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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schaltungsvorrichtungen, in welchen
eine Datenverarbeitung wie beispielsweise eine Datenspeicherung
vorgenommen wird, und Verfahren zum Übertragen von verarbeiteten
und/oder gespeicherten Daten zwischen einem Schaltungskernmodul
und einem externen Schaltungsmodul.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsvorrichtung zur
Datenverarbeitung, die ein Schaltungskernmodul, eine Controller-Prozessoreinheit
zur Ansteuerung und Adressierung des Schaltungskernmoduls und eine
Datenübertragungseinheit
zur Übertragung
von Daten zwischen dem Schaltungskernmodul und mindestens einem
externen Schaltungsmodul aufweist.
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2 zeigt
eine herkömmliche
Schaltungsvorrichtung zur Datenverarbeitung, wobei ein Schaltungskernmodul
(CORE) mit mindestens einem externen Schaltungsmodul über eine
Datenverarbeitungseinheit (DV) und eine Datenschnittstelleneinheit bzw.
Daten-Interfaceeinheit (DI) verbunden ist.
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Das
Schaltungskernmodul erhält
Kontroll-Signale zur Steuerung von beispielsweise einer Datenspeicherung
in das Schaltungskernmodul und/oder einer Datenauslesung aus dem
Schaltungskernmodul. Weiterhin werden dem Schaltungskernmodul Adress-Signale zur Adressierung
der in dem Schaltungskernmodul gespeicherten Daten bzw. der aus dem
Schaltungskernmodul zu lesenden Daten bereitgestellt.
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Während das
Schaltungskernmodul eine hohe Parallelität bei einer Datenverarbeitung
aufweist, ist bei einem Übertragen
der Daten zu einem externen Schaltungsmodul (nicht gezeigt) für ein Datenverarbeitungsmodul
DV und/oder ein Daten-Interfacemodul
DI eine Verringerung der Parallelität gegeben. Hierbei wirken sich
unterschiedliche Verarbeitungsgeschwindigkeiten in den einzelnen
Modulen erheblich auf eine Datenübertragungsrate
bzw. eine Datenaustauschrate zwischen dem Schaltungskernmodul und
externen Schaltungsmodulen aus.
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In
herkömmlicher
Weise werden die Schaltungskernmodule beispielsweise Halbleiterschaltungen
(Chips) in unterschiedlichen Geschwindigkeitsklassen gefertigt und
angeboten. Die Schaltungskernmodule umfassen beispielsweise Speichereinheiten,
vorzugsweise DRAMs (Dynamic Random Access Memory = dynamische Schreib-Lesespeicher).
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Je
höher die
durch das Schaltungskernmodul erreichten Geschwindigkeiten in der
Datenverarbeitung sind, desto höher
ist der erzielte Preis der gesamten Schaltungsvorrichtung. Entscheidend
für eine
Einteilung in Geschwindigkeitsklassen ist hierbei, wie hoch eine
maximal anlegbare Taktfrequenz ist, bei welcher das Schaltungskernmodul
noch funktionsfähig
ist.
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In
nachteiliger Weise ist bei einer Festlegung einer maximalen Taktfrequenz
weniger das Schaltungskernmodul als vielmehr das Datenverarbeitungsmodul
DV und/oder das Daten-Interfacemodul DI
ausschlaggebend.
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In
unzweckmäßiger Weise
wird bei einer Herstellung von Schaltungsvorrichtungen, die beispielsweise
Speichereinheiten enthalten, nicht auf unterschiedliche Geschwindigkeitsklassen
geachtet. Erst bei den anschließenden
Testverfahren in einer Testvorrichtung wird die gefertigte Schaltungsvorrichtung
jeweiligen Geschwindigkeitsklassen zugeordnet, damit der jeweils
höchste
Verkaufspreis erreicht werden kann.
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Zur
Lösung
dieses Problems wurde vorgeschlagen, die Schaltungsvorrichtungen,
die das Schaltungskernmodul COR, das Datenverarbeitungsmodul DV
und das Daten-Interfacemodul DI enthalten, zunächst zu fertigen, dann hinsichtlich
unterschiedlicher Geschwindigkeitsanforderungen zu testen und schließlich die
getesteten Schaltungsvorrichtungen jeweils einer höchsten Geschwindigkeitsklasse
zuzuordnen. Dieses herkömmliche
Verfahren weist den wesentlichen Nachteil auf, dass es aufwendig
und somit kostenintensiv ist.
