DE4011357A1 - Suchlogik-schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Suchlogik-Schaltung zum Auffinden einer freien Einheit aus einer Vielzahl gleicher Einheiten.

In Multiprozessorsystemen werden eine Vielzahl von Prozessoren zur Bearbeitung von Programmen bzw. einzelnen Programmschritten herangezogen. Die Auslastung der einzelnen Prozessoren ist dabei sehr verschieden. Während einzelne Prozessoren gerade Programmteile abarbeiten, sind andere frei. Es taucht nun das Problem auf, diese freien Prozessoren innerhalb des Systems herauszufinden, um sie bei der Bearbeitung von Programmteilen einsetzen zu können.

Auch in Datenübertragungssystemen mit vielen Kanälen, beispielsweise bei Multiplex-Übertragungssystemen wird eine Vielzahl von Kanälen zur Datenübertragung eingesetzt. Diese sind nicht alle gleichzeitig ausgelastet, so daß immer wieder das Problem auftaucht, freie Kanäle innerhalb des Datenübertragungssystems herauszufinden und für die Übertragung von Daten bereitzustellen.

Dieselbe Problematik taucht bei der Verwendung von Speicherbereichen bzw. Linked-List-Speichern auf. Die einzelnen Speicherplätze dieses Speichersystems sind nicht immer alle belegt, so daß das Problem auftaucht, freie Speicherplätze aus dem gesamten Speicherbereich herauszufinden. Dazu wird eine Schaltung benötigt, die die Adresse freier Speicherplätze auffindet. Bekannte Schaltungen dieser Art werden mit Hilfe eines FIFO-Speichers (First-in-first-out-Speicher) verwirklicht, was zu folgenden Nachteilen führt:

Beim Einschalten der Schaltung muß eine Initialisierung durchgeführt werden, bei der der FIFO- Speicher alle verfügbaren Adressen enthalten muß.

Wenn eine falsche Adresse in dem Linked-List-Speicher auftaucht, kann dies zu einer Blockierung der gesamten Schaltung führen.

Um Fehler in dem FIFO-Speicher und in der Linked- List zu eliminieren, muß eine Überwachungsschaltung vorgesehen werden, wodurch der Gesamtaufwand für die Schaltung sehr erhöht wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Suchlogik- Schaltung zum Auffinden einer freien Einheit aus einer Vielzahl gleicher Einheiten zu schaffen, die einfach aufgebaut und daher kostengünstig realisierbar ist. Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Suchlogik-Schaltung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Sie weist einen Überwachungsspeicher auf, der den einzelnen Einheiten zugeordnet ist. Mit diesem Überwachungsspeicher wird eine im folgenden als Arbiter-Logik-Schaltung bezeichnete Entscheidungslogik zusammen, die freie Einheiten aus dem Überwachungsspeicher ausliest. Durch das Zusammenwirken von Überwachungsspeicher und Arbiter- Logik-Schaltung wird eine besonders einfache Schaltung zur Auffindung freier Einheiten geschaffen, die daher kostengünstig realisierbar ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Suchlogik-Schaltung werden als freie Einheit bezeichnete freie Speicherplätze aus einer Vielzahl von Speicherplätzen ausgelesen, die einen Speicherbereich bilden.

Die Arbiter-Logik-Schaltung durchsucht den Überwachungsspeicher ausgehend von einer gegebenen Adresse, beispielsweise von der untersten Adresse aus. Sobald eine freie Adresse im Speicherbereich anhand des Überwachungsspeichers gefunden wird, wird diese Adresse im Überwachungsspeicher markiert und ausgelesen. Bei der nächsten Suche nach freien Adressen erkennt die Arbiter-Logik-Schaltung alle markierten und damit besetzten Speicherplätze und finden auf diese Weise schnell eine freie Adresse des Speicherbereichs heraus.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Suchlogik- Schaltung, bei der Überwachungsschalter als 2-Bit- Speicherfeld ausgelegt ist. Dieses Feld wird als Zeitüberwachungseinrichtung bzw. im folgenden Time Supervision Field bezeichnet. Dieser Speicher kann Teil des Speicherbereichs sein und ist einfach aufgebaut. Die Suche nach einem freien Speicherplatz bzw. nach dessen Adresse im Time Supervision Field kann besonders schnell dadurch erfolgen, daß das Suchverfahren parallel durchgeführt wird.

