JP2006323579A - Ｄｍａコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】バスに接続されたモジュール群やメモリと、ネットワークに接続されたモジュール群との間のデータ転送を円滑に行うことが可能となるＤＭＡコントローラを提供する。
【解決手段】ＤＭＡコントローラ１１１によってデータが送受信されるモジュールには、あらかじめネットワーク・アドレスに相当する一意のモジュールＩＤが付与されている。ＤＭＡコントローラ１１１は、転送元および転送先の各モジュールＩＤおよび転送量を含む転送要求パケットを受信し、この転送要求パケットの内容に従って、データを転送する。ＤＭＡコントローラ１１１は、あらかじめ記憶しておいたアドレス変換テーブルに基づいて、モジュール１０１のＩＤをバス１０９上のアドレスに変換し、このアドレスのデータを読み出して、モジュール１０３のＩＤのネットワーク・アドレスに書き込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＭＡ（Direct Memory Access）コントローラに関する。

少ないＤＭＡチャンネルで多くのＩ／ＯとのＤＭＡ転送を可能とするＤＭＡコントローラが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、ネットワークの接続トポロジとして、ポイント・ツー・ポイント、バス型、スター型およびリング型などが広く使われている。同様の接続形態は、コンピュータと周辺機器の間、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）チップ間、もしくは、ＬＳＩ内部の機能ブロック間でも用いられている。

さらに、異なる２つのバスの間でアドレス変換を行なうバスアダプタが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。このようなバス上では、通常、１つのＬＳＩチップ、もしくは、機能ブロックに対してある範囲の（複数の）物理アドレスが割り当てられていて、任意のアドレスを指定してのランダムアクセスが可能になっている。

一方、“INTERNET PROTOCOL (RFC 791)”(Jon Postel, Information Sciences Institute University of Southern California, September 1981) において定義されているインターネット・プロトコルでは、複数のドメインによって構成されるネットワークにおいて、ネットワーク全体で一意のネットワーク・アドレスを付与することによって、異なるドメインに属するノード間の通信を実現している。このようなネットワーク・アドレスは、機器が複数のネットワークに接続されているなどの特別な場合を除いて、通常は、１つの機器に対して１つだけ付与されている。
特開平５−６７０３４号公報 特開平６−１８７２８６号公報

ところで、バスに接続されたモジュール群やメモリと、ネットワークに接続されたモジュール群との間のデータ転送を円滑に行なうためには、バス・ブリッジもしくはネットワーク・ルータに類似した機能を持ったＤＭＡコントローラが必要となる。しかし、上記従来のＤＭＡコントローラは、このような機能を持っていなかった。

また、上記従来のＤＭＡコントローラには、同時に使用可能なチャンネル数の制限があった。

本発明は、これらの点に着目してなされたものであり、バスに接続されたモジュール群やメモリと、ネットワークに接続されたモジュール群との間のデータ転送を円滑に行うことが可能となるＤＭＡコントローラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のＤＭＡコントローラは、転送元のモジュールから転送先のモジュールへデータを転送するＤＭＡコントローラであって、前記転送元のモジュールを特定する転送元特定情報および前記転送先のモジュールを特定する転送先特定情報を含む転送要求を受信する受信手段と、前記特定情報と、データを読み込むバス上の読み込みアドレスおよびデータを書き込む前記バス上の書き込みアドレスとを対応付ける対応付け情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された対応付け情報に基づいて、前記受信手段によって受信された転送要求に含まれている転送元特定情報および転送先特定情報をそれぞれ読み込みアドレスおよび書き込みアドレスに変換する変換手段と、該変換手段によって変換されて得られた読み込みアドレスのデータを読み込んで、前記変換手段によって変換されて得られた書き込みアドレスに転送する転送手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、アドレス変換手段により、ネットワーク・アドレスに相当する特定情報（モジュールＩＤ）から、バス上のアドレスへの変換を行なうことで、バスに接続されたモジュール群もしくはメモリと、ネットワークに接続されたモジュール群との間のデータ転送を実現することができる。

