DE602004011623T2

DE602004011623T2 - Elektronische Schaltungsanordnung mit über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelten Verarbeitungseinheiten

Info

Publication number: DE602004011623T2
Application number: DE602004011623T
Authority: DE
Inventors: Andrei Radulescu; Johannus T. Dielissen
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-08-11
Also published as: EP1661332B1; ATE385368T1; JP2007504698A; US20070008959A1; JP4406011B2; CN1843003A; EP1661332A1; WO2005022849A1; DE602004011623D1; CN1843003B; US8068508B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung, und insbesondere auf eine integrierte Schaltung mit einer Anzahl Datenverarbeitungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander Verarbeitungsdaten austauschen.
Ein Kommunikationssystem, das als Pupa bezeichnet wird, ist beschrieben worden in dem Artikel: "Pupa: a low latency communication system for fast Ethernet", von M. Verma u. a., veröffentlicht in "1st Workshop an personal computer based networks of workstations", IPDPS 1998 Workshop, Orlando Florida, USA, 3. April 1998, Seiten 1–13.
In Systemen mit vielen Datenverarbeitungseinheiten ist Kommunikation von Daten zwischen verschiedenen Datenverarbeitungsschaltungen ein wichtiger Faktor zum ermitteln der Effektivität des Systems. Bei einfachen Systemen können direkte Verbindungen zwischen den Verarbeitungsschaltungen verwendet werden, wobei meistens eine Anzahl Datenbusleitungen vorgesehen sind, mit denen alle Verarbeitungseinheiten verbunden sind, so dass eine Übertragungsschaltung und eine Empfangsschaltung unmittelbar Zustandsinformation austauschen können.
In aufwendigeren Systemen kann ein Kommunikationsnetzwerk verwendet werden um Daten auszutauschen. Ein derartiges Netzwerk verursacht im Allgemeinen eine Verzögerung zwischen dem Übertragungszeitpunkt der Daten und dem Empfangszeitpunkt. Verarbeitungseinheiten verlieren eine direkte Steuerung über den Empfangszeitpunkt von Nachrichten. Dies verursacht Probleme, weil es dadurch schwierig wird zu wissen, ob eine Verarbeitungseinheit fortfahren kann mit dem Aussenden neuer Daten oder dass sie warten soll, bis der Empfänger dazu bereit ist. Um dieses Problem zu lösen ist ein spezieller Mechanismus erforderlich um Empfangs- und Übertragungsschaltungen zu koordinieren.
US Patent Nr. 6.594.701 beschreibt eine elektronische Schaltungsanordnung, in der Kommunikation über ein Netzwerk mit Hilfe von Kreditberichten gesteuert wird. Eine Empfangsschaltung ermittelt dynamisch, wie viel freier Pufferraum zum Empfangen von Daten aus einer Übertragungsschaltung verfügbar ist und sendet Kreditberichte über den verfügbaren freien Pufferraum über das Netzwerk zu der Übertragungsschaltung. Die Übertragungsschaltung registriert den berichteten Kredit, reduziert den berichteten Kredit, wenn Daten übertragen worden sind, und gewährleistet, dass nicht mehr Daten übertragen werden als in dem Pufferraum, der als frei verfügbar registriert ist, gespeichert werden können. Auf Kredit basierte Kommunikation kann als eine Erweiterung eines Handshake-Protokolls betrachtet werden, wobei die Übertragungsschaltung, nach Zusendung einer Nachricht, auf ein Rückkehrsignal von der empfangenden Schaltungsanordnung wartet, dass freier Raum für eine nächste Nachricht verfügbar geworden ist. Im Vergleich zu einem derartigen Handshake-Protokoll unterstützt eine auf Kredit basierte Kommunikation eine höhere Datenrate, weil die Übertragungsschaltung entscheiden kann, eine nächste Nachricht zu übertragen (ebenso wie über die Größe der Nachricht), und zwar auf Basis der örtlichen Information, im Allgemeinen ohne dass auf eine nächste Nachricht über die Freigabe von Pufferraum gewartet wird.
US Patent Nr. 6.594.701 beschreibt mehrere Algorithmen, die es ermöglichen, dass eine empfangende Schaltungsanordnung bestimmt, wann sie der Übertragungsschaltung Kreditberichte zusenden soll. Eine vorgeschlagene Lösung ist, zeitperiodische Berichte zu verwenden. Eine andere Lösung benutzt eine Schätzung des Betrags des Kredits, der in der Übertragungsschaltung verfügbar ist: es wird ein Kreditbericht gesendet, wenn bei Empfang einer Nachricht von der Übertragungsschaltung der vorher berichtete Kredit, verringert um den Betrag an Daten, die seitdem empfangen worden sind, eine Schwelle unterschreitet. Das Patent beschreibt die Verwendung verschiedener Schwellen, und zwar abhängig von der beobachteten Datenrate der Übertragungsschaltung.
US Patent Nr. 6.460.080 beschreibt eine kreditbasierte Kommunikation, wobei die Übertragungsschaltung Kreditanträge aussendet um eine Übertragung von Kreditberichten auszulösen. Wenn die Übertragungsschaltung eine Nachricht senden möchte, aber ungenügend Kredit verfügbar ist, sendet stattdessen die Übertragungsschaltung einen Kreditantrag. Die Empfangsschaltung empfängt den Kreditantrag und sendet einen Kreditbericht zurück, nötigenfalls nach einer Wartezeit, bis genügend freier Pufferraum verfügbar geworden ist.