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Weiterhin
sind herkömmliche
Schaltungsvorrichtungen dann nicht einsetzbar, wenn beispielsweise
das Datenverarbeitungsmodul und/oder das Daten-Interfacemodul fehlerhaft
sind. In diesem Fall muss die gesamte Schaltungsvorrichtung als
fehlerhaft beurteilt werden und kann in keiner Geschwindigkeitsklasse
mehr eingesetzt werden.
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In
nachteiliger Weise ist es nicht möglich, die herkömmliche
Schaltungsvorrichtung auf unterschiedliche, insbesondere hohe Frequenzen
einzustellen, damit ein hoher Verkaufspreis erzielt werden kann.
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In
der Publikation "A
large-area integrated Multiprocessor-System for Videoapplications", von M. Rudack et
al., IEEE Design and Test of Computers, Januar/Februar 2002 ist
ein integriertes Multiprozessorsystem für Videoanwendungen beschrieben.
Obwohl Redundanz- und Selbstkonfigurationstechniken beschrieben
sind, um eine hohe Zuverlässigkeit
mit einer ausreichenden Ausbeute bei der Fertigung des Systems sicherzustellen,
erfolgt mit den in der Publikation erwähnten "bidirectional repeaters" lediglich eine Signalweiterleitung
bzw. eine Signalverstärkung
in einer vorgebbaren (umschaltbaren) Richtung.
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In
der
US 6,530,045 B1 sind
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen von RAMBUS-DRAMs offenbart.
Hierbei wird ein Testverfahren für
derartige DRAMs bereitgestellt, das eine geringere Anzahl von Verbindungen
mit einem Testsystem erfordert als herkömmliche Schaltungsvorrichtungen.
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Die
EP 1 040 420 B1 beschreibt
ein Verfahren zur Reparatur von integrierten Schaltkreisen, durch
welches es möglich
ist, defekte Zellen in dem betreffenden Schaltkreis durch funktionsfähige Zellen
zu ersetzen, wodurch insgesamt ein Ausschuss verringert wird. Hierbei
wird das BIST-Prinzip innerhalb einer zu reparierenden Schaltungseinheit
(BIST: Built in Selftest) eingesetzt.
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Es
ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsvorrichtung
zur Datenverarbeitung und ein Verfahren zum Verbinden eines Schaltungskernmoduls
mit mindestens einem externen Schaltungsmodul bereitzustellen, bei
welchen eine optimale Ausnutzung der Betriebsgeschwindigkeit des
Schaltungskernmoduls ermöglicht
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Schaltungsvorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ferner
wird die Aufgabe durch ein im Patentanspruch 3 angegebenes Verfahren
gelöst.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, geschwindigkeitskritische
Komponenten der Schaltungsvorrichtung mehrfach redundant auszulegen,
derart, dass bei einem Testen der Schaltungsvorrichtung diejenige
der redundanten Komponenten ausgewählt werden kann, welche die
höchste Geschwindigkeit
aufweist.
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Während das
Schaltungskernmodul eine hohe Parallelität bei einer Datenverarbeitung
und somit eine hohe Betriebsgeschwindigkeit aufweist, sind zwischen
das Schaltungskernmodul und externen Schaltungseinheiten geschaltete
Datenverarbeitungsmodule und/oder Daten-Interfacemodule herstellungsabhängig mit
unterschiedlichen Betriebsgeschwindigkeiten betreibbar, die deutlich
unter der Betriebsgeschwindigkeit des Schaltungskernmoduls liegen
können.
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Der
Kern der Erfindung besteht somit darin, die im Vergleich zu dem
Schaltungskernmodul kostengünstigen
Datenverarbeitungsmodule und Daten-Schnittstellenmodule mehrfach
redundant auszulegen, derart, dass jeweils die schnellsten Datenverarbeitungsmodule
und/oder Daten-Interfacemodule ausgewählt werden können, um
eine hochwertigere Gesamt-Schaltungsvorrichtung
bereitzustellen.
