JP2004326756A - 通信システム用のノード - Google Patents

Abstract

【課題】ポイント・ツー・ポイント・リンクによって接続できる通信システム用の複数のポートを有するノードを提供すること。
【解決手段】通信システム用のノードであって、その通信システムは当該ノードと 離れたノードとの間で信号を伝えるものであり、第１のバスを備え、第２のバスを備え、前記第１のバスと前記第２のバスを結合するリピータを備え、第１の離れたノードへと信号を転送する送信機を備え、第２の離れたノードから信号を受信する受信機を備え、第１モードでは前記送信機および前記受信機を前記第１および第２のバスから切り離し、第２モードでは、前記送信機を前記第１のバスへと前記第１のバスから信号を転送するよう選択的に結合させ且つ前記受信機を前記第２のバスへと信号を受信するよう選択的に結合させるマルチプレクサ回路を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、バスの制御を調停し、バス上でデータを転送するノードを有する通信システムに関する。詳細には、本発明は、二方向調停用の第１のバス構成と一方向データ送信用の第２のバス構成とを有するノードに関する。

限られた資源（通信バス）を争ういくつかの装置（ノード）を有するあらゆる通信システムはまず、どのノードが次にバスを使用するかを決定するための調停を行わなければならない。あるノードが勝利した後、通信システムは、勝利側ノードが他のノードから干渉されずにバスを使用できるようにしなければならない。したがって、通信システム用のバス・アーキテクチャは、調停とバス転送を共に容易に行えるように設計しなければならない。

１つの一般的なバス・アーキテクチャは、各ノードに直接接続された単一の物理的バス、たとえばケーブルを含む。単一バスに結合されたノードは、他のノードによって受信される信号を送信することができる。すなわち、単一バスは、任意のノード間の通信向けに設計される。調停時には任意のノードがバス上に信号を置くことができなければならず、かつ他のすべてのノードがその信号を受信しなければならないので、ノード間通信は特に有用である。どのノードが次に単一のバスを使用するかを決定する調停方法は周知であり、このような方法には、衝突検出、衝突回避、トークン・パッシングなどの方法を含めることができる。

調停が完了するとデータ転送フェーズが開始するが、その際、１つのノードだけがバスの制御を有する。他のすべてのノードは、受信を行い、あるいはリスンしていない。データ転送時には１つのノードしか送信を行わないので、バスが二方向性のものである必要はない。単一バスの例では、送信されるデータは、勝利側ノードから各受信側ノードへ一方向に伝搬する。

単一バスは、高速通信時、具体的にはデータ転送フェーズ中に非常に明らかになるいくつかの欠点がある。一般に、バス長さおよび構成は、バスの帯域幅に悪影響を及ぼし、そのため、最大データ転送速度を制限することがある。

単一バスに関する１つの特定の問題は、装置を接続するケーブルに設けられるタップの数である。各タップは、インピーダンスの不連続性を導入し、そのため電気的性能に悪影響を及ぼす反射および損失を発生させる。タップが多ければ多いほど、性能は劣化する。インピーダンスの不連続性は、スプリッタを使用することによってなくすことができる。しかし、スプリッタは、高価であり、半分の電力を２つの方向のそれぞれに分流する。したがって、少数のスプリッタでも、電力を大幅に低減させ、性能をかなり劣化させる。

単一バスをシリコン・チップで実施する場合、現在利用可能な相互接続技法は、インピーダンスの不連続性に関する問題を大幅に軽減させることができる。しかし、何メートルにもわたって分散できる装置の場合、単一シリコン・バスは実施不能である。要するに、単一物理バスを使用する調停およびデータ転送時の動作速度は、バスの構成によって制限される。

ポイント・ツー・ポイント・リンクによって接続できる複数のポートを有するノードを含む通信システムを提供し、それによって従来型のマルチアクセス・バスと比べて著しい速度面の利点を与えれば有利であろう。バスを単一の論理バスとみなすことができる調停用の第１のバス構成と、単一バスの帯域幅制限を伴わない高速一方向データ転送用の第２のバス構成とを備えたバス・アーキテクチャをノードが有すれば有利であろう。そのようなシステムが、それぞれ高速転送用の短いシリコン・バスを有するツリー構成で接続された複数のノードで実施でき、かつデータ転送時に各ノードでより高い帯域幅向けにデータを再同期させ、タイミングを取り直し、したがってデータを高速で転送することができれば、さらに有利である。

本発明は、ツリー・トポロジとして結合された複数のノードを有する通信システム用のノードを提供するものである。各ノードは、ローカル・ノードに結合することができる。ノードは、ノード自体の間に、複数のポイント・ツー・ポイント・リンク、たとえばコネクタ・ケーブル、プリント回路トレース（バックプレーン環境で）、光学リンク、または少なくとも半二重二方向データ転送機能を有するその他の通信媒体によって結合される。ノードは、接続されたときに、調停用の単一バスのバス構成を形成するが、単一バスの帯域幅制限を伴わない高速一方向データ転送用の第２の構成が可能である。

このような利点は、アービタと、データ・バスと、ポートと、第１のマルチプレクサと、第２のマルチプレクサとを含むノードによって与えられる。第１のマルチプレクサはアービタとデータ・バスを選択し、第２のマルチプレクサはアービタとデータ・バスを選択する。データ・バスは、リピータ回路で結合された送信バスと受信バスとを含む。データは、リピータ回路内のリタイミング回路によって再同期させることができる。