Die Verwendung des Netzwerkes zum Austauschen von Kreditberichten und, ggf. Kreditanträgen verbraucht Netzwerkbandbreite. Es ist erwünscht, den Betrag verbrauchter Bandbreite zu minimieren. US 6.594.701 macht dies dadurch, dass außerhalb des Netzwerkes über Kredit berichtet wird, dies macht aber die Kommunikationsschaltung kompliziert.
Eine interessante Möglichkeit, für die Kreditberichte verwendete Netzwerkbandbreite zu reduzieren, tritt auf, wenn Verarbeitungsschaltungen eine Zweiweg-Datenkommunikation über das Netzwerk haben. In dem Fall können Kreditberichte zur Übertragung in der einen Richtung zu Daten in Datennachrichten hinzugefügt werden, die in der anderen Richtung gesendet werden und umgekehrt. Auf diese Weise können Nachrichtengesamtkosten durch Datenberichte und Kreditberichte geteilt werden. Die Reduktion von Bandbreitenverwendung für Kreditberichte soll aber derart verwirklicht werden, dass die Übertragungsrate der Daten nicht oder nicht wesentlich reduziert wird, beispielsweise dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass die Übertragungsschaltung Übertragung verzögert um auf Kreditberichte zu warten.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für Kreditberichte verwendete Netzwerkbandbreite zu reduzieren, ohne einen unerwünschten Effekt auf die Rate, mit der Daten unter Verwendung des berichteten Kredits übertragen werden können.
Es ist nun u. a. ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung auf effektive Art und Weise eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen einem Paar Verarbeitungsschaltungen zu verwenden um für Kreditberichte verwendete Netzwerkbandbreite zu reduzieren.
Die Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Die Schaltungsanordnung benutzt bidirektionale Netzwerkschnittstellen. Die Netzwerkschnittstellen umfassen wenigstens einem Teil der ausgehenden Nachrichten mit datenitems, Information, die betreffende Beträge nicht berichteten Pufferraums R darstellt zum Empfangen von datenitems aus eintreffenden Nachrichten. Eine Übertragungssteuerschaltung für eine Netzwerkschnittstelle löst das Aussenden der ausgehenden Nachrichten aus. Die Übertragungssteuerung verzögert die Übertragung, bis eine Anzahl A Datenitems, die für Übertragung verfügbar sind und für die Pufferraum verfügbar ist über das Netzwerk, eine Schwelle übersteigt, die typischerweise auf eine Anzahl (> 1) Datenitems gestellt worden ist. Die Übertragungssteuerschaltung erniedrigt aber die Schwelle, oder unterdrückt sie sogar, und zwar in Reaktion auf eine Zunahme des Betrags R nicht berichteten verfügbaren Pufferraums in der Pufferspeicherschaltung für die betreffende Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen. Auf diese Weise wird einerseits Bandbreitenverwendung durch kombinierte Sendung von Daten und Kredit für Antwortdaten und Verwendung einer Schwelle reduziert. Andererseits werden Verzögerungen, verursacht durch nicht berichteten Kredit oder Daten durch Verringerung der Schwelle reduziert, je nachdem der Betrag nicht berichteten Kredits zunimmt, und/oder durch Unterdrückung der Schwelle (d. h. Übertragung wird nicht länger verzögert), wenn der Betrag nicht berichteten Kredits eine Schwelle übersteigt. Vorzugsweise sind die Schwelle und die Bedingungen, unter denen die Schwelle reduziert wird, programmierbar.
Bei einer weiteren Ausführungsform unterstützt die Übertragungssteuerschaltung einen Entleerungsbefehl. In Reaktion auf den Entleerungsbefehl wird eine Anzahl B nicht übertragener Datenitems abgetastet, die eine Verarbeitungsschaltung vorher verfügbar gemacht hat. Übertragung einer oder mehrerer Übertragungsnachrichten wird ausgelöst bis wenigstens B Datenitems gesendet worden sind, ohne dass gewartet wird, bis die Anzahl A die Schwelle übersteigt und/oder der Betrag R nicht berichteten verfügbaren Pufferraums die Schwelle erniedrigt oder unterdrückt.
Die Schwelle kann auf effektive Art und Weise erniedrigt werden, je nachdem die Zeit nach der Übertragung einer Nachricht vergeht. Die Übertragungssteuerschaltung kann beispielsweise Übertragung auslösen, wenn die Anzahl A die Schwelle übersteigt und/oder der Betrag R eine weitere Schwelle übersteigt. Dies kann auf eine einfache Art und Weise detektiert werden. In einer anderen Ausführungsform wird Übertragung ausgelöst, wenn eine gewichtete Summe der Anzahl A und der Betrag R eine weitere Schwelle übersteigt.
Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 6 definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine elektronische Schaltungsanordnung,
2 eine Netzwerkschnittstelle.
