DE19952716A1 - Verfahren zum Steuern des Zugriffs mehrerer Busteilnehmer auf einen gemeinsamen nutzbaren Speicherbereich - Google Patents

Abstract

Zum Steuern des Zugriffs mehrerer Busteilnehmer (1, 2) auf einen gemeinsam nutzbaren Speicherbereich (4a, 4b) einer Speichervorrichtung (4) liest ein Busteilnehmer (1), der den Zugriff auf den Speicherbereich (4a) erhalten möchte, einen zu diesem gehörenden Zugriffszeiger (5a) aus einer Zugriffszeiger-Speichervorrichtung (5) und greift anschließend auf den Speicherbereich (4a) zu. Eine Busverwaltungs-Vorrichtung (3) beschreibt nach dem Auslesen den Zugriffszeiger (5a) mit einem Speicherbereich-Sperrsignal, das den Zugriff weiterer Busteilnehmer (2) auf diesen Speicherbereich (4a) verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Zugriffs von mehreren Busteilnehmern auf einen gemeinsam nutzbaren Speicherbereich sowie eine Datenverarbeitungsvor­ richtung zum Verarbeiten und Speichern von Daten, bei der Speicherzugriffe entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen.

Moderne elektronische Systeme werden oftmals als sog. System­ on-Chip-Lösungen realisiert, die auf einem gemeinsamen Bau­ stein einen oder mehrere Prozessoren, mindestens eine Spei­ chereinheit, Ein- und Ausgabeeinheiten, externe Schnittstel­ len sowie eine Busstruktur zur Datenübertragung zwischen den einzelnen Komponenten aufweisen. Bei derartigen System-on- Chip-Architekturen greifen die verschiedenen Komponenten oft­ mals auf dieselbe Datenstruktur, also auf einen gemeinsam nutzbaren Bereich der Speichereinheit zu. Besteht dabei eine Anwenderaufgabe aus mehreren Arbeitsschritten - zum Beispiel das Schreiben einer Liste mit Zeigerpflege - so muß während dieser Phase der gemeinsam nutzbare Speicherbereich und der entsprechende Bereich des Busses für die anderen Busteilneh­ mer gesperrt werden.

Bisher wird dafür das komplette Bussystem dem jeweiligen Bus­ teilnehmer unterbrechungsfrei zugewiesen, bis sämtliche Ar­ beitsschritte erledigt sind. Die weiteren Busteilnehmer be­ sitzen in diesem Zeitraum keine Zugriffsmöglichkeiten auf den Bus und somit auf weitere Speicherbereiche oder System-Res­ sourcen. Um Zugriffsverletzungen durch die anderen Busteil­ nehmer zu unterdrücken, werden oftmals sogenannte softwaremä­ ßig realisierte Semaphore eingesetzt, die durch das Betriebs­ system verwaltet werden. Sowohl die softwaremäßige Steuerung des Bussystems als auch das vollständige Sperren des Busses für die anderen Busteilnehmer während der Durchführung der Arbeitsschritte sind allerdings dynamisch ungünstig.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung anzugeben, die in einfacher und ef­ fektiver Weise den Zugriff von mehreren Busteilnehmern auf eine von diesen gemeinsam nutzbare Speichervorrichtung ermög­ lichen. Ferner soll der technologische Aufwand zur Realisie­ rung dieses Verfahrens möglichst gering gehalten werden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß zunächst für jeden gemeinsam nutzbaren Speicherbe­ reich ein bereits vorhandener Zugriffszeiger verwendet wird, der in einer speziellen Zugriffszeiger-Speichervorrichtung gespeichert ist. Um den Zugriff auf einen der gemeinsam nutz­ baren Speicherbereiche zu erhalten, muß ein Busteilnehmer zu­ nächst den entsprechenden Zugriffszeiger auslesen. Dies wird von einer Busverwaltungs-Vorrichtung erkannt, die dann erfin­ dungsgemäß diesen Zugriffszeiger automatisch mit einem Spei­ cherbereich-Sperrsignal beschreibt, welches den Zugriff wei­ terer Busteilnehmer auf diesen Speicherbereich verhindert. Dies bedeutet, daß ein Busteilnehmer nur dann auf einen Spei­ cherbereich zugreifen kann, wenn der entsprechende Zugriffs­ zeiger nicht mit dem Speicherbereich-Sperrsignal beschrieben ist.