また、転送要求を一時メモリに退避することで、物理的なチャンネル数以上の転送要求を見かけ上同時に受け付けることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＤＭＡコントローラ１１１を含むシステムのシステム構成の一例を示すブロック図である。

同図に示すように、ＤＭＡコントローラ１１１は、バス１０９とネットワーク１１０に接続されている。

バス１０９には、ＤＭＡコントローラ１１１、プロセッサ１０６、メモリ１０７およびモジュール１０１，１０２が接続されている。各デバイス１０１，１０２，１０６，１０７および１１１には、それぞれ、バス１０９上の固有のアドレスが付与され、そのアドレスを指定することで、各デバイス１０１，１０２，１０６，１０７および１１１をランダムアクセスすることができるように構成されている。

ネットワーク１１０は、モジュール１０３〜１０５およびＤＭＡコントローラ１１１によって構成されている。ネットワーク１１０は、図１に示すように、単方向のリング構造になっており、たとえば、モジュール１０３からモジュール１０５への通信は、モジュール１０４によって中継される。

モジュール１０１〜１０５は、それぞれ、外部機器へのインタフェース機能や、入力データ列を加工して出力データ列を生成する機能などを提供する。

図２は、ＤＭＡコントローラ１１１に対する転送要求パケットのフォーマットの一例を示す図である。

同図（ａ）が、バス１０９側を転送元とする転送要求パケット２０１のフォーマットを示し、同図（ｂ）が、ネットワーク１１０側を転送元とする転送要求パケット２０２を示している。

転送要求パケット２０１は、転送先を識別するための転送先モジュールＩＤ２０１ａと、転送元を識別するための転送元モジュールＩＤ２０１ｂと、転送量２０１ｃとによって構成されている。

転送要求パケット２０２は、転送先モジュールＩＤ２０２ａと、転送元モジュールＩＤ２０２ｂと、転送量２０２ｃと、被転送データ２０２ｄとによって構成されている。

ネットワーク１１０内の各モジュール１０３〜１０５からＤＭＡコントローラ１１１に対しての転送要求パケットは、転送の方向によってパケット２０１またはパケット２０２のいずれかであり、ネットワーク１１０のプロトコルに従ってＤＭＡコントローラ１１１に到達する。

一方、バス１０９に接続されている各モジュール１０１，１０２またはプロセッサ１０６からの転送要求パケットは、バス１０９のプロトコルに従ってＤＭＡコントローラ１１１に到達し、ＤＭＡコントローラ１１１内のレジスタに書き込まれる。そして、その転送要求パケットは、パケット２０１に限定される。もし、ネットワーク１１０内のモジュール１０３〜１０５のいずれかが生成したデータをＤＭＡコントローラ１１１によってバス１０９側に転送したいのであれば、データを生成するモジュールに対してあらかじめ転送元モジュールＩＤを設定し、転送要求を発するようにすればよい。

図３は、ＤＭＡコントローラ１１１の詳細な構成を示すブロック図である。

同図に示すように、ＤＭＡコントローラ１１１は、バス１０９と接続するためのバスインタフェース１１１ａと、ネットワーク１１０と接続するためのネットワークインタフェース１１１ｂと、ＤＭＡコントローラ１１１の動作を制御するコントロール部１１１ｃと、制御レジスタおよびステータスレジスタ等からなるレジスタ群１１１ｄと、アドレスを生成するとともにデータを転送する転送部１１１ｅとによって構成されている。

レジスタ群１１１ｄには、図４に示すようなアドレス変換テーブルを格納するアドレス変換テーブルレジスタも含まれている。ここで、アドレス変換テーブルとは、バス１０９側で転送元または転送先となるモジュールのモジュールＩＤと、バス１０９上のアドレスとを対応付けるものである。

アドレス変換テーブルには、「モジュールＩＤ」、「読み込みアドレス」、「書き込みアドレス」、「アドレス加算」および「転送単位」の各フィールドがある。

「モジュールＩＤ」のフィールドは、３２ビットで構成され、モジュールＩＤは、ＩＰ（ｖ４）アドレス互換となっている。また、モジュールＩＤは、慣例に従って、４つの１０進数に分けて表記されている。