調停時には、マルチプレクサがアービタを選択して、すべてのノードに対する単一バスの機能を提供する。データ転送時には、マルチプレクサが送信向けに構成される。あるノードが接続されたローカル・ホストが調停に勝利した場合、そのノードは、ローカル・ホストがそのデータを送信できるように前記ノードのすべてのポートからデータを送信するように構成される。しかし、ノードに接続されたローカル・ホストが調停に勝利しなかった場合、ローカル・ホストはリピータとして構成される。調停に勝利したノードは、１つのポートに信号を供給し、そのポートは信号を受信するように構成され、残りのポートはすべて、その信号を送信するように構成される。マルチプレクサおよびトランシーバは、上記の機能を提供するように制御される。

ノードがローカル・ホストに接続されておらず、あるいはローカル・ホストが、オフになっており、あるいは動作不能である場合、そのノードはリピータおよびリシンクロナイザとして機能することができる。この機能は、ローカル・ホストが遮断されたノードを単一の経路が通過している例での割り込みを伴わない装置間の通信に有用である。この機能は、最大ケーブル長よりも離れて位置決めされた装置間にリンクを提供するうえでも有用である。たとえば、２つの装置を２本のケーブルによって接続し、その装置の間にノードが配置されると、それによって実際上、信号をそれほど劣化させずにバスの長さを拡張することができる。ＩＥＥＥ１３９４標準では、電力がケーブルから得られ、したがってローカル・ホストや他の外部電源なしでもノードを操作する電力が与えられる必要がある。

本明細書に記載した特徴および利点は、包括的なものではなく、具体的には、当業者なら、本発明の図面、明細書、および特許請求の範囲に鑑みて多数の他の特徴および利点が明らかであろう。さらに、本明細書で使用した文言が主として、読みやすさと説明のために選択されたものであり、したがって本発明の主題を判定するには特許請求の範囲を参照する必要があることに留意されたい。

図面の第１ないし５図は、本発明の様々な実施の形態を例示だけのために開示するものである。当業者には、本明細書に例示した構造および方法の代替実施の形態を本発明の原則から逸脱せずに使用できることが、以下の議論から容易に認識されよう。

調停やデータ転送など通信機能を実行するうえで本発明によるノードが有用なコンピュータ環境を示す第１図を参照する。第１図に示した環境がこのノードの多数の可能な使用法のうちの１つに過ぎず、他の多数の通信システムでこのノードを使用できることが明らかであろう。第１図のコンピュータ環境は、ノード１２を含むＣＰＵ装置１０を示す。ＣＰＵノード１２は、ハード・ドライブ自体のノード１５を有する内部ハード・ドライブ１４に接続され、外部周辺装置と同様に扱うことができる。ケーブル２０は、モニタ１８中のノード１６とＣＰＵノード１２を接続する。ケーブル２０は、ＩＥＥＥ１３９４規格に従って構成され、第１の信号を導通させる第１の差分信号線対、第２の信号を導通させる第２の差分信号線対と、一対の電力線とを含むことが好ましい。ケーブル２０ａは、モニタ・ノード１６を他の周辺装置に接続し、ケーブル２０ｂは、プリンタ２６中のノード２４にモニタ・ノード１６を接続する。ケーブル２０ｃは、プリンタ・ノード２４からハード・ドライブ３２中のノード３０に接続する。ケーブル２０ｄは、やはりプリンタ・ノード２４からスキャナ３６中のノード３４に接続する。

ＣＰＵ１０に戻ると、ＣＰＵポート１２は、ノード４０およびキーボード４２に接続され、キーボード・ノード４０はマウス４６中のノード４４にも接続されている。一般に、各ノードは、そのそれぞれの装置に接続される。前記装置は、そのノード用の「ローカル・ホスト」を形成する。たとえば第１図で、ＣＰＵ１０はＣＰＵノード１２用のローカル・ホストであり、モニタ１８はモニタ・ノード１６用のローカル・ホストであり、以下同様である。しかし、後で第６図に関して論じるように、あらゆるノードがローカル・ホストを有する必要はなく、ローカル・ホストに常に電力を供給する必要はない。ノードの構成および動作について、本明細書で、具体的には第２ないし５図を参照して説明する。

上記のノード１２、１８、２４、３０、３４、４０、４４はそれぞれ同じ構成を有することができる。ただし、マウス・ノード４４などいくつかのノードは、その特定の機能のために簡略化することができる。したがって、ノードは、特定のローカル・ホストのニーズを満たすように修正することができる。たとえば、各ノードは１つまたは複数のポートを有し、その数はノードのニーズに依存する。たとえば、図のＣＰＵポート１２は３つのポートを有するが、マウス・ノード４４は１つのポートしか有さない。

直列ノード５０のブロック図である第２図を参照する。ノード５０は、単一のシリコン・チップ上に形成することが好ましい。第１図に示したノードなど外部ノードとコネクタ・ケーブル５４ａないしｄを接続するために複数のソケット５２ａないしｄが用意されている。繰り返される部品を論じる説明のために、特定の部品を参照しない場合、単一の参照符号を使用して各部品を参照することができる。たとえば、いくつかの例では、「５２」を使用して、参照符号「５２ａないしｄ」で示される任意の部品を参照することができる。

ソケット５２および５４は、ＩＥＥＥ１３９４規格に従って構成され、したがって２つの差分信号線対と１つの電力線対とを含むことが好ましい。各差分信号線対は、別々の信号を供給する。具体的には、第１の差分対は第１の信号線５６上で第１の信号を提供するように接続され、第２の差分対はポート６０への第２の信号線５８上で第２の信号を提供するように接続される。しかし、他の実施の形態（図示せず）では、１つの信号入力しかなく、参照符号９２で説明するトランシーバ制御論理を使用して、信号線を送信に使用するか、それとも受信に使用するかを制御することができる。

