DE19952546A1 - Effektivere Bus-Architektur durch Einführung von Schattenregistern als Ergänzung zu einer RAM-Struktur - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit einer Zentraleinheit (1a), einer Sende- und Empfangsvorrichtung (2), einer ersten Speichervorrichtung (3a), wobei Zentraleinheit (1a) und Sende- und Empfangsvorrichtung (2) Anwender der Speichervorrichtung sind, einem Bussystem (4) und eine zweite Speichervorrichtung (3b), auf die die Anwender (1a, 2) über eine direkte Verbindung zugreifen, wobei die zweite Speichervorrichtung (3b) eine Kopie der Daten eines bestimmten Speicherbereiches der ersten Speichervorrichtung (3a) enthält, und ein in dieser Datenverarbeitungsvorrichtung angewendetes Verfahren zum Zugreifen auf die erste und zweite Speichervorrichtung (3a, 3b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungs­ vorrichtung zum Senden, Empfangen, Verarbeiten und Speichern von Daten, wie sie im Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 beschrieben ist und ein in dieser Datenverarbeitungsvor­ richtung angewendetes Verfahren zum Zugreifen auf Speicher­ vorrichtungen, wie es im Oberbegriff des beigefügten Anspru­ ches 9 beschrieben ist.

Moderne elektronische Systeme werden aufgrund der technolo­ gischen Entwicklung immer kleiner. Bedingt durch diese Ent­ wicklung werden inzwischen komplette elektronische Systeme auf einem Baustein (Chip) als sogenannte System-On-Chip-Lö­ sung realisiert. Ein Beispiel hierfür ist ein Computersystem mit einem oder mehreren Prozessoren, mit einer oder mehreren Speichereinheiten, Ein- und Ausgabevorrichtungen, externen Schnittstellen und einem Bussystem zur Datenübertragung zwi­ schen den einzelnen Komponenten.

Bei derartigen Computersystemen müssen häufig verschieden­ artige Komponenten, wie Zentraleinheiten und Ein- und Ausga­ bevorrichtungen, auf gemeinsame interne Datenstrukturen bzw. Speichervorrichtungen zugreifen.

Die Anforderungen der einzelnen Komponenten zum Zugreifen auf die Speichervorrichtungen können dabei unterschiedlich sein. So greifen z. B. die Prozessorkerne (Zentraleinheiten) über ein Bussystem auf die Speichervorrichtungen zu, um Daten zu lesen bzw. zu schreiben. Die Zugriffe erfolgen dabei über so­ genannte Bus-Zyklen, wobei eine Zentraleinheit über das Bus­ system einen Zugriff auf eine bestimmte Speicherstelle in der Speichereinheit absetzt, und beim nächsten Bus-Zyklus als Antwort den Inhalt dieser Speicherstelle bekommt. Dieses wahlfreie Zugreifen, d. h. Zugreifen auf eine beliebige Spei­ cherstelle der Speichereinheit, erfordert ein sogenanntes Random Access Memory (RAM).

Manche Komponenten, wie z. B. Hardware zur Ein- und Ausgabe von Daten, benötigen Daten, die permanent zur Verfügung ste­ hen. Diese Daten werden nicht über das Bussystem, sondern über eine direkte Leitung ausgelesen. Solche Daten werden in sogenannten Registern abgelegt.

Es gibt auch Daten, die z. B. den Prozessorkernen über das Bussystem und auch der Hardware direkt und permanent zur Ver­ fügung stehen müssen. Beim Stand der Technik werden dazu die Register auf einem Adreßbereich abgebildet, d. h. der Inhalt dieser Register steht direkt über eine eigene Verbindung und indirekt über das Bussystem zur Verfügung, wobei beim indi­ rekten Zugriff auf eine bestimmte Speicherstelle (Adresse) zugegriffen wird, um den Inhalt des Registers auszulesen.