「読み込みアドレス」のフィールドには、当該モジュールが転送元に指定された場合のバス１０９上のアドレスが記載され、「書き込みアドレス」のフィールドには、当該モジュールが転送先に指定された場合のバス１０９上のアドレスが記載される。

「アドレス加算」のフィールドには、“０”または“１”のいずれかが記載され、“０”が記載された場合は、アドレスを加算せず、同じアドレスに順次アクセスすることを示し、“１”が記載された場合は、データを転送するに従ってアドレスを加算することを示す。

「転送単位」のフィールドには、１回のデータ転送の最大量を示す値が記載され、その設定値は、バス１０９のバースト転送量、もしくは、対象モジュールが受け付ける転送単位によって決定される。

アドレス変換テーブルに登録されているモジュールＩＤのうち、“172.16.1.101”および“172.16.1.102”は、それぞれ、モジュール１０１および１０２に対応するものであり、“172.16.1.1”および“172.16.1.2”は、メモリ１０７上の領域に対する転送のために割り当てられたものである。

以上のように構成されたＤＭＡコントローラ１１１が実行する制御処理を詳細に説明する。

まず、バス１０９側からの転送要求に対する制御処理について説明する。

バス１０９側からの転送要求パケットは、バスインタフェース１１１ａ経由で、レジスタ群１１１ｄ内の所定のレジスタに格納される。

コントロール部１１１ｃは、この転送要求パケットに含まれている転送元モジュールＩＤと、前記アドレス変換テーブルレジスタに格納されているアドレス変換テーブルに登録されている各モジュールＩＤとを比較して行く。比較の結果、一致するものがあれば、コントロール部１１１ｃは、レジスタ群１１１ｄ内の転送元切り換えレジスタをバス１０９側に設定し、対応する読み出しアドレスをレジスタ群１１１ｄ内の転送元アドレスレジスタに設定し、さらに、アドレス加算モードおよび転送単位を設定する。

一方、比較の結果、一致するものがなければ、コントロール部１１１ｃは、レジスタ群１１１ｄ内のステータスレジスタに「エラー」を設定し、データ転送を行わない。

次に、コントロール部１１１ｃは、前記転送要求パケットに含まれている転送先モジュールＩＤと、前記アドレス変換テーブルに登録されている各モジュールＩＤとを比較して行く。比較の結果、一致するものがあれば、コントロール部１１１ｃは、レジスタ群１１１ｄ内の転送先切り換えレジスタをバス１０９側に設定し、対応する書き込みアドレスをレジスタ群１１１ｄ内の転送先アドレスレジスタに設定し、さらに、アドレス加算モードおよび転送単位を設定する。

一方、比較の結果、一致するものがなければ、コントロール部１１１ｃは、転送先がネットワーク１１０側であると判断し、転送先モジュールＩＤそのものを転送先アドレスレジスタに設定し、転送先切り換えレジスタをネットワーク１１０側に設定する。この場合、バスインタフェース１１１ａ経由で読み出されたデータは、ネットワークインタフェース１１１ｂ内のバッファに一時格納され、所定のヘッダを付加するなど整形された上でネットワーク１１０側に送信される。

転送部１１１ｅは、このようにしてコントロール部１１１ｃが設定した内容に従って、データの転送を行なう。

次に、ネットワーク１１０側からの転送要求に対する制御処理について説明する。

ネットワーク１１０側からの転送要求パケットは、ネットワークインタフェース１１１ｂ内のバッファに一時格納される。

まず、コントロール部１１１ｃは、このバッファ内の転送要求パケットから、転送先モジュールＩＤ、転送元モジュールＩＤおよび転送量を取り出す。

次に、コントロール部１１１ｃは、転送元モジュールＩＤがバス１０９側のモジュールのものであるか、ネットワーク１１０側のモジュールのものであるかを判定する。コントロール部１１１ｃは、転送元モジュールＩＤが前記アドレス変換テーブルに登録されている場合に、その転送元モジュールＩＤはバス１０９側のモジュールのものであると判断し、そうでなければ、その転送元モジュールＩＤはネットワーク１１０側のモジュールのものであると判断する。