ソケット５２およびケーブル５４は、他のノードとのポイント・ツー・ポイント通信リンクを形成する。ポイント・ツー・ポイント通信リンクでは、唯一の接続は２つの端部にある接続だけである。電気的性能を劣化させるタップやその他のインピーダンスの不連続性がなく、その結果、ポイント・ツー・ポイント・リンクは、従来型のマルチアクセス・バスに勝る著しい速度上の利点を有する。使用できる他のポイント・ツー・ポイント・リンクには、光学リンク、同軸ケーブル、マイクロストリップが含まれる。一般に、少なくとも半二重二方向データ転送を行うことができる通信リンクは適当なポイント・ツー・ポイント・リンクである。もちろん、全二重データ転送リンクは、半二重システムに勝るより高い性能を提供する。

図のように、「６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ」と呼ぶ４つのポート６０がある。他の実施の形態では、以下で論じる関連する回路に応じて、ポート６０の数は１つでも、２つでも、３つでも、４つでもよい。各ポート６０は、従来型の受信機６４と従来型の送信機６６とを含むトランシーバ６２を含む。もちろん、受信機６４はケーブル５４を介してリモート・ポート（図示せず）上の送信機に結合され、送信機６６はリモート・ポート上の受信機に結合される。図の実施の形態では、受信機６４は、第１の信号線５６を第１のマルチプレクサ７０に結合し、送信機６６は、第２の信号線５８を第２のマルチプレクサ７２に結合する。

第１のマルチプレクサ７０は、第１の信号を１つの受信バス（ＲＸＢＵＳ）８０およびアービタ８４に結合する。第２のマルチプレクサ７２は、第２の信号を１つの送信バス（ＴＸＢＵＳ）８２およびアービタ８４に結合する。受信バス８０および送信バス８２は、シリコンで構成することが好ましい。

直列ノード５０は、２つのフェーズ用の異なる構成、すなわち調停フェーズ用の第１の構成とデータ転送フェーズ用の第２の構成とを有する。調停フェーズ用の第１の構成では、アービタ８４は、ノード５０を、他のすべてのノードから単一論理バスの一部のように見えるようにする制御論理を含む。言い換えると、アービタ８４によって受信された信号は、他のすべてのノードに渡される。さらに、アービタ８４は、信号を他のすべてのノードに送信することによって、独立にバス上に信号を置くことができる。他のノードはすべて同じ特性を有し、したがって、調停時にすべてのノードは全体的に１つのバスのように見える。

データ転送フェーズ用の第２の構成を実施するために、アービタ８４は、調停時に直列ポート６０を介して受信された信号に応答して、データ転送フェーズ時にどのポート６０を使用してデータを受信するかを決定する制御論理を含む。なお、 に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｕｎｉｑｕｅ Ａｄｄｒｅｓｓ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ，Ｎｏｄｅ Ｓｅｌｆ−Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｍａｐｐｉｎｇ ｆｏｒ ａ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｇｒａｐｈ」と題する出願、 に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｒｂｉｔｒａｔｉｎｇ ｏｎ ａｎ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｇｒａｐｈ」と題する米国特許出願第０７ 号、 に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｒｂｉｔｒａｔｉｎｇ ｏｎ ａｎ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｄｅｓ ｉｎｔｏ ａｎ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｇｒａｐｈ」と題する米国特許出願第０７ 号に記載された原則に従ってアービタ８４を構成することが好ましい。これらの出願は、本発明の出願人に譲渡される。
代替実施の形態では、アービタ８４は、ドミナント論理を有する単一のバスを備えることができる。その実施の形態では、アービタ８４は、その単一ドミナント論理バス上で調停を実行する従来型の制御回路を含む。

アービタ８４は、第１のマルチプレクサ７０および第２のマルチプレクサ７２を制御するマルチプレクサ制御論理機構９０と、各ポート６０中のトランシーバ６２を制御するトランシーバ制御論理機構９２も含む。したがって、マルチプレクサ制御論理９０は、各ポート６０とアービタ８４、受信バス８０、および送信バス８２との間の結合を制御する。トランシーバ制御論理９２を使用して、たとえば送信機６６をオンまたはオフにすることによって、信号フローの方向を制御することができる。たとえば、データ転送時に、送信ポートの受信機をディスエーブルし、あるいは受信ポートの送信機をディスエーブルすることができる。一方がオフになっていない場合、正のフィードバックによって、受信機と送信機がそれ自体と他のノードの間で永遠に同じ値を渡し続けるラッチアップが発生する可能性がある。

調停フェーズ時に、アービタ８４は、ポート６０を介して信号を二方向に送受信することができるように、第１のマルチプレクサ７０および第２のマルチプレクサでアービタ８４自体を選択する。データ転送時には、１つのポート６０だけがデータを受信し、他のすべてのポート６０はデータを送信する。

ローカル・ホスト９４は、第１図に示した装置のうちのどれでもよく、受信バス８０、送信バス８２、およびアービタ８４に結合される。大部分の一般的な応用例では、ローカル・ホスト９４は、他の外部ノードと同様に、バス８０、８２およびアービタ８４に結合することができる。しかし、この構成は大部分のホストでは不要である。というのは、ホストは、すでにインタフェース回路を含んでいる可能性が高く、あるいは直接アービタ８４、受信バス８０、および送信バス８２とのインタフェースをとる回路またはソフトウェアによって容易に設計できるからである。

ローカル・ホスト９４は、それがバスの使用を要求しているかどうかを示す信号をアービタ８４に提供することができる。この場合、「バス」は、相互接続されたノードの集合を指す。ローカル・ホスト９４がバスの使用を要求している場合、アービタ８４は、各ポート６０中の送信機６６を介して他のノードへ信号を供給してバスの制御を得ようとする。ローカル・ホスト９４が調停に勝利した場合、アービタ８４は、ローカル・ホスト９４が調停に勝利したことを示す信号を他の外部ポートへ送出する。アービタはその後で、送信バス８２の制御をローカル・ホストへ転送し、各ポート６０が送信バス８２を選択できるように第２のマルチプレクサ７２を制御する。