Besonders bevorzugt wird eine Suchlogik-Schaltung, bei der mittels einer Überwachungsschaltung, einer sogenannten Time Supervision Control, einzelne Zeilen des Überwachungsspeichers auf "0" gesetzt werden. Vorzugsweise werden nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit weitere Zeilen des Überwachungsspeichers ebenfalls auf "0" gesetzt. Auf diese Weise werden durch Fehlfunktionen gesetzte Bits rückgesetzt, so daß eine Selbstheilungsfunktion realisierbar ist. Damit ist sichergestellt, daß die einzelnen Speicherplätze des Überwachungsspeichers immer wieder auf "0" gesetzt werden, damit die zugehörigen Adressen des Speicherbereichs auch verwendet werden können.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, zwei Arbiter- Logik-Schaltungen so miteinander zu koppeln, daß zumindest einige Adressen freier Speicherplätze eines Speicherbereichs beiden Logik-Schaltungen zuordenbar sind. Dadurch entfällt eine feste Zuordnung von Adressen des Speicherbereichs zu den Arbiter- Logik-Schaltungen, so daß der Speicherbereich flexibel ausgenutzt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Überwachungsspeicher, ein sogenanntes Time Supervision Field, einer Arbiter-Logik- Schaltung;

Fig. 2a und 2b die zeilenweise Rücksetzung des Überwachungsspeichers zur Durchführung der Selbstheilung der Arbiter-Logik-Schaltung und

Fig. 3 zwei miteinander verknüpfte Arbiter-Logik- Schaltungen zusammen mit einem gemeinsamen Speicherbereich.

Bei der Verwendung eines Speicherbereichs, insbesondere eines Linked-List-Speichers - also eines Speichers mit verketteten Adressenlisten - ist es erforderlich, die Adressen freier Speicherplätze herauszufinden. Die Suche nach Adressen von freien Speicherplätzen eines Speicherbereichs erfolgt mittels einer Arbiter-Logik-Schaltung, die einen Überwachungsspeicher nach freien Speicherplätzen absucht, die Adressen des Speicherbereichs zugeordnet sind. Ein derartiger Überwachungsspeicher, der auch als Time Supervision Field bezeichnet wird, ist in Fig. 1 dargestellt, wobei hier ein 2-Bit-Speicherfeld dargestellt ist. Wenn eines oder zwei Bits dieses Speichers eine logische "1" enthalten, ist die zugehörige Adresse des Speicherbereichs belegt.

Die Arbiter-Logik-Schaltung durchsucht das 2-Bit- Speicherfeld, beispielsweise ausgehend von der niedrigsten Adresse. Sobald eine Adresse eines freien Speicherplatzes aufgefunden wird, wird diese Adresse durch die Arbiter-Logik-Schaltung ausgelesen und mittels eines SET-Signals als belegt markiert. Die Adresse des Speicherbereichs kann nunmehr für einen Arbeitsvorgang zur Verfügung gestellt werden.

Wenn nun nach einer neuen Adresse gesucht wird, so findet die Arbiter-Logik-Schaltung den nächsten freien Speicher im Überwachungsspeicher sehr schnell auf, weil belegte Speicher mit den SET- Signalen markiert wurden.

Wenn ein freier Speicherplatz im Speicherbereich aufgefunden wird, werden die beiden zugehörigen Bits der Adresse im Überwachungsspeicher auf "0" gesetzt.

Es ist nun möglich, daß aufgrund einer Fehlfunktion einzelne Bits des Überwachungsspeichers eine "1" enthalten, so daß die zugehörige Adresse des Speicherbereichs als belegt gedeutet wird. Dadurch könnte im Laufe der Zeit das Überwachungsfeld vollkommen belegt werden, so daß keine freien Adressen des Speicherbereichs mehr herausgefunden werden können. Um eine daraus resultierende Blockierung der zugehörigen Schaltung zu vermeiden, wird eine Selbstheilungsfunktion verwirklicht. Dazu werden die Zeilen des Überwachungsspeichers, die obere bzw. die untere Zeile des 2-Bit-Speicherfelds gemäß Fig. 1, durch eine Überwachungsschaltung, die sogenannte Time Supervision Control auf "0" gesetzt. Dabei wird beispielsweise zunächst gemäß Fig. 2a die untere Zeile des 2-Bit-Speicherfelds auf "0" gesetzt und nach einer vorgegebenen Zeit T die obere Zeile dieses Speichers gemäß Fig. 2b ebenfalls auf "0" gesetzt. Die Zeit T muß so gewählt sein, daß die Zeit zwischen zwei Rücksetzbefehlen länger ist als die Zeitspanne, die der Speicherplatz im sogenannten Worst-Case dem Speicherbereich zur Verfügung gestellt werden muß.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Adressen des Überwachungsspeichers regelmäßig auf "0" zurückgesetzt werden, so daß freie Adressen des Speicherbereichs in regelmäßigen Abständen zur Verfügung stehen, auch wenn aufgrund eines Fehlers die Adressen als belegt angegeben werden.