転送元がバス１０９側であった場合には、コントロール部１１１ｃは、アドレス変換テーブルを参照して、アドレスおよびアクセスモードを決定し、これを前記転送元アドレスレジスタに設定する。

一方、転送元がネットワーク１１０側であった場合には、コントロール部１１１ｃは、前記取り出された転送元モジュールＩＤを前記転送元レジスタに設定する。

同様に、コントロール部１１１ｃは、前記転送先レジスタに転送先および転送量を設定する。

転送部１１１ｅは、このようにしてコントロール部１１１ｃが設定した内容に従って、データの転送を行なう。

なお、本実施の形態では、アドレス変換テーブルはＤＭＡコントローラ１１１内のレジスタとしたが、これに限らず、アドレス変換テーブルをメモリ１０７上に配置して、ＤＭＡコントローラ１１１内にはそのテーブルが置かれたアドレスを設定するためのレジスタだけを設けるようにしてもよい。この場合、モジュール数が増加したときに、アドレス変換テーブルが大きくなり、ＤＭＡコントローラのハードウェア規模が増大するのを回避することができる。

さらに、アドレス変換テーブルの全体はメモリ１０７上に配置し、ＤＭＡコントローラ１１１内のレジスタはアドレス変換テーブルの一部だけを保持するキャッシュとしたり、メモリ１０７の一部をアドレス変換テーブルのスワップ領域として、使用頻度の高いものだけ選択してレジスタに保持し、残りをメモリ１０７に置くようにしたりしてもよい。

このように、ＤＭＡコントローラ１１１は、バス１０９側に終始する転送要求については、転送要求パケットから転送元および転送先の各モジュールＩＤを抽出し、アドレス変換テーブルから該当するモジュールのアドレスを得ることで、データ転送を行なうことができる。

また、ＤＭＡコントローラ１１１は、ネットワーク１１０側からバス１０９側への転送要求については、転送要求パケットから転送先のモジュールＩＤを抽出し、アドレス変換テーブルから該当するモジュールのアドレスを得た上で、被転送データをバス１０９側に書き込むことで、データ転送を行なうことができる。

さらに、ＤＭＡコントローラ１１１は、バス１０９側からネットワーク１１０側への転送要求については、転送要求パケットから転送元モジュールＩＤを抽出し、アドレス変換テーブルから該当するモジュールのアドレスを得た上で、バス１０９側からデータを読み込み、ネットワーク１１０上に送信することで、転送を行なうことができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態のＤＭＡコントローラは、前記第１の実施の形態のＤＭＡコントローラに対して、バス１０９上のモジュール１０１および１０２がＵＤＰ（User Datagram Protocol）／ＩＰパケットを送受信する点が異なっている。そして、本実施の形態のシステムも、前記第１の実施の形態と同様のシステム、すなわち前記図１のシステムを採用することにする。

図５は、本実施の形態のＤＭＡコントローラに登録されるアドレス変換テーブルの一例を示す図であり、前記第１の実施の形態の場合と比較して、「ヘッダ付加」のフィールドを追加した点が異なっている。この「ヘッダ付加」のフィールドは、ＵＤＰ／ＩＰヘッダを付加したパケットを送受信する（“１”）か、取り除いたデータグラムだけを送受信する（“０”）かの選択に用いられる。バス１０９のバースト転送サイズを、たとえば２５６バイトとすると、８バイトのＵＤＰヘッダと、２０バイトのＩＰヘッダの分を考慮して、データの転送単位は、２５６−２８＝２２８バイトと設定する。

図５のアドレス変換テーブルでは、メモリ１０７とのデータの送受信の際には、ヘッダ部が付かないように設定してある。プロセッサ１０６がメモリ１０７上のデータを操作する場合には、データの途中にヘッダが現れるよりも、データだけが連続して配置されている方が都合がよいからである。