1 zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung, die eine Anzahl Verarbeitungsschaltungen 10, ein Kommunikationsnetzwerk 12 und Netzwerkschnittstellenschaltungen 14 umfasst. Die Verarbeitungsschaltungen 10 sind über die Netzwerkschnittstellenschaltungen 14 mit dem Netzwerk 12 gekoppelt. Das Kommunikationsnetzwerk 12 hat eine Anzahl Anschlüsse für verschiedene Verarbeitungsschaltungen 10 (es sind beispielsweise acht Stück dargestellt), aber der Einfachheit halber sind nur zwei verbundene Verarbeitungsschaltungen 10 dargestellt. Das Kommunikationsnetzwerk 12 kann von jedem beliebigen bekannten Typ sein. So kann es beispielsweise Querstangenschalter, Wiederholer usw. enthalten. Insbesondere ist es möglich, dass gleichzeitig verschiedene Nachrichten über das Netzwerk 12 laufen können. So dass Nachrichten einander in dem Netzwerk 12 kreuzen. Dies ermöglicht eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit.
2 zeigt ein Beispiel einer bidirektionalen Netzwerkschnittstellenschaltung 14. In dem Beispiel enthält die bidirektionale Netzwerkschnittstellenschaltung 14 einen FIFO("First In First Out")Ausgangspuffer 20, eine Übertragungssteuerschaltung 22, einen Übertragungsmultiplexer 24, eine Übertragungskreditregistereinheit 25, einen Empfangsdemultiplexer 26, einen FIFO Eingangspuffer 27, eine Empfangssteuerschaltung 28 und eine Empfangskreditregistereinheit 29. Ein Ausgang der Verarbeitungsschaltung 10 ist mit einem Eingang des FIFO Ausgangspuffers 20 verbunden. Die Übertragungssteuerschaltung 22 ist mit den Steuereingängen und Ausgängen des FIFO Ausgangspuffers 20, mit einem Steuereingang des Übertragungsmultiplexers 24, mit der Übertragungskreditregistereinheit 25 und mit der Empfangskreditregistereinheit 29 verbunden. Die Eingänge des Übertragungsmultiplexers 24, sind mit der Übertragungssteuerschaltung 22 und dem FIFO Ausgangspuffer 20 gekoppelt.
Der Empfangsdemultiplexer 26 hat Ausgänge, die mit der Empfangssteuerschaltung 28 und dem FIFO Eingangspuffer 27 gekoppelt sind. Der FIFO Eingangspuffer 27 hat einen Ausgang, der mit einem Eingang der Verarbeitungsschaltung 10 gekoppelt ist. Die Empfangssteuerschaltung 28 ist mit dem FIFO Eingangspuffer 27, mit der Empfangskreditregistereinheit 29 und einem Steuereingang des Empfangsdemultiplexers 26 gekoppelt. Im Betrieb erzeugen die Datenverarbeitungsschaltungen 10 aufeinander folgende Datenitems, wie beispielsweise Wörter von 16, 32 oder 64 Bits. Die Netzwerkschnittstellenschaltungen 14 übertragen die datenitems zu anderen Datenverarbeitungsschaltungen in Nachrichten über das Kommunikationsnetzwerk 12. Die anderen Datenverarbeitungseinheiten empfangen die Nachrichten und benutzen die Datenitems zur weiteren Verarbeitung. Eine Datenverarbeitungsschaltung 10 schreibt die Datenitems in den FIFO Ausgangspuffer 20. Eine herkömmliche FIFO Pufferschnittstelle (die der Verarbeitungsschaltung 10 mitteilt, ob der FIFO Ausgangspuffer 20 voll ist oder nicht), kann verwendet werden um zu vermeiden, dass die Verarbeitungsschaltung 10 schreibt, wenn der FIFO Ausgangspuffer 20 voll ist.
Nach einer gewissen Zeit löst die Übertragungssteuerschaltung 22 die Übertragung einer Nachricht mit einer Anzahl Datenitems über das Netzwerk 12 aus. In diesem Fall erzeugt die Übertragungssteuerschaltung 22 einen Header und sorgt dafür, dass der Übertragungsmultiplexer 24 den Header zu dem Netzwerk 12 ausliefert. Der Header kann Felder für ein Synchronsymbol, eine Zieladresse, einen Nachrichtenlängencode und Kreditinformation enthalten. Die folgende Übertragungssteuerschaltung 22 steuert den FIFO Ausgangspuffer 20 um Datenitems zu dem Übertragungsmultiplexer 24 auszuliefern und den Übertragungsmultiplexer 24 um diese Daten zu dem Netzwerk 12 auszuliefern. Am Ende der Nachricht kann die Übertragungssteuerschaltung ein Stoppsymbol und etwaige Fehlerkorrekturdaten übertragen (die Anzahl Datenitems entspricht der in dem Header spezifizierten Länge, aber auf diese Länge kann verzichtet werden, wenn ein Stoppsymbol verwendet wird und umgekehrt; der Vorteil eines Stoppsymbols ist, dass Daten, die beim Ausgangspuffer 20 eintreffen, wenn die Nachricht übertragen wird, zu der Nachricht hinzugefügt werden können). Die resultierende Nachricht kann beispielsweise den nachfolgenden Inhalt haben:
Nachricht = Header, Datenitem, Datenitem, Datenitem.
(Obschon eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, die Erzeugung, Übertragung und Verbrauch der ganzen Datenitems benutzt, dürfte es einleuchten, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung Teile von beispielsweise des letzten Datenitems über aufeinander folgende Nachrichten verteilt übertragen werden können, oder dass die Korngröße des Datenitems verschiedener Verarbeitungseinheiten voneinander abweichen können, so dass was für die eine Verarbeitungseinheit ein Datenitem ist (beispielsweise ein 64 Bit Wort) eine Gruppe oder mehr als ein datenitem (beispielsweise vier 16 Bit Wörter) für eine andere Verarbeitungsschaltung ist).