Die Methode, Register auf einen Adreßbereich abzubilden, hat jedoch den Nachteil, daß ein hoher Gatteraufwand zur Reali­ sierung eines Multiplexers erforderlich ist. Der Multiplexer ist erforderlich, um den Registerinhalt sowohl über das Bus­ system als auch über eine direkte Leitung auslesen zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, eine Daten­ verarbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des beigefüg­ ten Anspruches 1 und ein in dieser Datenverarbeitungsvorrich­ tung angewendetes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des beige­ fügten Anspruches 9 bereitzustellen, bei denen sowohl ein di­ rekter Zugriff auf Register über eine Verbindung als auch ein gattersparender indirekter Zugriff über das Bussystem auf eine Speichervorrichtung auf bestimmte Daten ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des beigefügten Anspruches 1 und ein in dieser Datenverarbeitungsvorrichtung angewendetes Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten Anspruches 9 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Daten, die sowohl über das Bussystem als auch über eine direkte Verbindung als Register verfügbar sein müssen, parallel in der ersten und in der zweiten Speichervorrichtung abgelegt.

Die erste Speichervorrichtung ist dabei als sogenanntes Ran­ dom Access Memory (RAM) ausgebildet, auf die alle Anwender über das Bussystem einen wahlfreien Zugriff haben, d. h. die Anwender können auf beliebige Speicherstellen (Adressen) zu­ greifen.

Die zweite Speichervorrichtung ist ein Register, auf das ein oder mehrere Anwender einen direkten Lesezugriff haben.

Durch die erfindungsgemäße, parallele Abspeicherung der Daten stehen die Daten sowohl über das Bussystem als auch als per­ manente Signale zur Verfügung. Das ist insbesondere für An­ wender, wie z. B. Zentraleinheiten, von Bedeutung, die nur über das Bussystem auf Daten zugreifen können.

Die erfindungsgemäße parallele Abspeicherung der Daten hat gegenüber der Lösung, in der die entsprechenden Daten nur in Registern abgelegt werden, den Vorteil, daß der Aufwand zur Realisierung wesentlich geringer ist. Bei der reinen Regi­ sterlösung werden aufwendige Multiplexer benötigt, die die Daten des Registers sowohl direkt als auch über einen Adreß­ bereich zur Verfügung stellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen 2 bis 8 und 10 bis 12 wiedergegeben.

Der Zugriff auf die erste und zweite Speichervorrichtung wird vorteilhafterweise durch eine Zugriffssteuerung gesteuert, die sich zwischen dem Bussystem und den beiden Speichervor­ richtungen befindet.

Die Zugriffssteuerung hat u. a. die Aufgabe, die Schreibzu­ griffe auf die erste und die zweite Speichervorrichtung zu organisieren. Die Zugriffssteuerung erkennt anhand der Adresse, unter denen die Daten abgespeichert werden, ob es sich um Daten handelt, die sowohl über das Bussystem als auch permanent über eine eigene Verbindung verfügbar sein müssen. Ist das der Fall, dann werden die Daten in eine bestimmte Speicherstelle (Adresse) der ersten Speichervorrichtung und parallel dazu in die zweite Speichervorrichtung geschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Daten, die über das Bussystem und direkt verfügbar sind, nur über das Bus­ system in die Speichervorrichtung geschrieben werden, da die Zugriffsvorrichtung entscheidet, ob es sich um entsprechende Daten handelt. Lesezugriffe können dementsprechend sowohl über das Bussystem als auch über eine direkte Verbindung er­ folgen.

Die vorliegende Erfindung kommt vorteilhafterweise in Daten­ verarbeitungsvorrichtungen zum Einsatz, die als System-On- Chip-Lösung realisiert sind. Dabei sind auf einem Baustein typischerweise mehrere Anwender, wie in Zentraleinheiten (Prozessorkerne) oder Hardwarekomponenten zum Senden und Emp­ fangen von Daten, eine interne und eine oder mehrere externe Speichereinheiten und ein Bussystem vorhanden sein. Die in­ terne Speichereinheit besteht dabei aus der ersten und der erfindungsgemäßen zweiten Speichervorrichtung.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevor­ zugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 im Detail den Zugriff auf die erste und die zweite Speichervorrichtung.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen zweiten Speichervorrichtung 3b, dem sogenannte Schattenregister, in einem Baustein 6 der Firma Siemens AG, dem Protokoll-Copro­ zessor ATM300.