Die Aufgabe wird außerdem durch eine Vorrichtung gelöst, die mindestens zwei Busteilnehmer, ein Bussystem und eine Spei­ chervorrichtung, die mindestens einen gemeinsam nutzbaren Speicherbereich enthält, aufweist. In einer Zugriffszeiger- Speichervorrichtung werden Zugriffszeiger für die gemeinsam nutzbaren Speicherbereiche abgelegt, die für einen Zugriff auf einen derartigen Speicherbereich zunächst auszulesen sind. Ferner enthält die Datenverarbeitungsvorrichtung eine Busverwaltungs-Vorrichtung, welche erfindungsgemäß einen Zu­ griffszeiger mit dem Speicherbereich-Sperrsignal beschreibt, um einen Zugriff auf den entsprechenden Speicherbereich zu verhindern. Vorzugsweise ist die Datenverarbeitungsvorrich­ tung zumindest teilweise auf einem Baustein als System-On- Chip-Struktur realisiert.

Der, Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vor­ richtung ist darin zu sehen, daß die Verwendung von Zugriffs­ zeigern bei Bussystemen mit mehreren Busteilnehmern ohnehin erforderlich ist und daher keinen zusätzlichen Aufwand erfor­ dert. Ferner kann das automatische Überschreiben des Zu­ griffszeigers mit dem Speicherbereich-Sperrsignal durch die Busverwaltungs-Vorrichtung hardwaremäßig realisiert werden und daher im Gegensatz zu Software-Lösungen gleichzeitig mit dem Auslesen durch einen Busteilnehmer erfolgen. Es werden somit keine zusätzlichen Taktzyklen zum Sperren dieser Spei­ cherbereiche benötigt.

Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteran­ sprüche. So erfolgt die Wiederfreigabe eines Speicherbereichs in einfachster Weise dadurch, daß nach Beendigung des Spei­ cher-Zugriffs der entsprechende Zugriffszeiger durch den zu­ vor aktiven Busteilnehmer aktualisiert bzw. zurückgeschrieben wird und damit das Speicherbereich-Sperrsignal automatisch gelöscht wird. Da bei einer Bearbeitung von Listen der Inhalt eines Zugriffszeigers sowieso aktualisiert werden muß, bedeu­ tet auch dieser Schritt in der Regel keinen zusätzlichen Auf­ wand, so daß auch dafür auf ein explizites Wiederfreigeben des Speicherbereichs, was wiederum zusätzliche Buszyklen er­ fordern würde, verzichtet werden kann. Ferner wird aufgrund der indirekten Adressierung durch die Verwendung von Zu­ griffszeigern eine wesentlich höhere Flexibilität des Gesamt­ systems erreicht.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird dadurch erreicht, daß das Bussystem derart ausgebildet ist, daß ein simultaner Zugriff auf verschiedene Speicherbereiche oder Systemressourcen möglich ist. Dies bedeutet, daß nach dem Setzen des Speicherbereich-Sperrsignals lediglich der Zu­ griff auf diesen einen Speicherbereich und den entsprechenden Bereich des Bussystems verhindert wird, andere Speicherberei­ che aber weiterhin beschrieben bzw. ausgelesen werden können. Die Realisierung derartiger Bussysteme erfordert zwar einen zusätzlichen Aufwand, die Gesamtleistung einer System-on- Chip-Architektur wird dadurch allerdings nochmals deutlich erhöht.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 zeigt dabei eine erfindungsgemäße Datenverarbeitungsvorrichtung; und

Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel der in Fig. 1 gezeigten Datenverarbeitungsvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise Bestandteil des Protokoll-Coprozessors ATM300 der Firma Siemens AG sein. Dieser Baustein wird in Vermitt­ lungsknoten von Sprach- und Datenübertragungsnetzen zum Zer­ legen und Zusammensetzen von Daten eingesetzt und bietet eine Protokollunterstützung, das heißt die Daten werden in Abhän­ gigkeit von ihren Parametern verarbeitet.