Die Überwachungsschaltung, die Time Supervision Control, kann auch dazu verwendet werden, die Suchlogik- Schaltung bei Inbetriebnahme zu initialisieren, indem alle Zeilen eines Überwachungsspeichers, hier also die beiden Zeilen des 2-Bit-Speicherfelds gemäß Fig. 1, auf "0" gesetzt werden. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Initialisierung der Schaltung.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß die Adressen des Speicherbereichs ohne eine aufwendige Überwachungseinrichtung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, immer wieder zur Verfügung gestellt werden können.

Es ist möglich, mehrere Suchlogik-Schaltungen der hier beschriebenen Art miteinander zu koppeln, dergestalt, daß eine Staffelung bzw. gestaffelte Verknüpfung der Schaltungen erfolgt. Dabei kann eine Arbiter-Logik-Schaltung mehreren untergeordneten Arbiter-Logik-Schaltungen zugeordnet werden und feststellen, welche dieser Schaltungen freie Adressen zeigen. Die untergeordneten Arbiter-Logik- Schaltungen können direkt Speicherbereichen zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, diesen weitere untergeordnete Arbiter-Logik-Schaltungen zuzuordnen. Auf diese Weise kann eine große Zahl von Speicherplätzen eines Speicherbereichs von relativ wenigen Arbiter-Logik-Schaltungen verwaltet werden.

Bei einer speziellen Verknüpfung gemäß Fig. 3 können überdies Speicherbereiche variabler Größe verwaltet werden.

Gemäß Fig. 3 ist ein Speicherbereich SB zwei Arbiter- Logik-Schaltungen AL1 und AL2 zugeordnet. Beiden Arbiter-Logik-Schaltungen ist ein gemeinsamer Überwachungsspeicher ein Time Supervision Field TSF zugeordnet, wobei einzelne Adressenfelder des Time Supervision Field sowohl der ersten Arbiter- Logik-Schaltung AL1 als auch der zweiten Arbiter- Logik-Schaltung AL2 zugeordnet sind.

Bei einer derartigen Schaltung muß die Richtung der Suche nach freien Adressen in den einzelnen Arbiter- Logik-Schaltungen in entgegengesetzter Richtung erfolgen. Die Suche nach freien Adressen in der ersten Arbiter-Logik-Schaltung AL1 erfolgt beispielsweise von links nach rechts, was durch einen Pfeil dargestellt ist. Die Suche in der zweiten Arbiter- Logik-Schaltung AL2 erfolgt in entgegengesetzter Richtung, was wiederum durch einen Pfeil angedeutet ist.

Bei speziellen Anwendungen dieser Schaltung kann es vorteilhaft sein, die Adressen des Speicherbereichs SB von 1 bis v einer ersten Funktion zuzuordnen und die Adressen von v+1 bis c einer zweiten Funktion. Dabei brauchen diese Bereiche nicht festgelegt zu sein, sofern die Grenze dieser Bereiche im Überschneidungsbereich der beiden Arbiter-Logik-Schaltungen AL1 und AL2 liegt. Bei der Suche nach freien Adressen fangen die Arbiter-Logik-Schaltungen jeweils von einem Randbereich des Speicherbereichs SB an, freie Adressen herauszusuchen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß keinerlei Probleme auftreten, sofern die Adressen der freien Speicherplätze des Speicherbereichs in dem Feld liegen, in dem keine Überlappung der Arbiter-Logik- Schaltungen vorliegt. Sobald eine freie Adresse im Überlappungsbereich von einer der Arbiter-Logik- Schaltungen ausgelesen wird, kann dies von einer Überwachungs-Logik festgestellt werden, die dann die zutreffende Adresse des freien Speicherplatzes im Speicherbereich SB ausgibt.