Bei Empfang einer Nachricht führt der Empfangsdemultiplexer 26 zunächst den Header zu der Empfangssteuerschaltung 28, die daraufhin dafür sorgt, dass der Empfangsdemultiplexer 26 Datenitems aus der Nachricht dem FIFO Eingangspuffer 27 zusendet und dass der FIFO Eingangspuffer 27 diese Datenitems empfängt. Die Verarbeitungsschaltung 10 liest daraufhin die Datenitems aus dem FIFO Eingangspuffer 27 aus. Eine herkömmliche FIFO Pufferschnittstelle (die der Verarbeitungsschaltung 10 mitteilt, ob der FIFO Puffer ggf. leer ist) kann zwischen dem FIFO Eingangspuffer 27 und der Verarbeitungsschaltung 10 verwendet werden um zu vermeiden, dass ausgelesen wird, wenn der FIFO Eingangspuffer 27 leer ist.
Die Übertragungskreditregistereinheit 25 einer bestimmten Übertragungsnetzwerkschnittstellenschaltung 14 speichert eine Anzahl T (auch als Kreditbetrag bezeichnet), die darstellt, wie viel freier Pufferraum wenigstens in dem FIFO Eingangspuffer 27 einer anderen empfangenden Netzwerkschnittstellenschaltung 14, zu der Nachrichten übertragen werden, verfügbar ist. Die Empfangskreditregistereinheit 29 der betreffenden übertragenden Netzwerkschnittstellenschaltung 14 speichert eine Zahl R, die darstellt, wie viel nicht berichteter freier Pufferraum in dem FIFO Ausgangspuffer 27 der betreffenden übertragenden Netzwerkschnittstellenschaltung 14 verfügbar ist.
Die Übertragungssteuerschaltung 22 begrenzt den Betrag an Daten L in übertragenen Nachrichten, so dass nicht mehr Daten aus dem FIFO Ausgangspuffer 20 in die Nachricht ausgeliefert werden als der verfügbare freie Pufferraum T, angegeben durch die Übertragungskreditregistereinheit 25. Wenn die Nachricht gesendet wird, sorgt die Übertragungssteuerschaltung 22 dafür, dass der Kreditbetrag T in der Übertragungskreditregistereinheit 25 entsprechend dem Betrag L der übertragenen Daten verringert wird.
Die Übertragungssteuerschaltung 22 umfasst Kreditinformation R in dem Header um die Verfügbarkeit nicht berichteten freien Raums in dem FIFO Eingangspuffer zu berichten. Die Empfangskreditregistereinheit 29 einer bestimmten Übertragungsnetzwerkschnittstellenschaltung 14 speichert eine Zahl R, die darstellt, wie viel nicht berichteter freier Pufferraum in dem FIFO Ausgangspuffer 27 der Netzwerkschnittstellenschaltung 14 verfügbar ist. Jedes Mal, wenn die Verarbeitungsschaltung 10 ein datenitem aus dem FIFO Eingangspuffer 27 ausliest, steigert die Empfangskreditregistereinheit 29 die Zahl R nicht berichteten freien Pufferraums. Wenn die Übertragungssteuerschaltung 22 eine Nachricht überträgt, liest sie den Betrag R nicht berichteten freien Pufferraums aus der Empfangskreditregistereinheit 29, fügt eine Zahl, die diesen Betrag R darstellt, in den Header der Nachricht ein und setzt die Empfangskreditregistereinheit 29 auf einen Nullbetrag R = 0 in der Empfangskreditregistereinheit 29 zurück. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein geringerer Betrag P < R berichtet werden, wobei in diesem Fall dann der Betrag, dargestellt in der Empfangskreditregistereinheit 29 um P verringert wird.
Bei Empfang einer Nachricht liest die Empfangssteuerschaltung 28 den Betrag R' nicht berichteten freien Raums aus dem Header und sorgt dafür, dass die Übertragungskreditregistereinheit 25 den Betrag T verfügbaren freien Pufferraums um den Betrag R' nicht berichteten freien Raums aus dem Header steigert.
Nachrichten werden zu selektierten Zeiten übertragen. Die Übertragungssteuerschaltung 22 bestimmt, wann eine Nachricht übertragen werden soll, und zwar auf Basis des Betrags an Daten A, die von dem FIFO Ausgangspuffer 20 gesendet werden können, und des Betrags R nicht berichteten verfügbaren freien Raums, angegeben durch die Empfangskreditregistereinheit 29. Die Übertragungssteuerschaltung 22 sendet eine Nachricht, wenn der Betrag A an Daten und/oder der Betrag R nicht berichteten verfügbaren freien Raums ausreichend gestiegen ist. In einer Ausführungsform ist das Kriterium zum Senden einer Nachricht: A > M1 oder R > M2
Hier ist M₁ und M₂ ein Schwellenwert, wobei diese Werte vorzugsweise programmierbar sind, so dass Wirkung der Schnittstelle an den Wirkungskontext angepasst werden kann. Der Betrag an Daten A, der von dem FIFO Ausgangspuffer 20 aus gesendet werden kann, wird beispielsweise als der kleinere des Betrags B an Daten in dem FIFO Ausgangspuffer 20 und des Betrags des Kredits T aus der Übertragungskreditregistereinheit 25 bestimmt. Es dürfte aber einleuchten, dass andere Kriterien zur Übertragung einer Nachricht möglich sind, beispielsweise wie αA + R > Mwobei α ein gewisser positiver Gewichtungsfaktor ist
oder (B > M3 und T > M4) oder R > M5
Die Schwellen M, M₃, M₄, M₅ sind vorzugsweise programmierbar, so dass Betrieb der Schnittstelle an den Betriebskontext angepasst werden kann.