Im vorliegenden Beispiel greifen zwei Anwender der Datenver­ arbeitungsvorrichtung (Busteilnehmer 1 und 2), bei denen es sich beispielsweise um Mikroprozessoren, DMAs oder derglei­ chen handeln kann, auf einen gemeinsam nutzbaren Speicherbe­ reich zu. Selbstverständlich ist eine höhere Anzahl von Bus­ teilnehmern denkbar. Die Datenverarbeitungsvorrichtung weist ferner zwei Speichervorrichtungen 4 und 6 auf, die sich be­ züglich ihrer Zugriffsgeschwindigkeiten, Speicherkapazitäten und ihrer Anordnungen in der Vorrichtung unterscheiden. Vor­ zugsweise sind die beiden Busteilnehmer 1 und 2 in eine Sys­ tem-on-Chip-Architektur integriert, wobei auch der Speicher 6, bei dem es sich beispielsweise um ein internes RAM han­ delt, Bestandteil dieser System-on-Chip-Architektur ist. Da­ mit wird ein sehr schneller Zugriff auf diesen Speicher 6 er­ möglicht. Aus Platzgründen und aus wirtschaftlichen Gründen ist allerdings die Kapazität dieser schnellen Speicher be­ grenzt. Größere Datenmengen werden daher vorzugsweise in der zweiten Speichervorrichtung 4 abgelegt, die als externer Speicher realisiert ist. Die Kommunikation zwischen den Bus­ teilnehmern 1 und 2 und den beiden Speichern 4 und 6 erfolgt über das Bussystem mit der darin integrierten Busverwaltungs- Vorrichtung 3.

Die Integrierung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung in den zuvor erwähnten Protokoll-Coprozessors ATM300 7 ist in Fig. 2 gezeigt. Den beiden in Fig. 1 dargestellten Busteil­ nehmern 1 und 2 entsprechen mehrere Prozessoren 81 bis % und eine Sende- und Empfangsvorrichtung 9. Diese Komponenten kön­ nen über das Bussystem 10 auf einen internen Speicher 11 und auf einen externen Speicher 12 (über die dazugehörige Schnittstelle 13) zugreifen. Ferner wird durch den Baustein 7 eine sog. Master/Slave-Schnittstelle 14 (beispielsweise ein PCI-Interface) unterstützt. Diese ermöglicht einerseits den Zugriff eines Anwenders, z. B. eines Mikroprozessors 17 auf den Baustein 7, andererseits kann der Baustein 7 über das PCI-Interface auch auf einen weiteren externen Speicher 16, der im vorliegenden Fall durch ein zentrales RAM gebildet wird, sowie auf eine Zentraleinheit 15 zugreifen. Auf diese Weise kann beim Einschalten des gesamten Systems ein Be­ triebssystem oder sonstige Software in den Baustein 7 geladen werden. Die beiden in Fig. 1 gezeigten Speicher 4 und 6 ent­ sprechen in Fig. 2 den Speichern 11 bzw. 12.

Die erfindungsgemäße Zugriffs-Steuerung soll nun wieder an­ hand Fig. 1 erläutert werden. Einige sogenannte kritische Speicherbereiche 4a und 4b des externen Speichers 4 sind von den beiden Busteilnehmern 1 und 2 gemeinsam nutzbar. Diese Speicherbereiche 4a und 4b werden über Zugriffszeiger 5a und 5b adressiert, die in einem speziellen Zugriffszeiger-Spei­ cherbereich 5 des internen Speichers 6 abgelegt werden. Dabei ist jedem kritischen Speicherbereich 4a und 4b jeweils genau ein Zugriffszeiger 5a bzw. 5b zugeordnet. Eine derartige zen­ trale Daten- und Adressverwaltung ist bei System-on-Chip-Ar­ chitekturen ohnehin naheliegend, da andernfalls die einzelnen Busteilnehmer unkoordiniert auf die jeweiligen Ressourcen zu­ greifen könnten. Der Zugriffszeiger-Speicherbereich 5 wird direkt von der Busverwaltungs-Vorrichtung 3 verwaltet und überwacht.