Der ATM300-Baustein 6 wird in Vermittlungsknoten von Sprach- und Datenübertragungsnetzen eingesetzt und dient zum Zerlegen und Zusammensetzen von Daten. Der Baustein 6 bietet eine Pro­ tokollunterstützung an, d. h. die Daten können in der Abhän­ gigkeit von ihren Parametern verarbeitet werden.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, greifen mehrere Zentraleinheiten (Prozessorkerne) 1a. . .1c und die Sende- und Empfangsvorrich­ tung 2 über das Bussystem 4 auf die Speichereinheiten 5a. . .5c zu.

Alle Verbindungen zwischen den Bausteinen sind bidirektional, d. h. die Daten können in beide Richtungen übertragen werden. Die Pfeile zeigen dabei die Master/Slave-Beziehung zwischen den einzelnen Komponenten an, z. B. zwischen den Zentralein­ heiten 1a. . .1c (hier: Master) und dem Bussystem (hier: Slave). Die Ablaufkontrolle liegt in dem Fall bei der ent­ sprechenden Zentraleinheit 1a. . .1c, die das Bussystem 4 ver­ wendet, um auf eine Speichereinheit 5a. . .5c zuzugreifen.

Die Daten der Anwender 1a. . .1c, 2 werden, je nach Anwendungs­ zweck, auf verschiedene Speichereinheiten 5a. . .5c aufgeteilt, wobei sich die Speichereinheiten 5a. . .5c hinsichtlich Spei­ cherkapazität und Verarbeitungsgeschwindigkeit unterscheiden. So werden z. B. Daten, die in Echtzeit verarbeitet werden müssen, in der ersten Speichereinheit 5a gespeichert, die sich auf dem Baustein 6 befindet.

Diese Speichereinheit 5a hat dadurch, daß sie sich direkt auf dem Baustein 6 befindet, sehr kurze Zugriffszeiten, d. h. sie ist sehr schnell. Jedoch ist dadurch auch die Speicherkapa­ zität relativ klein.

Deshalb werden größere Datenmengen, die eine weniger hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit benötigen, in der Speicherein­ heit 5b, die sich außerhalb des Bausteines 6 befindet, abge­ speichert. Zum Anschluß der Speichereinheit 5b ist auf dem Baustein 6 eine Speicherschnittstelle 7 vorhanden.

Im weiteren wird von dem Baustein 6 eine sogenannte Ma­ ster/Slave-Schnittstelle 8 (z. B. PCI-Interface, Peripheral Component Interconnect) unterstützt. Das bedeutet, daß über diese Schnittstelle 8 sowohl Anwender (z. B. ein Mikropro­ zessor 9) auf den Baustein 6 zugreifen, als auch Ressourcen (z. B. eine weitere Speichereinheit 5c) angesprochen werden können. Das ist dann sinnvoll, wenn gemeinsame Daten für Hardware und Software zur Verfügung gestellt werden müssen, die dann z. B. auf einem zentralen Arbeitsspeicher (d. h. Speichereinheit 5c an externer Schnittstelle 8, über die sowohl der ATM300-Baustein 6 als auch ein Mikroprozessor 9 zugreifen) abgelegt werden.

Über die Schnittstelle 8 kann der Baustein 6 z. B. auch auf einem Mikroprozessorsystem mit einem zentralen Arbeitsspei­ cher 5c, einer Zugriffssteuerung 10 und einer Zentraleinheit 9 zugreifen. So kann z. B. beim Einschalten des gesamten Sy­ stems ein Betriebssystem oder andere Software in den Baustein 6 geladen werden.

Die erfindungsgemäße zweite Speichervorrichtung 3b (sogenann­ tes Schattenregister) ist in dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel ein Teil der Speichereinheit 5a.