ローカル・ホスト９４は、調停に勝利しなかった場合、調停に勝利した外部ノードから１つのポート６０を介して信号を受信する。この例では、ノード５０がリピータとして機能し、調停に勝利したあるポート６０から受信された信号をリピータで処理し（繰り返し）て、前記ポートが接続されている他の外部ノードへその信号を供給する。好ましい実施の形態では、調停に勝利したノードは、たとえば６０ａで受信されたヘッダをアービタ８４に供給または送信する。次いで、アービタ８４は、ポート６０ａに接続されたノードが調停に勝利したことを認識し、第１のマルチプレクサ７０ａを選択して受信バス８０にポート６０ａを接続する。次に、アービタ８４は、他のポート６０ｂ、６０ｃ、６０ｄのそれぞれを介してアービタ８４のヘッダ情報を送出し、これらのポート６０が、当該の速度でデータを受信できるノード内の他のポートに接続されている場合、アービタ８４は、適当な第２のマルチプレクサ７２を使用してそれらのポートを送信バス８２に結合する。

ポート６０ａを介して勝利側ノードから受信されたデータは、受信バス８０からデータ・リピータ回路９６を通って伝搬する。データ・リピータ回路は、増幅器など従来型のデータ・リピータ回路を含むことができる。リピータ回路９６は、他のいくつかの動作をデータに対して行うことができる。リピータ回路９６は、データを所定のレベルに増幅させるだけでなく、データのタイミングを取り直すことも、あるいはデータが、最初に送信されたデータの形状を有するように、そのデータを再同期させることもできる。再同期機能は、高速通信に特に有用である。通信リンクから受信されるデータは、ある程度破壊されることがあり、少なくとも、最初に送信されたときとは異なる形になる可能性が高い。再同期機能はまず、たとえば長さが１０ｎｓのディジタル・データ信号、たとえば「１」を受信する。ただし、この信号は最初、１５ｎｓで送信された可能性がある。再同期機能は、この１０ｎｓ信号を取り出し、最初に送信された信号と同様に１５ｎｓになるようにタイミングを取り直す。さらに、最初に送信された信号に応じて信号の振幅も調整することができる。もちろん、再同期機能は、信号の長さの所定の知識を必要とする。この所定の知識は、プロトコルまたは何らかの他のハイ・レベル機能によって決定することができる。したがって、送信中に劣化し、あるいはその他の原因で破壊された信号は、その最初の形に再構成され、それによって、相互接続されたノード間のデータ転送の帯域幅が増大するので有利である。

リピータ回路９６からのリピータで処理をされた（繰返し）データは送信バス８２に供給され、送信バス８２は、それに接続されたポート６０にそのデータを分配する。リピータ回路９６は、データ転送時に送信できるメッセージの終り信号などの信号を検出する回路も含むことができる。ローカル・ホスト９４またはアービタ８４にこの情報を提供して、通信動作の効果的な制御を促進することができる。

データ転送用のデータ・バス構造９８が受信バス８０と、送信バス８２と、リピータ回路９６とを含む構成は、それを通過する信号の帯域幅を増加させるうえで有利である。しかし、他の実施例では、バス構造９８は送受信用の単一のバスを使用することによって簡略化することができる。その代替実施例では、第１のマルチプレクサと第２のマルチプレクサが共に、単一のデータ転送バスとアービタ８４に結合される。そのようなバス構造は、リピータ回路９６を有さず、したがってより低い帯域幅を有するが、簡略化され、実施費用が低くなる可能性が高い。

ＩＥＥＥ１３９４規格に従って構成されたコネクタを使用する信号の二方向並列送受信を可能にする並列ノード１００の図である第３図を参照する。第２図の場合と同様に、複数のソケット５２ａないしｄが外部ノードに接続される。各ソケット５２は、ＩＥＥＥ１３９４規格に従って構成され、したがって２つの差分信号線対と１つの電力線対を有し、第１の信号線５６上で第１の信号を、第２の信号線５８上で第２の信号を供給する。これらの信号は並列ポート１１０に供給される。並列ノード１００中の各ポート１１０は、第１の信号線５６に結合された第１の二方向トランシーバ１１２と、第２の信号線５８に結合された第２の二方向トランシーバ１１４とを含む。第１の二方向トランシーバ１１２は、第１の受信機１１６と第１の送信機１１８とを含む。第２の二方向トランシーバ１１４は、第２の受信機１２０と第２の送信機１２２とを含む。第１のトランシーバ１１２は第１のマルチプレクサ１３０に接続され、第２のトランシーバ１１４は第２のマルチプレクサ１３２に結合される。

第１のマルチプレクサ１３０は、第１の送信バス（ＴＸＢＵＳ）１４０と、第１の受信バス（ＲＸＢＵＳ）１４２と、アービタ１４４のうちの１つを選択するように結合される。第２のマルチプレクサ１３２は、第２の送信バス（ＴＸＢＵＳ）１４６と、第２の受信バス（ＲＸＢＵＳ）１４８と、アービタ１４４のうちの１つを選択するように結合される。したがって、並列バス転送のために２組の送信バスおよび受信バスが提供される。具体的には、第１の組は、第１の送信バス１４０と第１の受信バス１４２とを含み、第２の組は、第２の送信バス１４６と第２の受信バス１４８とを含む。第１のマルチプレクサ１３０は、第１の組のアービタ１４４、送信バス１４０、または受信バス１４２に第１のトランシーバ１１２を結合する。同様に、第２のマルチプレクサ１３２は、アービタ１４４、第２の送信バス１４６、または第２の受信バス１４８に第２のトランシーバ１１４を結合するように選択することができる。