転送元がメモリ１０７であり、転送先がメモリ１０７以外である場合には、ＤＭＡコントローラ１１１は、メモリ１０７から読み出したデータに対して、ヘッダを付加して転送を行なう。また、送信元がメモリ１０７以外であり、転送先がメモリ１０７である場合には、ＤＭＡコントローラ１１１は、ヘッダ部分をステータスレジスタに格納し、データグラム部分をメモリ１０７の所定のアドレスに書き込む。

また、本実施の形態では、データ転送の優先順位を以下のように定める。なお、送信元および送信先がともにネットワーク１１０内の場合には、ネットワーク１１０の機能として転送が実現されるので、ＤＭＡコントローラ１１１は関与しない。

（１）転送元がネットワーク１１０側であり、転送先がバス１０９側である場合のデータ転送を第１位とする
（２）転送元がバス１０９側であり、転送先がネットワーク１１０側である場合のデータ転送を第２位とする
（３）転送元および転送先がともにバス１０９側である場合のデータ転送を第３位とする。

この優先順位は、ネットワーク１１０内のモジュール１０３〜１０５が持つメモリ量と比較して、バス１０９に接続されたメモリ１０７の容量がはるかに大きいことを前提として設定されている。メモリ１０７をバッファとして活用することで、ネットワーク１１０内に滞留するデータを少なくし、円滑な転送を実現するように意図したものである。

ＤＭＡコントローラ１１１には、転送要求を退避するための待避領域がメモリ１０７上に割り当てられていて、開始位置のポインタ、上限のポインタ、および、次に退避すべき位置のポインタの各レジスタで管理している。退避領域に空きがある場合には、ＤＭＡコントローラ１１１は、転送動作中であっても別の転送要求を受け付ける。そうでない場合は、ビジー状態として、転送要求を処理して空きができるまで追加の転送要求は受け付けない。

転送中に現在処理中のものより優先順位の高い転送要求があった場合には、現在の転送を一旦保留し、後に再開する場合に備えて、転送元モジュールＩＤ、転送先モジュールＩＤ、および、残り転送量をメモリ１０７上の所定の領域に退避する。

また、現在処理中のものより優先順位の低い転送要求があった場合には、その要求内容をメモリ１０７上の所定の領域に退避する。

ある１つの転送要求の処理が終わったときに、以前メモリ１０７上に退避した転送要求が残っている場合には、最も優先順位の高いものをメモリ１０７上から取り出して処理を再開する。

このように、本実施の形態では、メモリ１０７上に、転送要求を一時退避するための待避領域を設け、この待避領域に、現在データ転送途中の転送元および転送先の各モジュールＩＤ、および残りの転送量を一時退避し、新たな転送要求、もしくは過去に一時退避した転送要求を処理するようにしたので、レジスタ数を増やさず、かつ物理的なチャンネル数の上限に制限されずに、多くの転送要求を仮想的に処理することが可能となる。

なお、本実施の形態では、優先順位は送信元と送信先によってある決まった順位に固定されていたが、これに限らず、たとえば、送信要求パケットに優先度を設定するフィールドを設けることで、個別の要求毎に優先順位を与えるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、一旦転送が完了するまでは他の要求を一切処理しないようにしたが、これに限らず、スケジューリング機能を追加して、いくつかの転送要求を時分割で平行して実行するようにしてもよい。たとえば、物理的に２チャンネル分のレジスタセットがあるところで、３つの転送要求を処理する場合には、最初の２つの要求をそれぞれのチャンネルに割り当てて何回か交互に処理し、３つ目の要求がある一定期間以上待たされた場合には、一方のチャンネルを３つ目の要求と入れ替える。

