法，其中目标单元处理提取所述一些写入数据项的步骤。

14.一种数据传输的方法，在一个启动单元及目标单元互相连接的总线上在启动单元及目标单元之间传输数据，其方法包含：

在一个总线上与时钟信号同步地提供一个开始读取地址以及读取长度信息；

当开始读取地址以及读取长度信息表示在总线上时，提供一个随着时钟信号的时钟周期同步地被变成有效或无效的读取要求信号；

接收一个从目标单元来的随着时钟信号的时钟周期被变成有效或无效的允许信号；以及

在该允许信号变成无效之后，

接收一个从目标单元来的区块就绪信号；以及

提取一些总线上与时钟同步提供的读取数据项，一个数据项被提供在时钟信号的每一个个别的时钟周期，数据项的数目是由所述已提供的写入长度信息所决定。

15.如权利要求14所述的数据传输的方法，其中该读取要求信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

16.如权利要求14所述的数据传输的方法，其中该允许信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

17.如权利要求14所述的数据传输的方法，

其中读取要求信号及允许信号个别包含延伸一个或多个时钟周期的有效时间；并且

其中读取要求有效期间的时钟周期与允许信号有效期间的时钟周期不同。

18.如权利要求14所述的数据传输的方法，其中启动单元处理提供所述开始读取地址以及读取长度信息的步骤。

19.如权利要求14所述的数据传输的方法，其中启动单元处理提供所述读取要求信号的步骤。

20.如权利要求14所述的数据传输的方法，其中启动单元处理接收所述区块就绪信号的步骤。

21.如权利要求14所述的数据传输的方法，其中启动单元处理提取所述一些读取数据项的步骤。

22.一种数据传输的方法，在一个启动单元及目标单元互相连接的总线上在启动单元及目标单元之间传输数据，其方法包含：

当开始读取地址以及读取长度信息表示在总线上时，接收一个随着时钟信号的时钟周期同步地被变成有效或无效的读取要求信号；

提供一个从目标单元来的随着时钟信号的时钟周期被变成有效或无效的允许信号；所述开始读取地址及读取长度信息在要求信号的有效期间被提取；以及

在该允许信号变成无效之后，

提供一个从目标单元来的区块就绪信号；以及

提供一些总线上与时钟同步提供的读取数据项，一个数据项被提供在时钟信号的每一个个别的时钟周期，数据项的数目是由所述已提供的读取长度信息所决定。

23.如权利要求22所述的数据传输的方法，其中该读取要求信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

24.如权利要求22所述的数据传输的方法，其中该允许信号包含一个大约一个时钟周期的有效时间。

25.如权利要求22所述的数据传输的方法，

其中读取要求信号及允许信号个别包含延伸一个或多个时钟周期的有效时间；并且

其中读取要求有效期间的时钟周期与允许信号有效期间的时钟周期不同。

26.如权利要求22所述的数据传输的方法，其中目标单元处理提供所述区块就绪信号的步骤。

27.如权利要求22所述的数据传输的方法，其中目标单元处理提供所述允许信号给启动单元的步骤。

28.如权利要求22所述的数据传输的方法，其中目标单元处理提供所述一些读取数据项的步骤。

29.一个启动单元包含：

一个要求产生单元，耦接以接收一个操作类别指示信号，并且设定来反应该操作类别指示装置来使一个读取或写入要求信号在一个通讯总线上有效，而该读取或写入要求信号与一个时钟信号同步；

一个信号交换状态机耦接到要求产生单元来提供所述操作类别指示信号，该信号交换状态机耦接到通讯总线以连接一个允许信号并且反应该允许信号有效的状态来提供一个有效的接续区块信号；

一个地址计数器耦接到所述信号交换状态机来接收所述接续区块信号，该地址计数器被设定反应一个有效的接续区块信号来同步地提供一个所述读取或写入操作将开始的地址以及一个长度来指示一个在该操作中将在总线上传输的数据项的数目；

一个写入数据先进先出缓存器以及写入先进先出控制器耦接到信号交换状态机来接收所述接续区块信号，该写入数据先进先出缓存器以及控制器被设定来反应一个有效的接续区块信号，在一个写入操作时同步地在通讯总线上提供所述数目的数据项；以及

一个读取数据先进先出缓存器以及读取先进先出控制器被耦接以在一个读取操作时接收在通讯总线上的所述数目的数据项，以及一个在通讯总线的读入读取数据信号，并且提供一个接收接续区块信号到通讯总线上。

30.一个目标单元包含：

一个信号交换状态机被耦接来从通讯总线接收一个读取或写入信号以及一个单元可利用信号，所述读取或写入信号与一个时钟信号同步；

一个要求产生单元被耦接到信号交换状态机以接收一个单元可利用信号；该要求产生单元被耦接到通讯总线以提供一个允许信号；该允许信号，为响应一个有效的读取或写入要求信号以及一个有效的单元可利用信号，被同步地变为有效；以及

一个数据先进先出缓冲器以及先进先出控制器来同步地提供一个已预先规定数目的读取数据项或接收一个已预先规定数目的写入数据项，以及一个给通讯总线的读取数据就绪信号，并且从总线接收一个接收接续区块信号。

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