アービタ１４４は、調停時に並列ポート１１０を介して受信される信号に応答して、次のデータ転送フェーズ時にどのポート１１０を使用してデータを受信するかを決定する。 に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｕｎｉｑｕｅ Ａｄｄｒｅｓｓ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ， Ｎｏｄｅ Ｓｅｌｆ−Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｍａｐｐｉｎｇ ｆｏｒ ａ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｇｒａｐｈ」と題する出願、 に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｒｂｉｔｒａｔｉｎｇ ｏｎ ａｎ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｇｒａｐｈ」と題する米国特許出願第０７ 号、 に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｒｂｉｔｒａｔｉｎｇ ｏｎ ａｎ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｄｅｓ ｉｎｔｏ ａｎ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｇｒａｐｈ」と題する米国特許出願第０７ 号に記載された原則に従ってアービタ１４４を構成することが好ましい。これらの出願は、本発明の出願人に譲渡される。

また、アービタ１４４は、各マルチプレクサに提供されたＭＵＸ制御論理１６０を使用して、各マルチプレクサによる選択を制御するように、第１および第２のマルチプレクサ１３０、１３２に結合される。アービタ１４４は、各トランシーバ１１２、１１４にも結合され、各トランシーバ１１２、１１４を通過するデータ・フローの方向を制御するトランシーバ制御論理１６２を含む。たとえば、所定のプロトコルに従って、ポート１１０ａ中の第１および第２のトランシーバ１１２ａ、１１４ａがデータを受信するように制御することも、あるいはトランシーバ１１２ａ、１１４ａが共にデータを送信するように制御することも、あるいは第１のトランシーバ１１２ａがデータを受信し、かつ第２のトランシーバ１１４ａがデータを送信するように制御することもできる。

調停時に、第３図の並列ノード１００は、第１および第２のマルチプレクサ１３０、１３２でアービタ１４４を選択し、第１のトランシーバ１１２を受信を行うように制御して第２のトランシーバ１１４を送信を行うように制御することによって、第２図の直列ノード５０と同様に動作することができる。しかし、ポート１１０は、両方のトランシーバ１１２および１１４を通過する二方向メッセージ・フロー用の追加制御回路を含むことが好ましい。

ローカル・ホスト１７０は、第１図に示した装置のうちのどれでもよく、第１および第２の受信バス１４２、１４８、第１および第２の送信バス１４０、１４６、およびアービタ１４４に結合される。大部分の一般的な応用例では、ローカル・ホスト１７０は、他の外部ノードと同様に、バス１４０、１４２、１４６、１４８およびアービタ１４４に結合することができる。しかし、この構成は大部分のホストでは不要である。というのは、ホストは、すでにインタフェース回路を含んでいる可能性が高く、あるいは直接アービタ１４４およびバス１４０、１４２、１４６、１４８とのインタフェースをとる回路付きで容易に設計できるからである。

ローカル・ホスト１７０は、それがバスの使用を要求しているかどうかを示す信号をアービタ１４４に提供することができる。調停の結果に応じて、並列バス１１０は、ローカル・ホスト１７０が調停に勝利した場合は送信機として構成され、あるいは他のローカル・ホストが勝利した場合はリピータとして構成される。ローカル・ホスト１７０が勝利した場合、ＭＵＸ制御論理１６０が、第１のマルチプレクサで第１の送信バス１４０と第２のマルチプレクサ１３２中の第２の送信バス１４６を選択し、トランシーバ制御論理１６２が、第１および第２のトランシーバ１１２、１１４を送信を行うように制御する。ローカル・ホスト１７０は、第１および第２の受信バス１４２、１４８にローカル・ホスト自体のデータを供給する。このデータは各並列ポート１１０から送信される。したがって、データ転送時に、並列ノード１００中のアービタ１４４は、並列してデータを送受信するように各ポート１１０を制御する。この構成は、次の調停フェーズまで継続する。

しかし、ローカル・ホスト１７０が勝利しなかった場合、並列ノード１００はリピータとして構成され、１つのポート１１０上で並列してデータを受け取り、他のすべてのポート上で送信する（外部ノードがデータを受信できると仮定する）。リピータ構成では、アービタ１４４中のトランシーバ制御論理１６２は、受信側ポート１１０、たとえばポート１１０ａ中の第１および第２のトランシーバ１１２、１１４を、データを受信するように制御する。さらに、ＭＵＸ制御論理１６０は、それぞれ、第１の受信バス１４２および第２の受信バス１４８に接続されるように、受信側ポート１１０ａ中の第１および第２のマルチプレクサ１３０、１３２を制御する。残りのポート１１０はすべて送信側ポートであり、したがって、トランシーバ制御論理１６２は、送信側ポート１１０中のトランシーバ１１２、１１４をデータを送信するように制御し、ＭＵＸ制御論理１６０は、第１のマルチプレクサ１３０および第２のマルチプレクサ１３２で送信バス１４０、１４６を選択する。

第１のリピータ回路１８０は、第１の受信バス１４２を第１の送信バス１４０に結合する。同様に、第２のリピータ回路１８２は、第２の受信バス１４８を第２の送信バス１４６に結合する。第１および第２のデータ・リピータ回路１８０、１８２は、第２図に関して説明したデータ・リピータ回路９６に類似しており、増幅器、リシンクロナイザ、データ・リジェネレータなど従来型のデータ・リピータ回路を含むことができる。第１および第２のリピータ回路１８０、１８２は、メッセージの終り信号など、データ転送時に送信できる信号を検出する回路を含むこともできる。ローカル・ホスト１７０またはアービタ１４４にこの情報を提供して、通信動作の効果的な制御を促進することができる。