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Hierbei
sind das Datenverarbeitungsmodul bzw. die Datenverarbeitungseinheit
und das Daten-Interfacemodul bzw. die Datenschnittstelleneinheit
in einer Datenübertragungseinheit
zusammengefasst, die mehrfach redundant ausgelegt ist. Die Erfindung
zieht nun Nutzen aus der Tatsache, dass eine mehrfach redundante
Auslegung einer derartigen Datenübertragungseinheit
Kosten verursacht, die geringer sind als eine Erhöhung eines
erzielbaren Gesamt-Verkaufspreises der Gesamt-Schaltungsvorrichtung, wenn diese durch
eine geeignete Auswahl einer Datenübertragungseinheit in eine
höhere Geschwindigkeitsklasse
eingeordnet werden kann.
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Es
ist somit ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass
die jeweils höchste
Geschwindigkeitsklasse ausgewählt
werden kann. Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass
Fehler in Datenübertragungseinheiten
nach einer Fertigung der Gesamt-Schaltungsvorrichtung behoben werden
können,
indem eine weitere, redundante Datenübertragungseinheit anstelle
einer defekten Datenübertragungseinheit
ausgewählt
wird.
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Die
Schaltungsvorrichtung zur Datenverarbeitung weist im Wesentlichen
auf:
- a) ein Schaltungskernmodul;
- b) eine Controller-Prozessoreinheit zur Ansteuerung und Adressierung
des Schaltungskernmoduls;
- c) eine Datenübertragungseinheit
zur Übertragung
von Daten zwischen dem Schaltungskernmodul und mindestens einem
externen Schaltungsmodul,
- d) mindestens eine weitere Datenübertragungseinheit, die redundant
zu der Datenübertragungseinheit
ausgelegt ist, wobei die weitere Datenübertragungseinheit eine Datenverarbeitungseinheit
zur Verarbeitung von Daten und zur Weiterleitung von Datenströmen von
dem und an das Schaltungskernmodul, und eine Datenschnittstelleneinheit
zur Ankopplung des Schaltungskernmoduls an das mindestens eine externe
Schaltungsmodul aufweist;
- e) eine erste Umschalteinheit zur Umschaltung eines Datenstroms
zwischen dem Schaltungskernmodul und den mehrfach redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten,
die durch ein erstes Testmodussignal umschaltbar ist; und
- f) eine zweite Umschalteinheit zur Umschaltung eines Datenstroms
zwischen den mehrfach redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten und
dem mindestens einen externen Schaltungsmodul, die durch ein zweites
Testmodussignal umschaltbar ist, wobei
- g) die mindestens eine weitere Datenübertragungseinheit in Abhängigkeit
von einem Testen der Schaltungsvorrichtung hinsichtlich einer maximalen
Datenverarbeitungsgeschwindigkeit mittels der ersten und zweiten
Testmodussignale ausgewählt
wird.
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Weiterhin
weist das Verfahren zum Verbinden eines Schaltungskernmoduls mit
mindestens einem externen Schaltungsmodul im Wesentlichen die folgenden
Schritte auf:
- a) Bereitstellen einer Controller-Prozessoreinheit;
- b) Ansteuern des Schaltungskernmoduls mittels Steuerdaten, die
von der Controller-Prozessoreinheit über einen Steuerbus zugeführt werden;
- c) Adressieren des Schaltungskernmoduls mittels Adressierungsdaten,
die von der Controller-Prozessoreinheit über einen Adressbus zugeführt werden;
und
- d) Übertragen
von Daten zwischen dem Schaltungskernmodul und dem mindestens einen
externen Schaltungsmodul mittels einer Datenübertragungseinheit, wobei mindestens
eine weitere Datenübertragungseinheit,
die redundant zu der Datenübertragungseinheit
ausgelegt ist und die eine Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung von
Daten und zur Weiterleitung von Datenströmen von dem und an das Schaltungskernmodul und
eine Datenschnittstelleneinheit zur Ankopplung des Schaltungskernmoduls
an das mindestens eine externe Schaltungsmodul aufweist, bereitgestellt
wird, wobei ein Datenstrom zwischen dem Schaltungskernmodul und
den mehrfach redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten mittels
einer ersten Umschalteinheit durch ein erstes Testmodussignal umgeschaltet
wird, und ein Datenstrom zwischen den mehrfach redundant ausgelegten
Datenübertragungseinheiten und
dem mindestens einen externen Schaltungsmodul mittels einer zweiten
Umschalteinheit durch ein zweites Testmodussignal umgeschaltet wird,
wobei die mindestens eine weitere Datenübertragungseinheit in Abhängigkeit
von einem Testen der Schaltungsvorrichtung hinsichtlich einer maximalen
Datenverarbeitungsgeschwindigkeit mittels der ersten und zweiten
Testmodussignale ausgewählt
wird.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das Schaltungskernmodul
mindestens eine Speichereinheit auf. Vorzugsweise ist die mindestens
eine Speichereinheit als ein DRAM-Speicher (Dynamic Random Access Memory
= dynamischer Schreib-Lesespeicher) ausgebildet.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
die mindestens eine weitere Datenübertragungseinheit, die redundant
zu der ersten Datenübertragungseinheit
ausgelegt ist, in Abhängigkeit
von einem Testmodus bei einem Testen des Schaltungskernmoduls ausgewählt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockbild der Schaltungsvorrichtung zur Datenverarbeitung mit mehrfach
redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 eine
herkömmliche
Schaltungsvorrichtung zur Datenverarbeitung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten oder Schritte.