本発明の第１の実施の形態に係るＤＭＡコントローラを含むシステムのシステム構成の一例を示すブロック図である。 図１のＤＭＡコントローラに対する転送要求パケットのフォーマットの一例を示す図である。 図１のＤＭＡコントローラの詳細な構成を示すブロック図である。 図３中のレジスタ群に含まれるアドレス変換テーブルレジスタに記憶されたアドレス変換テーブルの一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＤＭＡコントローラ内のレジスタ群に含まれるアドレス変換テーブルレジスタに記憶されたアドレス変換テーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１０１ モジュール(ＩＤ＝172.16.1.101)
１０２ モジュール(ＩＤ＝172.16.1.102)
１０３ モジュール(ＩＤ＝172.16.2.103)
１０４ モジュール(ＩＤ＝172.16.2.104)
１０５ モジュール(ＩＤ＝172.16.2.105)
１０６ プロセッサ
１０７ メモリ
１０９ バス
１１０ ネットワーク
１１１ ＤＭＡコントローラ
１１１ａ バスインタフェース
１１１ｂ ネットワークインタフェース
１１１ｃ コントロール部
１１１ｄ レジスタ群
１１１ｅ 転送部
２０１ バス側を転送元とする転送要求パケット
２０１ａ 転送先モジュールＩＤ
２０１ｂ 転送元モジュールＩＤ
２０１ｃ 転送量
２０２ ネットワーク側を転送元とする転送要求パケット
２０２ａ 転送先モジュールＩＤ
２０２ｂ 転送元モジュールＩＤ
２０２ｃ 転送量
２０２ｄ 被転送データ

Claims (9)

1. 転送元のモジュールから転送先のモジュールへデータを転送するＤＭＡコントローラであって、
   前記転送元のモジュールを特定する転送元特定情報および前記転送先のモジュールを特定する転送先特定情報を含む転送要求を受信する受信手段と、
   前記特定情報と、データを読み込むバス上の読み込みアドレスおよびデータを書き込む前記バス上の書き込みアドレスとを対応付ける対応付け情報を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された対応付け情報に基づいて、前記受信手段によって受信された転送要求に含まれている転送元特定情報および転送先特定情報をそれぞれ読み込みアドレスおよび書き込みアドレスに変換する変換手段と、
   該変換手段によって変換されて得られた読み込みアドレスのデータを読み込んで、前記変換手段によって変換されて得られた書き込みアドレスに転送する転送手段と
   を有することを特徴とするＤＭＡコントローラ。
2. 前記特定情報は、ネットワーク・アドレスであることを特徴とする請求項１に記載のＤＭＡコントローラ。
3. 前記転送元のモジュールおよび転送先のモジュールのうち、少なくとも一方は、前記バスに接続されたモジュールであることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＭＡコントローラ。
4. 前記転送元のモジュールが前記バスに接続されたモジュールであり、前記転送先のモジュールがネットワークに接続されたモジュールである場合には、前記転送手段は、前記変換手段によって変換されて得られた読み込みアドレスのデータを読み込んで、前記転送先のモジュールを特定する前記ネットワーク・アドレスに転送することを特徴とする請求項１または２に記載のＤＭＡコントローラ。
5. 前記転送元のモジュールがネットワークに接続されたモジュールであり、前記転送先のモジュールが前記バスに接続されたモジュールである場合には、前記転送要求はさらに被転送データを含み、前記転送手段は、該被転送データを、前記変換手段によって変換されて得られた書き込みアドレスに転送することを特徴とする請求項１または２に記載のＤＭＡコントローラ。
6. 前記バスには、メモリが接続され、前記記憶手段は、前記メモリの一部領域に前記対応付け情報を記憶させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＤＭＡコントローラ。
7. 前記バスには、メモリが接続され、該メモリの一部領域には、前記転送要求を待避させる待避領域が設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＤＭＡコントローラ。
8. 前記転送手段によるデータ転送中に、該データ転送を中断して保留する保留手段と、
   該保留手段による保留を解除し、保留時のデータ転送を前記転送手段に再開させる再開手段と、
   前記転送手段によるデータ転送中に、前記受信手段によって新たな転送要求が受信され、該新たな転送要求が前記待避領域に待避されたときに、該待避された転送要求が現在データ転送を行わせている転送要求より優先順位の高いものである場合には、該現在のデータ転送を前記保留手段によって保留させ、前記待避された転送要求に応じたデータ転送を前記転送手段に行わせ、該データ転送が終了すると、前記保留されたデータ転送を前記再開手段に再開させるように制御する制御手段と
   をさらに有することを特徴とする請求項７に記載のＤＭＡコントローラ。
9. 前記バスに接続された複数のモジュールには、メモリが含まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＤＭＡコントローラ。

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