Die Hardware 2 zum Senden und Empfangen von Daten kann dabei direkt auf den Inhalt der zweiten Speichervorrichtung 3b zu­ greifen.

Da sich jedoch erfindungsgemäß die Daten, die in der zweiten Speichervorrichtung 3b enthalten sind, auch in einem Spei­ cherbereich der ersten Speichervorrichtung 3a befinden, kön­ nen auch Anwender, die keinen direkten Zugriff auf die zweite Speichervorrichtung 3b haben, auf die entsprechenden Daten zugreifen.

Fig. 2 zeigt die Anwendung der Schattenregister im Bau­ stein 6 ATM300.

In der internen Speichereinheit 5a, der sogenannten Common Data Area, kommen drei Arten von Speichern zum Einsatz:
Die erste Speichervorrichtung 3a ist eine Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory), deren Inhalt nur über das Bussystem 4 ausgelesen werden kann.

Die zweite Speichervorrichtung 3b ist das erfindungsgemäße Schattenregister, dessen Einträge ebenfalls in einem bestimm­ ten Speicherbereich der ersten Speichervorrichtung 3a vorhan­ den sind. Die entsprechenden Daten können somit sowohl von jedem Anwender 1a. . .1c, 2 über das Bussystem 4 als auch von der Hardware 2 direkt als permanente Signale ausgelesen wer­ den.

Daneben gibt es auch noch eine dritte Speichervorrichtung 3c, die eine Speichervorrichtung mit reinen Registereinträgen ist. Diese Register sind in Ausnahmefällen notwendig, wenn Register verzögerungsfrei von der Hardware gepflegt werden müssen (z. B. Zeitangaben); in diese Register kann, im Gegen­ satz zum erfindungsgemäßen Schattenregister, ein Anwender über die direkte Verbindung auch Daten schreiben. Die Daten dieser dritten Speichervorrichtung 3c sind aber auch über das Bussystem 4 lesbar, jedoch ist hierfür der schon beschriebene Multiplexer notwendig. Durch die Schattenregister wird der Aufwand für diesen Multiplexer jedoch deutlich reduziert.

Der gesamte Datenbereich, d. h. die Daten der ersten, zweiten und dritten Speichervorrichtung, werden auf einem bestimmten Adreßbereich abgebildet. In dem gezeigten Beispiel ist die Zugriffssteuerung Bestandteil des Bussystems 4, somit wird der gesamte Adreßbereich vom Bussystem 4 verwaltet. Die An­ wender 1a. . .1c, 2 können auf diese Weise auf alle Daten der Speichereinheit 5a über das Bussystem 4 zugreifen, ohne die Aufteilung des Speicherbereiches kennen zu müssen.

Die eigentliche Datenerhaltung wird in der ersten Speicher­ vorrichtung 3a durchgeführt. Über das Bussystem 4 werden ge­ nerell diese Einträge ausgelesen. Dadurch ergibt sich eine klare und überschaubare Anordnung der Datenstrukturen.

Schreibzugriffe erfolgen grundsätzlich auf die erste Spei­ chervorrichtung 3a und parallel dazu auf die dazu assoziierte zweite Speichervorrichtung 3b. Die Organisation dieser Schreibzugriffe wird von der Zugriffsvorrichtung des Bussy­ stems 4 vorgenommen.

Claims (12)

1. Datenverarbeitungsvorrichtung zum Senden, Empfangen, Ver­ arbeiten und Speichern von Daten mit
einer Zentraleinheit (1a) zum Verarbeiten der Daten, einer Sende- und Empfangsvorrichtung (2) zum Senden und Emp­ fangen von Daten,
einer ersten Speichervorrichtung (3a) zum Speichern von Da­ ten, wobei Zentraleinheit (1a) und Sende- und Empfangsvor­ richtung (2) Anwender der Speichervorrichtung sind, und
einem Bussystem (4) zur Datenübertragung zwischen den Anwen­ dern (1a, 2) und der Speichervorrichtung (3a), wobei die An­ wender zum Lesen und Schreiben von Daten über das Bussystem (4) auf die erste Speichervorrichtung zugreifen,
gekennzeichnet durch eine zweite Speichervorrichtung (3b), auf die die Anwender (1a, 2) über eine direkte Verbindung zugreifen, wobei die zweite Speichervorrichtung (3b) eine Kopie der Daten eines bestimmten Speicherbereiches der ersten Speichervorrichtung (3a) enthält.

2. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zugriffssteuerung, die den Speicherzugriff auf die erste und zweite Speichervorrichtung (3a, 3b) steuert, indem sie bestimmte Daten, die sowohl über die direkte Verbindung als auch über das Bussystem (4) verfügbar sein müssen, in einen bestimmten Speicherbereich der ersten Speichervorrichtung (3a) und parallel dazu in die zweite Speichervorrichtung (3b) schreibt.

3. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zugriffsvorrichtung zwischen Bussystem (4) und erster und zweiter Speichervorrichtung (3a, 3b) befindet.

4. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriffsvorrichtung Bestandteil des Bussystems (4) ist.

5. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Daten nur über das Bussystem (4) in die zweite Speicher­ vorrichtung (3b) geschrieben werden.

6. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Daten, die in dem bestimmten Bereich der ersten Speicher­ vorrichtung (3a) abgelegt sind, sowohl von allen Anwendern (1a, 2) über das Bussystem (4) als auch direkt von einem oder mehreren Anwendern (1a, 2) aus der zweiten Speichervorrich­ tung (3b) ausgelesen werden können.

7. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Speichervorrichtung (3a, 3b) Be­ standteil einer Speichereinheit (5a) ist.

8. Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem Baustein (6) als System-On-Chip-Lösung mit einer internen und einer oder mehreren externen Speicherein­ heiten (5a. . .5c) realisiert wird, wobei die erste und die zweite Speichervorrichtung (3a, 3b) Bestandteil der internen Speichereinheit (5a) sind.

9. Verfahren zum Zugreifen auf Speichervorrichtungen in einer Datenverarbeitungsvorrichtung mit
einer Zentraleinheit (1a) zum Verarbeiten von Daten, einer Sende- und Empfangsvorrichtung (2) zum Senden und Emp­ fangen von Daten,
einer ersten Speichervorrichtung (3a) zum Speichern von Da­ ten, wobei Zentraleinheit (1a) und Sende- und Empfangsvor­ richtung (2) Anwender der Speichervorrichtung (3a) sind, und
einem Bussystem (4) zur Datenübertragung zwischen den Anwen­ dern (1a, 2) und der Speichervorrichtung (3a), wobei die An­ wender (1a, 2) zum Lesen und Schreiben von Daten über das Bussystem (4) auf die erste Speichervorrichtung zugreifen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Kopie von Daten, die in einen bestimmten Speicherbe­ reich der ersten Speichervorrichtung (3a) geschrieben werden, in eine zweite Speichervorrichtung (3b) geschrieben werden, wobei Anwender (1a, 2) über eine direkte Verbindung auf die zweite Speichervorrichtung (3b) zugreifen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Daten, die sowohl über eine direkte Verbindung als auch über das Bussystem (4) verfügbar sein müssen, durch eine Zugriffssteuerung in einen bestimmten Speicherbereich der ersten Speichervorrichtung (3a) und parallel dazu in die zweite Speichervorrichtung (3b) geschrieben werden.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Daten nur über das Bussystem (4) in die zweite Speicher­ vorrichtung (4) geschrieben werden.

12. Verfahren gemäß Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Daten, die in dem bestimmten Bereich der ersten Speicher­ vorrichtung (3a) abgelegt sind, sowohl von allen Anwendern (1a, 2) über das Bussystem (4) als auch direkt von einem oder mehreren Anwendern (1a, 2) aus der zweiten Speichervorrich­ tung (3b) ausgelesen werden können.