In der übertragenen Nachricht werden derartige Daten übertragen als (a) verfügbar und (b) können entsprechend dem Betrag an Kredit T empfangen werden. Es sei bemerkt, dass die Entscheidung eine Nachricht zu übertragen nicht unbedingt wenigstens einen vorbestimmten Betrag an verfügbaren Daten, oder die Verfügbarkeit wenigstens eines vorbestimmten Betrags an Kredit erfordert. Wenn der Betrag R nicht berichteten verfügbaren freien Raums genügend ansteigt, wird eine Nachricht sowieso gesendet, sogar wenn der Betrag an Daten in der Nachricht Null oder sehr gering ist.
Es dürfte einleuchten, dass bei diesem Kriterium einerseits eine oder mehrere Schwellen verwendet werden um eine minimale Verwendung der Netzwerkbandbreite zu gewährleisten, und andererseits die Schwelle für alle Daten und jeden Kredit überstimmt werden kann, so dass wenigstens kein außergewöhnlicher Betrag nicht berichteten freien Raums R akkumuliert. Die Netzwerkbandbreitenverwendung wird verringert, weil Kredit information R möglicht viel berichtet wird, wenn normale Daten übertragen werden. Verwendung von Netzwerkbandbreite wird ebenfalls reduziert, weil Daten akkumuliert werden, so dass viele Datenitems von dem FIFO Ausgangspuffer 20 vorzugsweise zu einer einzigen Nachricht kombiniert werden, so dass der Gesamtaufwand für den Header geteilt werden kann. Um Verwendung von bandbreite zu reduzieren wird die Schwelle M₁ (oder die Schwellen M₃ und M₄) vorzugsweise möglichst hoch gelegt, ohne dass dadurch verursacht wird, dass die empfangende Datenverarbeitungsschaltung 10 auf Daten warten muss. Wenn nicht genügend Daten verfügbar sind, wird eine Nachricht gesendet gleichwohl wenn genügend nicht berichteten freien Pufferraum R verfügbar ist. Um die Verwendung von bandbreite zu reduzieren, wird vorzugsweise die Schwelle M₂ (oder M₃) möglichst hoch gelegt, ohne dass verursacht wird, dass die empfangende Datenverarbeitungsschaltung 10 auf Pufferraum warten muss.
Das Netzwerk bestimmt eine feste Länge für die Nachrichten, oder eine maximale Länge. In diesem Fall kann diese Länge als ein Schwellenwert M₁ (oder die Schwellen M₃ und M₄) verwendet werden. Im Falle von Nachrichten mit einer festen Länge, kann es, wenn eine Nachricht gesendet wird, weil der nicht berichtete freie Pufferraum R eine Schwelle übersteigt, notwendig sein, Raum übrig zu lassen für Daten in der Nachricht, die nicht verwendet sind, wenn ungenügend übertragbare Daten A verfügbar sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Zeit als zusätzlicher Auslöser zum Aussenden von Nachrichten verwendet. So kann beispielsweise die Übertragungssteuerschaltung 22 einen Zeitgeber enthalten und kann vorgesehen sein zum Übertragen einer Nachricht, wenn es Daten gibt (A > 0) oder wenn es nicht berichteten freien Pufferraum (R > 0) gibt und während einer vorbestimmten Zeit ist keine Nachricht gesendet worden. In einer anderen Ausführungsform können in der Übertragungssteuerschaltung 22 Schwellen (M₁, M₂, M₃, M₄, M₅ und/oder M) um die Zeit nach der Übertragung einer letzten vorhergehenden Nachricht reduziert werden. In einer anderen Ausführungsform können der nicht berichtete freie Raum und/oder die nicht übertragenen Daten schwerer gewichtet werden in einem Kriterium zum Übertragen einer Nachricht entsprechend dem Zeitintervall, das vergangen ist, seit der nicht berichtete freie Raum und/oder die nicht übertragenen Daten verfügbar geworden sind. So könnte beispielsweise das Kriterium wie folgt sein: min(T, Σiw(t – ti)) > M1 oder Σjw1(t – tj) > M2
Hier identifiziert i verschiedene Datenitems, j verschiedene Gebiete des Pufferraums, t – t_i die vergangene Zeit, seit das Datenitem i geschrieben worden ist, t – t_j die vergangene Zeit, seit das Gebiet j mit der Größe Rj verfügbar geworden ist, und w() und w'() sind Gewichtungsfunktionen, die mit zunehmender vergangener Zeit zunehmen. Auf gleiche Weise könne ein akkumuliertes Gewicht durch Berechnung eines neuen akkumulierten Gewichtes W_n = w + β(t_i– t_i-1)W_n-1 jeweils dann berechnet werden, wenn ein neues Datenitem eintrifft, wobei β(t_i– t_i-1) > 1 mit der Zeit ansteigt und ein ähnliches Gewicht W'_n = R_j+ β (t_j – t_j-1)W_n-1 für den Pufferraum. In diesem Fall kann das Kriterium wie folgt sein: min(T, W) > M₁ oder W' > M₂. Als Alternative kann der Kreditbetrag auch zunehmend als eine Funktion der Zeit gewichtet werden. Als eine andere Alternative können die Gewichte zunehmen (oder auf entsprechende Weise, die Schwellen können als eine Funktion der Zeit seit der letzten übertragenen Nachricht abnehmen).