調停構成を実施することを含む調停動作を示す第４図を参照する。続いて、データを転送するようにノードを構成することを含め、調停の後に続くデータ転送に関する動作を示すフロー・チャートである第５図を参照する。

まず第４図を参照すると、論理ブロック２００は、すべてのノードに対して調停が開始されることを示している。次に、ボックス２０２で、各ノードで調停構成が実施される。具体的には、調停構成を実施するために、第１のマルチプレクサと第２のマルチプレクサが共にアービタを選択し、そのため、ポートがアービタに結合される。次いで、調停構成が実施された場合、ポートが二方向信号フロー向けに構成される。第２図の実施例で、トランシーバ６２はすでに二方向信号フロー向けに構成されており、したがって、必要なのは受信機６４および送信機６６を動作可能にすることだけである。しかし、第３図の実施例で、並列ポート１１０は、送信機１１８と送信機１２２を共にイネーブルすることによって送信向けに構成される２つのトランシーバ１１２、１１４を有する。次に第４図中のボックス２０４で、各ノード中のアービタが調停動作を実行し、その間、信号が他のアービタと、それらのアービタを介して交換される。アービタの動作についてはすでに、第２および３図に関して論じた。次に、ボックス２０６に示したように、１つのノードが調停に勝利して、調停が完了する。

次に、論理ブロック２１０に示したように調停が完了した後のデータ転送のステップを示す第５図を参照する。決定論理ブロック２１２で、特定のノードが勝利したかどうかが判定される。このステップは通常、各アービタ内で実行される。具体的には、各アービタは、特定のノードが調停に勝利したかどうかを知り、これを判定するある種の機構がセットアップされている。しかし、この点では、アービタにはどのノードが調停に勝利したかは分からない。決定論理ブロック２１２で、第１図に示したような接続されたノードの通信システム中の任意のノードであるノードＡを参照する。ノードＡが勝利した場合、ボックス２１４に示したように送信機構成が実施される。次いで、ノードＡに接続されたローカル・ホストＡが、ステップ２１６に示したように、データを送信する送信バスに結合される。次に、ステップ２１８に示したように、ノードＡ中のすべてのノードに関して、マルチプレクサおよびトランシーバが送信バスからデータ送信するように構成される。この構成についてはすでに、第２および３図に関して論じた。

次いでボックス２２０で、勝利側ノードを識別するヘッダ・メッセージを送信することができる。他の実施例では、他の方法を使用して、勝利したノードを識別することができる。ステップ２２０は、ポートＡが調停に勝利したことを他のノードに通知する１つの方法を示すために提供される。続いて論理ブロック２２２で、ノードＡからデータが送信され、データ転送の完了時に、動作がボックス２２４へ移り、メッセージの終り信号が送信される。続いて、論理ブロック２２６に示したように、データ転送が完了する。

第５図の上部、すなわち決定論理ブロック２１２に戻ると、ノードＡが調停に勝利しなかった場合、動作は論理ブロック２３０に移り、ノードＡが受信機構成を実施する。ノードＡは実際には、どのノードが調停に勝利したかを知らないので、動作は決定論理ブロック２３２に移り、勝利側ノードからヘッダ・メッセージが受信されるまで動作は待機状態になる。ヘッダ・メッセージが受信された後、動作はボックス２３４に移り、ヘッダを受信したポートで、マルチプレクサおよびトランシーバが、そのポートが接続されたケーブルからデータを受信し、このデータを受信バスに供給するように構成される。次いで、ボックス２３６に示したように、他のすべてのポートが、送信バスからデータを送信するようにマルチプレクサおよびトランシーバによって構成される。したがって、前述のように、データは、受信側ポートに入ることができ、繰り返され他のすべてのポートを介して送信される。次に、論理ブロック２３８に示したように、ローカル・ホストＡが、回路の設計に応じて受信バスまたは送信バスからデータを受信するように結合される。ノードは、決定論理ブロック２４０に示したように、メッセージの終りを受信するまでリピータ構成のままである。メッセージの終りを受信した後、データ転送が完了し、動作がボックス２２６に移る。

ローカル・ホストがノードに接続されていない場合でも、そのノードは、動作するのに十分な電力が供給された場合、リピータ機能を実行することができる。これは、プリンタ２６など１つのローカル・ホストを遮断することができる第１図に示したようなコンピュータ環境で特に有用である。ＩＥＥＥ１３９４規格では、直接ケーブルからノードに電力を供給し、それによって繰返し機能用の電力を与えることができることが明示されている。したがって、たとえば、プリンタ・ノード２４は、プリンタ２６が動作不能である場合でも、ケーブル２０ｂから受信したデータを繰り返して、ハード・ドライブ３２およびスキャナ３６に供給することができる。

第１のケーブル・セグメント２５２と第２のケーブル・セグメント２５４の間に設置されたリピータ・ノード２５０のブロック図である第６図を参照する。リピータ・ノード２５０は、ローカル・ホストに接続されないことを除き、前述のノード５０または１００と同じであってよい。リピータ・ノード２５０を動作させる電力は、いずれかのケーブル・セグメント２５２、２５４を介して、あるいは他の何らかの従来型の電力源から供給することができる。第１のケーブル・セグメント２５２は、第１のローカル・ホスト２６２に接続された第１のノード２６０中のポート２５８に結合される。第２のケーブル・セグメント２５４は、第２のローカル・ホスト２７２に接続された第２のノード２７０中のポート２６８に結合される。ローカル・ホスト２６２、２７２は適当なローカル・ホストでよく、たとえば第１図に示したローカル・ホストが適当である。