Um Zugriff auf den Speicherbereich 4a zu erhalten, liest der Busteilnehmer 1 in einem ersten Schritt den Inhalt des ent­ sprechenden Zugriffszeigers 5a aus dem Zugriffszeiger-Spei­ cherbereich 5. Dieser Zugriffszeiger 5a kann beispielsweise Informationen über die genaue Adressierung des Speicherbe­ reichs 4a in dem externen Speicher 4 beinhalten. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, daß sich die Adressen dieser kriti­ schen Speicherbereiche 4a und 4b mit der Zeit durch die Bear­ beitung durch einen der Busteilnehmer 1 oder 2 verändern. Ist die Anordnung des Speicherbereichs 4a in dem externen Spei­ cher 4 fest vorgegeben, so ist es ausreichend, wenn der Zu­ griffszeiger 5a lediglich einen Wert enthält, der einem Frei­ gabesignal entspricht.

Nach dem Auslesen des Zugriffszeigers 5a hat der Busteilneh­ mer 1 die Berechtigung, auf den entsprechenden Speicherbe­ reich 4a zuzugreifen, das heißt diesen auszulesen oder zu be­ schreiben. Aufgrund seiner internen Konfiguration erkennt al­ lerdings die Busverwaltungs-Vorrichtung 3, daß ein zu einem kritischen Speicherbereich gehörender Zugriffszeiger ausgele­ sen wurde. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert wer­ den, daß die Adressmarken des Zugriffszeigers-Speicherbe­ reichs 5 beim Initialisieren der Datenverarbeitungsvorrich­ tung in bestimmten Registern abgelegt werden. Da das Auslesen eines Zugriffszeigers automatisch bedeutet, daß ein Busteil­ nehmer den Zugriff auf den entsprechenden Speicherbereich er­ halten möchte, überschreibt die Busverwaltungs-Vorrichtung 3 den Zugriffszeiger 5a mit einem Speicherbereich-Sperrsignal. Dieses kann beispielsweise darin bestehen, daß ein spezielles Sperr-Bit gesetzt wird oder der Inhalt des Zugriffszeigers einfach gelöscht wird.

Im darauffolgenden Zeitraum kann nun der Busteilnehmer 1 auf den Speicherbereich 4a zugreifen. Möchte in dieser Zeit der zweite Busteilnehmer 2 ebenfalls auf den Speicherbereich 4a zugreifen, so liest dieser zunächst den Inhalt des Zugriffs­ zeigers 5a aus. Anstelle des Zugriffszeigers 5a erhält nun allerdings erfindungsgemäß der zweite Busteilnehmer 2 das Speicherbereich-Sperrsignal und erkennt automatisch, daß er zur Zeit keinen Zugriff auf diesen Speicherbereich 4a hat und die Bearbeitung zurückstellen muß.

Das Bussystem ist allerdings vorteilhaft so ausgebildet, daß lediglich ein Zugriff auf den gesperrten Speicherbereich 4a verhindert wird, der Speicher 4 und das Bussystem also nur partiell gesperrt sind. Möchte nämlich der zweite Busteilneh­ mer 2 anstelle auf den gesperrten Speicherbereich 4a auf den Speicherbereich 4b zugreifen, so liest dieser zunächst den entsprechenden Zugriffszeiger 5b aus und kann danach parallel zum Zugriff des ersten Busteilnehmers 1 auf den Speicherbe­ reich 4a auf den zweiten gemeinsam nutzbaren Speicherbereich 4b zugreifen.

Hat der erste Busteilnehmer 1 die Bearbeitung des Speicherbe­ reichs 4a abgeschlossen, so schreibt er den Zugriffszeiger 5a mit einem eventuell aktualisierten Wert zurück und über­ schreibt damit automatisch das Speicherbereich-Sperrsignal, wodurch der Speicherbereich 4a wieder freigegeben wird.