Nach allem ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Suchlogik-Schaltung zur Auffindung der Adresse eines freien Speicherplatzes in einem Speicherbereich. Der zugehörige Überwachungsspeicher kann Teil des der Suchlogik-Schaltung zugeordneten Speicherbereichs sein, so daß sich ein regelmäßiges Design der Gesamtschaltung ergibt. Dadurch, daß aufwendige Überwachungsschaltungen, die bei FIFO-Speichern erforderlich waren, entfallen, kann Chip-Fläche eingespart werden. Bei Inbetriebnahme der Suchlogik-Schaltung ist eine einfache Initialisierung des Systems durch die Überwachungsschaltung, die Time Supervision Control, möglich. Während einer Suchroutine auftretende Fehler werden durch die hier beschriebene Selbstheilung einfach eliminiert. Aufwendige Suchroutinen können entfallen.

Bei einer Verschachtelung verschiedener Arbiter-Logik- Schaltungen können einerseits große Speicherbereiche abgedeckt werden. Andererseits ist es möglich, bei einer Überlappung der Arbiter-Logik- Schaltungen gemäß Fig. 3 variable Speicherbereiche vorzusehen und damit eine optimale Speicherausnutzung zu erreichen.

Die anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterte Suchlogik- Schaltung zur Auffindung der Adresse eines freien Speicherplatzes in einem Speicherbereich ist ohne weiteres verwendbar, um freie Prozessoren in einem Multiprozessorsystem aufzuwenden.

In diesem Fall sind dem Überwachungsspeicher die einzelnen Prozessoren zugeordnet. Die Arbiter-Logik- Schaltung sucht nun den Überwachungsspeicher nach freien Prozessoren durch um diese zum Beispiel für die Bearbeitung von Programmschritten bereitstellen zu können. Freie Prozessoren werden auf diese Weise ausgesucht und ihre Adresse im Überwachungsspeicher als belegt markiert. Bei der nächsten Suche nach einem freien Prozessor kann die Arbiter-Logik-Schaltung die bewegten Prozessoren sehr leicht feststellen und auf diese Weise freie Prozessoren schneller herausfinden.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß mit Hilfe der beschriebenen Schaltung freie Kanäle eines Datenübertragungssystems auffindbar sind. Dazu werden die Kanäle des Datenübertragungssystems dem Überwachungsspeicher zugeordnet. Auf die oben beschriebene Weise findet die Arbiter-Logik-Schaltung freie Kanäle im Überwachungsspeicher auf und kann diese zur Übertragung von Daten bereitstellen. Derartig aufgesuchte freie Kanäle werden im Überwachungsspeicher markiert und beim nächsten Suchvorgang als belegt bedeutet. Auf diese Weise lassen sich freie Kanäle schnell und einfach aufsuchen. Der Überwachungsspeicher, der hier den Prozessoren bzw. Kanälen zugeordnet ist, kann auch bei der hier beschriebenen Verwendung mit Hilfe der oben erläuterten Time Supervision Control rückgesetzt werden. Dabei werden fehlerhafte Bits gelöscht und vermieden, daß der Überwachungsspeicher freie Einheiten als belegt markiert.

Claims (10)

1. Suchlogik-Schaltung zur Auffindung einer freien Einheit aus einer Vielzahl gleicher Einheiten, gekennzeichnet durch mindestens einen der Vielzahl von gleichen Einheiten zugeordneten Überwachungsspeicher und wenigstens eine mit diesem zusammenwirkende Arbiter-Logik-Schaltung, die freie Einheiten aus dem Überwachungsspeicher ausliest.

2. Suchlogik-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als freie Einheit ein freier Speicherplatz aus einer Vielzahl von einen Speicherbereich bildenden Speicherplätzen heraussuchbar ist.

3. Suchlogik-Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherbereich ein Linked- List-Speicher verwendbar ist.

4. Suchlogik-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsspeicher als 2-Bit-Speicherfeld ausgelegt ist.

5. Suchlogik-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, die einzelne Zeilen des Überwachungsspeichers auf "0" setzt.

6. Suchlogik-Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung die Zeilen des Speichers nacheinander auf "0" setzt.

7. Suchlogik-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere miteinander verschaltete Arbiter-Logik-Schaltungen.

8. Suchlogik-Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Arbiter-Logik-Schaltungen (AL1, AL2) so miteinander gekoppelt sind, daß zumindest einige Adressen freier Speicherplätze eines Speicherbereichs (SB) beiden Arbiter-Logik-Schaltungen zuweisbar sind.

9. Suchlogik-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als freie Einheit ein freier Prozessor aus einem eine Vielzahl von Prozessoren aufweisenden Multiprozessorsystem heraussuchbar ist.

10. Suchlogik-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als freie Einheit ein freier Kanal eines eine Vielzahl von Kanälen aufweisenden Datenübertragungssystems heraussuchbar ist.