リピータ・ノード２５０は、最大単一ケーブル長よりも離れて位置決めされたノードを接続するうえで特に有用であり、したがって実際上、２つのローカル・ホスト間のケーブルの最大長を拡張する。たとえば、ノード２６０は第２のノード２７０から１０ｍの位置に位置決めすることができる。最大ケーブル長が６ｍであり、ケーブル・セグメント２５２、２５４がその長さを有する場合、第１のケーブル・セグメント２５２、リピータ・ノード２５０、および第２のケーブル・セグメント２５４によって１２ｍの接続が形成される。特定の実施態様、たとえばＩＥＥＥ１３９４規格の最大ノード数を超えない限り、適宜、複数のリピータ・ノードを使用して、信号をそれほど劣化させずに、離れたノード間の接続ケーブルの長さを拡張することができる。さらに、ＩＥＥＥ１３９４規格では、ケーブルに電力線を含める必要がある。したがって、ケーブル２５２または２５４から直接リピータ・ノード２５０に電力を供給することができ、それによって外部電力接続が不要になる。

上記の説明から、本明細書で開示した発明が、新規の有利な混合バス・アーキテクチャを提供することは自明であろう。前記の議論は、本発明の典型的な方法および実施例を開示し説明したものである。当業者には理解されるように、本発明は、その趣旨からも基本的特性からも逸脱せずに他の特定の形で実施することができ、したがって前述の実施例は本発明の範囲を制限するものではない。以下の請求の範囲は、本発明の範囲を示すものである。請求項の等価物の意味および範囲の範囲内のすべての変形例は、請求項の範囲内に包含されるものである。

本発明の通信システムが有用なコンピュータ環境の図である。 各ポートが１つの二方向トランシーバを有する直列ノードの図である。 各ポートが二方向並列データ転送および調停用の二方向トランシーバを有するノードの図である。 ノードを調停向けに構成することを含む調停動作のフロー・チャートである。 ノードをデータ転送向けに構成することを含むデータ転送動作のフロー・チャートである。 ２つのノード間に結合されたリピータ・ノードのブロック図である。

符号の説明

５０，１００ ノード； ５２ ソケット； ５４ ケーブル； ５６，５８ 信号線； ６０，１１０ ポート； ６２ トランシーバ； ６４ 受信機； ６６ 送信機； ７０，１３０ マルチプレクサ； ７２，１３２ マルチプレクサ； ８０，１４２，１４８ 送信バス； ８２，１４０，１４６ 受信バス； ８４，１４４ アービタ； ９４，１７０ ローカル・ホスト； ９６，１８０，１８２ リピータ。

Claims (27)