Die vorliegende Erfindung vermeidet somit auf einfache Weise eine gegenseitige Störung zwischen den Busteilnehmern. Da bei einer - bei System-on-Chip-Architekturen naheliegenden - in­ direkten Speicheradressierung über Zugriffszeiger ohnehin das Auslesen und Aktualisieren dieser Zugriffszeiger notwendig ist, sind im Vergleich zu einer softwaremäßigen Verwaltung der Zugriffsmöglichkeiten auf bestimmte Speicherbereiche und Buskapazitäten keine zusätzlichen Arbeitsschritte erforder­ lich, so daß das erfindungsgemäße Verfahren auch einen deut­ lichen Geschwindigkeitsvorteil für das Gesamtsystem bewirkt. Ferner wird auch der schaltungstechnische und verfahrenstech­ nische Zusatzaufwand sehr niedrig gehalten.

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern des Zugriffs von mindestens zwei Bus­ teilnehmern (1, 2) auf einen von diesen gemeinsam nutzbaren Speicherbereich (4a, 4b) einer Speichervorrichtung (4) mit folgenden Schritten:

• a) ein erster Busteilnehmer (1), der den Zugriff auf den Speicherbereich (4a) erhalten möchte, ließt einen zu dem Speicherbereich (4a) gehörenden Zugriffszeiger (5a) aus einer Zugriffszeiger-Speichervorrichtung (5);
• b) eine Busverwaltungs-Vorrichtung (3) beschreibt diesen Zugriffszeiger (5a) mit einem Speicherbereich-Sperrsignal, das den Zugriff weiterer Busteilnehmer (2) auf diesen Spei­ cherbereich (4a) verhindert; und
• c) der erste Busteilnehmer (1) greift auf den Speicher­ bereich (4a) zu.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Speicher-Zugriffs der Zugriffszeiger (5a) aktualisiert oder zurückgeschrieben wird und dadurch das Speicherbereich-Sperrsignal gelöscht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktualisierung bzw. das Zurückschreiben des Zugriffs­ zeigers (5a) durch denjenigen Busteilnehmer (1) erfolgt, der zuvor auf den Speicherbereich (4a) zugegriffen hat.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherbereich-Sperrsignal lediglich den Zugriff auf den entsprechenden Speicherbereich (4a) verhindert, der gleichzeitige Zugriff auf weitere Speicherbereiche (4b) und System-Ressourcen dadurch aber nicht beeinflußt wird.

5. Datenverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten und Spei­ chern von Daten mit
mindestens zwei Busteilnehmern (1, 2) die über ein Bus­ system verbunden sind,
einer Speichervorrichtung (4), die mindestens einen von den Busteilnehmern (1, 2) gemeinsam nutzbaren Speicherbereich (4a, 4b) aufweist,
einer Zugriffszeiger-Speichervorrichtung (5), in der ein zu einem gemeinsam nutzbaren Speicherbereich (4a, 4b) gehö­ render und für einen Zugriff notwendiger Zugriffszeiger (5a, 5b) gespeichert ist,
einer Busverwaltungs-Vorrichtung (3) zum Beschreiben des Zugriffszeigers (5a) mit einem Speicherbereich-Sperrsignal, welches einen Zugriff auf den entsprechenden Speicherbereich (4a) verhindert.

6. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Busverwaltungs-Vorrichtung (3) derart ausgebildet ist, daß sie nach dem Lesen eines Zugriffszeigers (5a) durch einen Busteilnehmer (1, 2) diesen automatisch mit dem Spei­ cherbereich-Sperrsignal beschreibt.

7. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Busteilnehmer (1, 2) nach dem Zugriff auf einen ge­ meinsam nutzbaren Speicherbereich (4a, 4b) den entsprechenden Zugriffszeiger (5a, 5b) aktualisiert und damit das Speicher­ bereich-Sperrsignal zurücksetzt.

8. Datenverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bussystem derart ausgebildet ist, daß ein simultaner Zugriff auf verschiedene Speicherbereiche (4a, 4b) möglich ist.

9. Datenverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese zumindest teilweise auf einem Baustein als System­ on-Chip-Architektur realisiert ist.