In einer anderen Ausführungsform ist die Übertragungssteuerschaltung 22 vorgesehen um auf einen "Entleerungsbefehl" von der Verarbeitungsschaltung 10 zu reagieren. Wenn die Übertragungssteuerschaltung 22 einen Entleerungsbefehl detektiert, tatst sie Information über den Betrag an Daten ab, die sich in dem FIFO Ausgangspuffer 20 befinden. Daraufhin überstimmt die Übertragungssteuerschaltung 22 das Kriterium zum Übertragen von Nachrichten und überträgt eine Nachricht (oder Nachrichten) jeweils, wenn der Kredit T > 0 verfügbar ist, bis wenigstens der abgetastete Betrag an Daten in den Nachrichten übertragen worden ist. Danach kehrt die Übertragungssteuerschaltung 22 zu dem ursprünglichen Kriterium zurück zum Übertragen von Nachrichten.
Obschon die vorliegende Erfindung zur Kommunikation zwischen einem Paar Verarbeitungsschaltungen 10 illustriert worden ist, dürfte es einleuchten, dass jede beliebige Verarbeitungsschaltung 10 mit mehr als nur einer anderen Verarbeitungsschaltung 10 über das Netzwerk 12 kommunizieren kann. In diesem Fall kann die Verarbeitungsschaltung 10 über eine Anzahl Netzwerkschnittstellen mit dem Netzwerk 12 verbunden sein. Verschiedene Netzwerkschnittstellen können sich dieselbe Verbindung mit dem Netzwerk 12 teilen, beispielsweise im Multiplex. Selbstverständlich können verschiedene Netzwerkschnittstellen sich Hardware, wie den Multiplexer 24, die Übertragungssteuerschaltung 22 usw. teilen, aber einzelne Kreditzahlen T sollen für verschiedene Netzwerkschnittstellen beibehalten werden.
In einer Ausführungsform wird eine Anzahl FIFO Ausgangspuffer und/oder FIFO Eingangspuffer parallel für verschiedene Datenströme verwendet. In diesem Fall wird ein Entscheidungsschema angewandt um zu selektieren, in welcher Reihenfolge die FIFO Ausgangspuffer zum Liefern von Daten verwendet werden sollen. Jedes beliebige geeignete Schema kann angewandt werden, wie ein Ringschema oder ein Schema auf Prioritätsbasis.
Vorzugsweise sollen auch einzelne Zahlen, die nicht berichteten freien Raum darstellen, beibehalten werden, aber ggf. können verschiedene Netzwerkschnittstellen 14 nicht berichteten freien Raum aus demselben Pool nehmen, so dass eine einzige Zahl R verwendet wird. In diesem Fall kann jede Netzwerkschnittstelle 14 beispielsweise einen vorbestimmten Bruchteil der Zahl R, beispielsweise die eine Schnittstelle 40% und die andere 60% berichten. Selbstverständlich können viele Paare Verarbeitungsschaltungen 10 über das Netzwerk 12 parallel kommunizieren. Eine Netzwerkschnittstelle kann von einer Kommunikation mit der Netzwerkschnittstelle für die eine Verarbeitungsschaltung auf Kommunikation mit der Netzwerkschnittstelle für eine andere Verarbeitungsschaltung umschalten. In diesem Fall sind die Beträge R und T selbstverständlich vorzugsweise vorher rückgestellt.
Obschon die vorliegende Erfindung unter Verwendung bestimmter Ausführungsformen beschrieben worden ist, dürfte es einleuchten, dass viele alternative Ausführungsformen möglich sind. So kann beispielsweise die Übertragungssteuerschaltung 22 und die Empfangssteuerschaltung 287 in ein und derselben Schaltungsanordnung implementiert werden und die Registereinheiten 25, 29 können als Speicherstellen implementiert werden, auf welche die Übertragungssteuerschaltung 22 und die Empfangssteuerschaltung 28 zugreifen können. Auf alternative Art und Weise können die Registereinheiten 25, 29 ein Register und Schaltungsanordnungen zum autonomen Aktualisieren des Inhaltes der Register, wie Addierer usw. enthalten.
In einer anderen Ausführungsform kann das Netzwerk 12 den Nachrichten eine maximale Länge auferlegen, wobei in diesem Fall eine Nachricht nicht alle A verfügbaren Datenitems aus dem FIFO Ausgangspuffer 20 enthalten kann, für die es einen Kredit gibt. In diesem Fall ist vorzugsweise die maximal erlaubte Anzahl Datenitems in der Nachricht anwesend. Dies reduziert die Anzahl übertragbarer Datenitems A, wonach das Kriterium abermals angewandt wird um zu entscheiden, ob eine nächste Nachricht gesendet werden soll. Auf alternative Weise kann eine Reihe von Nachrichten gesendet werden um alle A Datenitems zu senden, ohne dass das Kriterium getestet wird, wenn einmal entschieden worden ist, eine erste Nachricht zu senden. Dies steigert aber die Verwendung von Bandbreite.