1. 通信システム用のノードであって、その通信システムは当該ノードと離れたノードとの間において信号を伝えるよう単一の信号線で相互接続するものであり、
   バスを備え、
   当該ノードおよび離れたノードによる通信システムへのアクセスを調停するアービタを備え、
   第１モードでは信号線を前記アービタに結合し、第２モードでは信号線を前記バスに結合するマルチプレクサを備える
   ことを特徴とする通信システム用のノード。
2. 請求項１記載のノードであって、
   前記マルチプレクサに結合された制御論理回路を備え、
   前記信号線に結合されるポートにして、送信機および受信機を含むポートを備え、
   前記制御論理回路によって前記離れたノードがデータ転送のアクセスに勝ったと決定されたとき、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサが、前記第２モードにおいて、前記受信機を前記信号線および前記バスに結合させるよう動作させられ、
   前記制御論理回路によって前記離れたノードがデータ転送のアクセスに負けたと決定されたとき、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサが、前記第２モードにおいて、前記送信機を前記信号線および前記バスに結合させるよう動作させられる
   ことを特徴とする通信システム用のノード。
3. 請求項２記載のノードであって、前記バスがホストに結合されている、ことを特徴とする通信システム用のノード。
4. 通信システム用のノードであって、その通信システムは当該ノードと離れたノードとの間で信号を伝えるものであり、
   第１のバスを備え、
   第２のバスを備え、
   前記第１のバスと前記第２のバスを結合するリピータを備え、
   第１の離れたノードへと信号を転送する送信機を備え、
   第２の離れたノードから信号を受信する受信機を備え、
   第１モードでは前記送信機および前記受信機を前記第１および第２のバスから切り離し、第２モードでは、前記送信機を前記第１のバスへと前記第１のバスから信号を転送するよう選択的に結合させ且つ前記受信機を前記第２のバスへと信号を受信するよう選択的に結合させるマルチプレクサ回路を備える
   通信システム用のノード。
5. 請求項４記載のノードであって、前記１の離れたノードと、前記第２の離れたノードとが同じである、ことを特徴とする通信システム用のノード。
6. 請求項５記載のノードであって、前記送信機および前記受信機は、同一ノードへの信号線に結合されている、ことを特徴とする通信システム用のノード。
7. 請求項６記載のノードであって、
   前記同一ノードが通信システムへのデータ転送のアクセスに負けたと決定されたとき、前記送信機によって、前記第２モードにおいて、前記信号線と前記第１のバスとが結合され、
   前記同一ノードが通信システムへのデータ転送のアクセスに勝ったと決定されたとき、前記受信機によって、前記第２モードにおいて、前記信号線と前記第２のバスとが結合される、
   ことを特徴とする通信システム用のノード。
8. 請求項４記載のノードであって、第１モードにおいて前記送信機および前記受信機に結合されるアービタを備え、通信システムへのアクセスが調停される、
   ことを特徴とする通信システム用のノード。
9. 請求項８記載のノードであって、前記第１および第２のバスがホストに結合されている、ことを特徴とする通信システム用のノード。
10. 請求項４記載のノードであって、
    前記マルチプレクサ回路に結合された制御論理回路を備え、
    前記第１の離れたノードがデータ転送のアクセスに負けた旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサが、前記第２モードにおいて、前記送信機を前記第１のバスに結合させるよう制御され、
    前記第２の離れたノードがデータ転送のアクセスに勝った旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサが、前記第２モードにおいて、前記受信機を前記第２のバスに結合させるよう制御される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
11. 通信システム用のノードであって、その通信システムは当該ノードと離れたノードとの間において信号を伝えるよう単一の信号線で相互接続するものであり、
    第１のバスを備え、
    第２のバスを備え、
    前記第１のバスと前記第２のバスを結合するリピータを備え、
    前記信号線を前記第１および第２のバスの一方に選択的に第２モードにおいて結合させるマルチプレクサ回路を備える
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
12. 請求項１１記載のノードであって、アービタを備え、信号線が第１モードではそのアービタに結合され、前記ノードおよび前記離れたノードから通信システムへのアクセスが調停される、ことを特徴とする通信システム用のノード。
13. 請求項１２記載のノードであって、前記第１および第２のバスはホストに結合されている、ことを特徴とする通信システム用のノード。
14. 請求項１１記載のノードであって、
    前記マルチプレクサ回路に結合された制御論理回路を備え、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに負けた旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記信号線で前記第２のバスからの信号を、前記第２モードにおいて受けられるように、構成される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
15. 請求項１１記載のノードであって、
    前記マルチプレクサ回路に結合された制御論理回路を備え、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに勝った旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記信号線から前記第１のバスへと信号を、前記第２モードにおいて送るように、構成される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
16. 請求項１５記載のノードであって、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに負けた旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記信号線で前記第２のバスからの信号を、前記第２モードにおいて受けられるように、構成される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
17. 請求項１６記載のノードであって、
    前記信号線に結合され、送信機および受信機を含むポートを備え、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに勝ったと決定されたとき、前記第２モードにおいて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記受信機を前記信号線および前記第１のバスに結合させるよう動作させられ、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに負けたと決定されたとき、前記第２モードにおいて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記送信機を前記信号線および前記第２のバスに結合させるよう動作させられる
    通信システム用のノード。
18. 通信システム用のノードであって、その通信システムは当該ノードと離れたノードとの間において信号を伝えるよう２つの信号線で相互接続するものであり、
    ２つのバスを備え、
    第１モードでは前記２つの信号線を当該ノードに、前記離れたノードとの二方向の通信のために結合し、第２モードでは、２つの信号線を前記２つのバスに、前記離れたノードとの並列の通信のために、それぞれ結合するマルチプレクサ回路を備える
    通信システム用のノード。
19. 請求項１８記載のノードであって、第１モードにおいて前記２の信号線に結合されるアービタを備え、当該ノードおよび前記離れたノードによる通信システムへのアクセスが調停される、
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
20. 請求項１９記載のノードであって、前記２つのバスはホストに結合されている、ことを特徴とする通信システム用のノード。
21. 請求項１８記載のノードであって、
    前記マルチプレクサ回路に結合された制御論理回路を備え、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに勝った旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記２つの信号線から前記２つのバスへと信号を、前記第２モードにおいて送るように、構成され、
    前記離れたノードがデータ転送のアクセスに負けた旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記２つの信号線で前記２つのバスからの信号を、前記第２モードにおいて受けられるように、構成される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
22. 請求項２１記載のノードであって、前記２つのバスのそれぞれには、
    受信バスが備えられ、
    送信バスが備えられ、
    前記受信バスと前記送信バスの間に結合されたリピータが備えられ、
    前記第２モードでは、前記離れたノードがデータ転送のアクセスに勝ったとき、前記２つの信号線のそれぞれが、前記２つのバスの１つにおける前記送信バスに結合され、
    前記第２モードでは、前記離れたノードがデータ転送のアクセスに負けたとき、前記２つの信号線のそれぞれが、前記２つのバスの１つにおける前記受信バスに結合される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
23. 通信システム用のノードであって、その通信システムは当該ノードと離れたノードとの間において信号を伝えるよう複数の信号線で相互接続するものであり、
    バスを備え、
    第１モードでは前記複数の信号線を前記バスから切り離し、第２モードでは、前記複数の信号線を前記バスへと一方向データ転送のために結合させるマルチプレクサ回路を備える
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
24. 請求項２３記載のノードであって、
    第１モードにおいて前記複数の信号線に結合されるアービタを備え、当該ノードおよび前記離れたノードによる通信システムへのアクセスが調停される、
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
25. 請求項２４記載のノードであって、前記バスはホストに結合されている、ことを特徴とする通信システム用のノード。
26. 請求項２３記載のノードであって、
    前記マルチプレクサ回路に結合された制御論理回路を備え、
    前記複数の信号線のうちの第１の信号線がデータ転送のために通信システムへのアクセスに勝った旨の前記制御論理回路の決定に応じて、前記制御論理回路によって、前記マルチプレクサ回路が、前記第１の信号線から前記バスへと信号を送り、且つ、前記複数の信号線のうちの少なくとも１つの第２の信号線でもって前記バスからの信号を、前記第２モードにおいて受けられるように、構成される
    ことを特徴とする通信システム用のノード。
27. 請求項２６記載のノードであって、前記バスは、
    受信バスと、
    送信バスと、
    前記受信バスと前記送信バスとの間に結合されたリピータと
    を備え、第２モードでは前記第１の信号線が前記受信バスに結合され、前記少なくとも１つの第２の信号線が前記送信バスに結合されている
    ことを特徴とする通信システム用のノード。

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