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In
dem in 1 gezeigten Blockbild gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Schaltungskernmodul 100 gezeigt,
das mit mindestens einem externen Schaltungsmodul 110 zu
verbinden ist. Die in 1 gezeigten Doppelpfeile kennzeichnen
Datenbusse bzw. Datenübertragungskanäle, über welche
Daten bzw. Datenströme
zwischen dem Schaltungskernmodul 100 und dem externen Schaltungsmodul 110 ausgetauscht
werden können.
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Die
für einen
Datenaustausch notwendige Datenübertragungseinheit 103a ist,
wie in 1 veranschaulicht, mehrfach ausgelegt, d.h. es
ist eine Anzahl n von zusätzlichen,
redundanten Datenübertragungseinheiten 103b-103n bereitgestellt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass für
einen Datenaustausch zwischen dem Schaltungskernmodul 100 und
dem mindestens einen externen Schaltungsmodul 110 lediglich
eine Datenübertragungseinheit 103a-103n erforderlich
ist. In vorteilhafter Weise sind in der Gesamt-Schaltungsvorrichtung eine
Anzahl von n Datenübertragungseinheiten 103a-103n bereitgestellt,
die aufgrund von Prozessbedingungen bei deren Herstellung unterschiedliche Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten
aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch das Schaltungskernmodul 100 unterschiedliche
Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten aufweisen kann, dieses aus Kostengründen jedoch
nicht mehrfach redundant bereitgestellt werden kann.
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Weiterhin
ist es ein Vorteil, dass das Schaltungskernmodul 100 eine
hohe Parallelität
bei einer Datenverarbeitung aufweist, so dass eine maximale Datenverarbeitungsgeschwindigkeit
der Gesamt-Schaltungsvorrichtung stets in dem Schaltungskernmodul 100 bereitgestellt
ist. Das Schaltungskernmodul 100 weist beispielsweise,
wie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der 1 veranschaulicht, eine Anzahl von Speichereinheiten 101a-101k auf.
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Dem
Schaltungskernmodul 100 werden von einer Controller-Prozessoreinheit 102 über einen Steuerbus 106 Steuerdaten 107 und über einen Adressbus 108 Adressierungsdaten 109 zugeführt. Somit
sind die in dem Schaltungskernmodul 100 angeordneten Speichereinheiten 101a-101k adressierbar
und eine Datenspeicherung in die bzw. ein Datenauslesen aus den
Spei chereinheiten 101a-101k kann durch die Controller-Prozessoreinheit 102 bereitgestellt
werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass bei einem Betrieb der Schaltungsvorrichtung
zur Datenverarbeitung lediglich eine der Datenübertragungseinheiten 103a-103n aktiviert
ist und im Betrieb eingesetzt wird. Nach einer Fertigung der Gesamt-Schaltungsvorrichtung
wird diese jedoch zunächst
auf ihre Funktionsfähigkeit
getestet, wobei bei einem derartigen Testen auch ein Bestimmen einer
Geschwindigkeitsklasse vorgenommen wird. Hierbei ist es möglich, in Abhängigkeit
von zugeführten
Testmodussignalen, hier einem ersten Testmodussignal 203 und
einem zweiten Testmodussignal 204, eine Bestimmung einer
Datenverarbeitungsgeschwindigkeit der Gesamt-Schaltungsanordnung in Abhängigkeit
von einer zwischen dem Schaltungskernmodul 100 und dem
mindestens einen externen Schaltungsmodul 110 angeordneten
Datenübertragungseinheit 103a-103n durchzuführen. D.h.,
es ist möglich,
unterschiedliche Datenübertragungseinheiten 103a-103n zu
testen und diejenige mit einer maximalen Datenverarbeitungsgeschwindigkeit
und/oder Datenübertragungsgeschwindigkeit
für einen
anschließenden
Betrieb der Gesamt-Schaltungsvorrichtung zur Datenverarbeitung vorzusehen.