Auf gleiche Weise kann die Länge des Feldes in der Nachricht zum Berichten über den verfügbaren freien Pufferraum R es unmöglich machen, den ganzen verfügbaren freien Pufferraum zu berichten. In diesem Fall wird vorzugsweise der maximal erlaubte Betrag an freiem Pufferraum in der Nachricht berichtet und R wird dementsprechend in der Empfangskreditregistereinheit 29 verringert. Dies reduziert den Betrag an nicht berichtetem Kredit R, wonach das Kriterium aufs neue angewandt wird, um zu entscheiden, ob eine nächste Nachricht gesendet werden soll. Auf alternative Weise kann eine Reihe von nachrichten gesendet werden um den ganzen Kredit zu berichten, ohne das das Kriterium getestet wird, wenn einmal entschieden worden ist, eine erste Nachricht zu senden. Dies steigert aber die Verwendung von Bandbreite.
In einem anderen Beispiel können statt der FIFO Eingangs- und Ausgangspuffer 20, 27 andere Speichertypen zum Speichern von Daten verwendet werden. So kann beispielsweise jeder der Puffer 20, 27 durch Speicher ersetzt werden, auf welche die Datenverarbeitungsschaltung zugreifen kann, oder die Puffer können ein Teil eines größeren Speichers sein, der beispielsweise Stellen für zu übertragende Daten und für empfangene Daten, sowie für andere Daten enthalten kann.
In diesem Fall kann eine Schlange von Übertragungsanträgen beibehalten werden, zu der ein Antrag hinzugefügt wird, wenn die Datenverarbeitungsschaltung 10 signalisiert, dass Daten für ein komplettes Datenitem zur Übertragung geschrieben worden sind und ein Antrag entfernt wird, wenn die Übertragungssteuerschaltung 22 dafür gesorgt hat, dass die Daten aus dem datenitem in einer Nachricht übertragen werden. Auf gleiche Weise kann eine Schlange von Empfangsberichten beibehalten werden, zu der Berichte hinzugefügt werden, wenn Datenitems von einer Nachricht in den Speicher geschrieben worden sind und aus dem Berichte entfernt werden, wenn die Datenverarbeitungsschaltung 10 signalisiert, dass Datenitems nicht länger notwendig sind. Sollte dies der Fall sein, so wird der nicht berichtete freie Pufferraum R vergrößert.
Es dürfte aber einleuchten, dass die Verwendung eines FIFO Ausgangspuffers 20 und/oder eines Eingangspuffers 27 den Entwurf wesentlich vereinfacht, wobei weniger Schaltungsaufwand für die Netzwerkschnittstellen erforderlich ist.
Weiterhin beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf Puffer fester Größe, oder sogar an festen Stellen in dem Speicher. Die Verarbeitungsschaltung 10 kann entscheiden den Pufferraum zu steigern oder zu verringern, entweder für Empfang oder für Übertragung oder für beide. Selbstverständlich wird der Betrag nicht berichteten freien Raums R dementsprechend geändert, so dass dieser sogar negativ werden kann (die wirkliche Verringerung des Raums wird in Bezug auf die Aktualisierung des Betrags R verzögert, bis R auf einen nicht negativen Wert zurückkehrt, und zwar durch eine nachfolgende Freigabe von Raum durch die Datenverarbeitungsschaltung 10).
Auf gleiche Weise kann die Verarbeitungsschaltung 10 die Verfügbarkeit von Pufferraum an die Netzwerkschnittstelle 14 signalisieren, und zwar jeweils durch Zuführung einer Adresse (und ggf. einer Länge) neu verfügbaren Pufferraums. Die gelieferte Adresse kann eine Adresse sein, die für Daten aus einer vorhergehenden Nachricht verwendet wird, die nicht länger erforderlich ist, sie kann aber auch jede andere beliebige Adresse sein. Auf diese Weise braucht der Puffer nicht an ein bestimmtes Speichergebiet gebunden zu sein. Die Netzwerkschnittstelle 14 benutzt die gelieferte Adresse um Daten aus eintreffenden Nachrichten in den Speicher zu schreiben. In diesem Fall wird der Betrag an nicht berichtetem freiem Raum R jeweils entsprechend den signalisierten Pufferraum gesteigert.
Im Wesentlichen ist es sogar nicht notwendig, einen FIFO Ausgangspuffer 20 oder gleichwertigen Speicherraum zu schaffen zum Speichern von datenitems zur Übertragung. In einer anderen Ausführungsform ist die Datenverarbeitungsschaltung 10 vorgesehen zum Erzeugen von Datenitems auf Befehl von der Übertragungssteuerschaltung 22, wenn die Nachricht zusammengestellt wird. In dem Fall berichtet die Datenverarbeitungsschaltung 10 vorwiegend über die Bereitschaft zum Erzeugen einer bestimmten Anzahl datenitems in Reaktion auf einen derartigen Befehl.
In jeder dieser Ausführungsformen löst die Übertragungssteuerschaltung die Übertragung von Nachrichten aus, und zwar unter Verwendung von Information über den Betrag übertragbarer Daten und über den Betrag nicht berichteten freien Raums R um zu bestimmen, ob eine Nachricht mit Daten, falls vorhanden, und mit nicht berichtetem freien Pufferraum, falls vorhanden, übertragen werden soll.

Claims

Elektronische Schaltungsanordnung, welche die nachfolgenden Elemente umfasst: – eine Anzahl Datenverarbeitungseinheiten (10); – ein Kommunikationsnetzwerk (12) zum Übertragen von Nachrichten zwischen den Datenverarbeitungseinheiten (10); – Pufferspeicherschaltungen (27) zum Speichern von Datenitems, empfangen von dem Netzwerk (12) zur Verwendung durch entsprechende Schaltungsanordnungen der Datenverarbeitungsschaltungen (10); – bidirektionale Netzwerkschnittstellen (14), je zum Pakettieren von Datenitems von einer assoziierten Schaltungsanordnung der Verarbeitungsanordnungen (10) zu Übertragungsnachrichten und zum Übertragen der Übertragungsnachrichten über das Netzwerk (12), und zum Empfangen von Empfangsnachrichten von dem Netzwerk (12) und zum Auspacken von Datenitems aus jeder Empfangsnachricht zur Verwendung durch die assoziierte Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10), wobei die Netzwerkschnittstellen (14) un wenigstens einem Teil der Übertragungsnachrichten Information enthalten, die betreffende Beträge nicht berichteten Pufferraums R zum Empfangen von Datenitems aus den Empfangsnachrichten in der Pufferspeicherschaltung (27) für die assoziierte Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10) darstellt; – eine Übertragungssteuerschaltung (22), vorgesehen zum Auslösen einer Sendung der Übertragungsnachrichten mit Datenitems aus einer bestimmten Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10), wobei die Übertragungssteuerschaltung (22) dazu vorgesehen ist, die Übertragung anzuhalten, bis eine Anzahl A Datenitems, welche die bestimmte Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10) zur Verfügung gestellt hat und für die Pufferraum über das Netzwerk verfügbar ist, eine Schwelle übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungssteuerschaltung (22) dazu vorgesehen ist, die Schwelle zu erniedrigen, oder die Schwelle überhaupt zu unterdrücken durch Übertragung der Übertragungsnachrichten bevor die Schwelle überschritten wird, und zwar in Reaktion auf eine Zunahme des Betrags R nicht berichteten verfügbaren Pufferraums in der Pufferspeicher schaltung (27) für die betreffende Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungssteuerschaltung (22) dazu vorgesehen ist, einen Entleerungsbefehl von der betreffenden Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10 zu empfangen, und in Reaktion auf den Entleerungsbefehl eine Anzahl B nicht übertragener Datenitems zu bestimmen, welche die betreffende Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10) vorher zur Übertragung zur Verfügung gestellt hat, und eine Übertragung einer oder mehrerer Übertragungsnachrichten auszulösen, bis wenigstens B Datenitems gesendet worden sind, ohne zu warten, bis die Anzahl A die Schwelle übersteigt und/oder der Betrag R nicht berichteten verfügbaren Pufferraums die Schwelle erniedrigt oder unterdrückt.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungssteuerschaltung (22) dazu vorgesehen ist, die Schwelle um die Anzahl Datenitems A zu erniedrigen und/oder die Reduktion der Schwelle als eine Funktion des Betrags R steigert, und/oder die Schwelle um einen geringeren Betrag R als eine Funktion der Länge des Zeitintervalls, das seit dieser Datenitems vergangen ist, unterdrückt, und/oder der nicht berichtete Pufferraum verfügbar geworden ist oder seit der Übertragung einer jüngsten Übertragungsnachricht.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungssteuerschaltung (22) dazu vorgesehen ist, die Übertragung auszulösen, wenn die Anzahl A die Schwelle übersteigt und/oder der Betrag R eine weitere Schwelle übersteigt.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungssteuerschaltung (22) dazu vorgesehen ist, die Übertragung auszulösen, wenn eine gewichtete Summe der Anzahl A und des Betrags R eine weitere Schwelle übersteigt.
Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen Datenverarbeitungsschaltungen über ein Netzwerk (12) in einer elektronischen Schaltungsanordnung, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Pakettieren von Datenitems aus einer Verarbeitungsschaltung (10) zu Übertragungs nachrichten und das Übertragen der Übertragungsnachrichten über das Netzwerk (12); – das Empfangen von Empfangsnachrichten von dem Netzwerk (12) und das Auspacken von Datenitems aus jeder Empfangsnachricht zur Verwendung durch die Verarbeitungsschaltung (10); – das Einschließen in wenigstens einem Teil der Übertragungsnachrichten von Information, die betreffende Betrage nicht berichteten Pufferraums R darstellt, zum Empfangen von Datenitems aus den Empfangsnachrichten in eine Pufferspeicherschaltung (27) für die Verarbeitungsschaltung (10); – das Verzögern der Übertragung einer Übertragungsnachricht von einer bestimmten Schaltungsanordnung der Datenverarbeitungsschaltungen (10) bis eine Anzahl A Datenitems, welche die bestimmte Schaltungsanordnung der Datenverarbeitungsschaltungen (10) zur Übertragung in der Nachricht zur Verfügung gestellt hat und für die Pufferraum verfügbar ist über das Netzwerk (12), eine Schwelle übersteigt, gekennzeichnet durch – das Erniedrigen der Schwelle oder das Unterdrücken der totalen Schwelle durch Übertragung der Übertragungsnachricht bevor die Schwelle überschritten wird, in Reaktion auf eine Zunahme des Betrags R nicht berichteten verfügbaren Pufferraums in der Pufferspeicherschaltung (27) für die bestimmte Schaltungsanordnung der Verarbeitungsschaltungen (10).