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Zu
diesem Zweck, d.h. um ein Umschalten zwischen unterschiedlichen
Datenübertragungseinheiten 103a-103n vorzusehen,
sind eine erste Umschalteinheit 201 zwischen dem Schaltungskernmodul 100 und
den Datenübertragungseinheiten 103a-103n und
eine zweite Umschalteinheit 202 zwischen den Datenübertragungseinheiten 103a-103n und
dem mindestens einen externen Schaltungsmodul 110 bereitgestellt.
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In
Abhängigkeit
von einem einem Testsystem vorgegebenen Testmodussignal werden die
entsprechenden Umschalteinheiten 201, 202 angesteuert
und umgeschaltet. Hierbei wird ein Datenstrom zwischen dem Schaltungskernmodul 100 und
den mehrfach redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten 103a-103n mittels der
ersten Umschalteinheit 201 umgeschaltet, und ein Datenstrom zwischen
den mehrfach redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten 103a-103n und
dem mindestens einen externen Schaltungsmodul 110 mittels der
zweiten Umschalteinheit 202 umgeschaltet.
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In
vorteilhafter Weise weisen die mehrfach redundant ausgelegten Datenübertragungseinheiten 103a-103n jeweils
eine Datenverarbeitungseinheit 104a-104n und/oder
eine Datenschnittstelleneinheit 105a-105n auf.
Während
die grundlegende Funktion des Schaltungskernmoduls 100 darin
besteht, ein Speichern und Adressieren von Daten bereitzustellen,
besteht die grundlegende Funktion der Verarbeitungseinheit 104a-104n der
Datenübertragungseinheit 103a-103n darin,
Daten für
ein verwendetes Datenprotokoll bereitzustellen bzw. umzuwandeln.
Die Funktion der Datenschnittstelleneinheit 105a-105n der
Datenübertragungseinheit 103a-103n besteht darin,
Daten zu dem mindestens einen externen Schaltungsmodul 110 zu
senden, bzw. Daten von diesem zu empfangen. Somit stellt die jeweilige
Datenschnittstelleneinheit 105a-105n der ausgewählten Datenübertragungseinheit 103a-103n die "Schnittstelle" zur Außenwelt
dar.
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Während die
Umschalteinheiten 201 und 202 mit Hilfe erster
und zweiter Testmodussignale 203, 204 konfigurierbar
sind, ist sicherzustellen, dass jeweils eine der Datenübertragungseinheiten 103a-103n aktiviert
ist, um eine Datenverbindung aufrecht zu erhalten. Diejenige Datenübertragungseinheit 103a-103n,
bei welcher eine höchste
Geschwindigkeitsklasse bestimmt wurde, wird bei einem nachfolgenden
Einsatz der Gesamt-Schaltungsvorrichtung ausgewählt bzw. fest verdrahtet.
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Bezüglich der
in 2 dargestellten herkömmlichen Schaltungsvorrichtung
zur Datenverarbeitung wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar.
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Auch
ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten
beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten oder Schritte.
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- 100
- Schaltungskernmodul
- 101a-101k
- Speichereinheit
- 102
- Controller-Prozessoreinheit
- 103a-103n
- Datenübertragungseinheit
- 104a-104n
- Datenverarbeitungseinheit
- 105a-105n
- Datenschnittstelleneinheit
- 106
- Steuerbus
- 107
- Steuerdaten
- 108
- Adressbus
- 109
- Adressierungsdaten
- 110
- Externes
Schaltungsmodul
- 201
- Erste
Umschalteinheit
- 202
- Zweite
Umschalteinheit
- 203
- Erstes
Testmodussignal
- 204
- Zweites
Testmodussignal