JP2007034459A - バスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】より高い性能を有するスプリット方式のバスシステムを提供する。
【解決手段】レスポンスタイムテーブル１４には、ターゲットモジュール４の読み出しコマンドに対する応答時間２３が格納されている。レスポンスカウンタ１５は、マスタモジュール２から発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間２４を計測する。差分算出部１６は、応答時間２３と経過時間２４との時間差２５を算出する。コマンド選択部１２は受信されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、コマンド発行部１３は選択されたコマンドをバス８に対して発行する。読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが受信された場合には、コマンド選択部１２は、当該コマンドの実行が時間差２５以内に完了する場合に限り、当該コマンドを実行すべきコマンドとして選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バスシステムに関し、特に、各種の情報処理システムで利用されるスプリット方式のバスシステムに関する。

従来、コンピュータを始めとする各種の情報処理システムでは、システムバスとして、主にインターロック方式のバスが利用されてきた。インターロック方式のバスでは、マスタモジュールは、バス調停装置に対してバス使用権を要求し、バス使用権を獲得した後にバスに対してコマンドを発行する。マスタモジュールは、コマンドで指定したターゲットモジュールからレスポンスを受信した後に、バス使用権を開放する。

このようにインターロック方式のバスでは、マスタモジュールがバスにコマンドを発行してからバス使用権を開放するまでの間、バスはそのコマンドの実行に専有される。このため、例えば、あるマスタモジュールが応答時間の長いターゲットモジュールからデータの読み出しを行うと、バスは長時間に亘って専有され、他のマスタモジュールはデータ転送を行えないという事態が起こる。このようにインターロック方式のバスを利用すると、情報処理システムの性能が低下することが問題となる。

この問題を解決する方法の１つとして、スプリット方式のバスを利用する方法が知られている。スプリット方式のバスでは、マスタモジュールは、データの読み出しを行うときには、バスに対して読み出しコマンドを発行した後に、バスを一旦開放する。その後、ターゲットモジュールにおいて読み出しデータの準備ができたときに、マスタモジュールとターゲットモジュールとの間でデータ転送が行われる。したがって、スプリット方式のバスを利用した情報処理システムでは、あるマスタモジュールがターゲットモジュールからの応答待ちである間に、別のマスタモジュールが別のコマンドを発行することができる。これにより、情報処理システムの性能を向上させることができる。

なお、本願発明に関連する発明は、以下の文献に開示されている。特許文献１には、システムバスとリード要求処理手段とを備えた情報処理システムにおいて、マスタモジュールがリード要求を出した後、ターゲットモジュールがリードデータを返すまでの間に、所定の時間が経過したときには、リード要求処理手段が、マスタモジュールに対してリード要求を再実行するよう通知し、バスを開放することが開示されている。また、特許文献２には、階層構造を有するバスシステムにおいて、スプリット方式のバスを利用することが開示されている。
特開平６−２８２５２１号公報 特開２００２−２７８９２３号公報

近年、ＣＰＵの動作周波数は数ＧＨｚまで向上しているのに対し、メモリなど周辺回路の動作周波数は数百ＭＨｚ程度に留まっており、両者の動作周波数の差は数倍から数十倍に広がっている。このため、情報処理システムでは、ＣＰＵからメモリへのアクセス（特に、メモリからのデータの読み出し）に要する時間が、システム性能向上のボトルネックとなっている。すなわち、マスタモジュールに相当するＣＰＵから発行された読み出しコマンドに対して、ターゲットモジュールに相当するメモリがいかに早く読み出しデータを返すかが、システム性能向上の鍵となっている。また、情報処理システムには周辺装置に接続するために複数のバスが設けられるので、これら周辺装置間のデータ転送も並行して実行する必要がある。このようにバス構造を有する情報処理システムでは、システムの性能を向上させるためには、バスの性能を向上させることが重要な課題となっている。

それ故に、本発明は、より高い性能を有するスプリット方式のバスシステムを提供することを目的とする。

第１の発明は、スプリット方式のバスシステムであって、
１以上のマスタモジュールと１以上のターゲットモジュールとを接続するバスと、
前記バスに接続されたモジュール間で、前記バスの使用権を調停するバス調停装置とを備え、
前記バス調停装置は、
前記バスに接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させる制御部と、
前記マスタモジュールから発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測する計時部と、
前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する応答時間を格納する応答時間格納部と、
前記読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、前記計時部で計測された経過時間との差を算出する差分算出部とを含み、
前記制御部は、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記応答時間格納部は、前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する最短応答時間を格納することを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記制御部は、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドが書き込みコマンドであり、かつ、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、
前記バス調停装置は、複数の前記計時部と、複数の前記差分検出部とを含み、
各前記計時部は、前記マスタモジュールから発行された１つの読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測し、
各前記差分検出部は、前記マスタモジュールから発行された１つの読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、対応する前記計時部で計測された経過時間との差を算出し、
前記制御部は、前記マスタモジュールから発行された複数の読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該複数の読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された最短の時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、
前記応答時間格納部に格納される応答時間は、実測値に基づき更新されることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記応答時間格納部に格納される応答時間は、直近の実測値に更新されることを特徴とする。

第７の発明は、第５の発明において、
前記応答時間格納部に格納される応答時間は、過去の複数の実測値の加重平均値に更新されることを特徴とする。

第８の発明は、１以上のマスタモジュールと１以上のターゲットモジュールとを接続するバスを備えたスプリット方式のバスシステムにおいて、前記バスに接続されたモジュール間で前記バスの使用権を調停するバス調停装置であって、
前記バスに接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させる制御部と、
前記マスタモジュールから発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測する計時部と、
前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する応答時間を格納する応答時間格納部と、
前記読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、前記計時部で計測された経過時間との差を算出する差分算出部とを備え、
前記制御部は、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする。

第９の発明は、１以上のマスタモジュールと１以上のターゲットモジュールとを接続するバスを備えたスプリット方式のバスシステムにおいて、前記バスに接続されたモジュール間で前記バスの使用権を調停するバス調停方法であって、
前記バスに接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させるステップと、
前記マスタモジュールから発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測するステップと、
前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する応答時間を応答時間格納部に格納するステップと、
前記読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、計測された経過時間との差を算出するステップとを含み、
前記選択したコマンドの実行を開始させるステップは、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする。

上記第１、第８または第９の発明によれば、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが発行された場合には、読み出しコマンドに対する応答が得られるまでに後のコマンドの実行が完了する場合に限り、後のコマンドの実行が開始される。このため、後のコマンドの実行は、読み出しコマンドの実行を妨げない。したがって、マスタモジュールは、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、ターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。これにより、スプリット方式のバスシステムの性能を向上させ、バス構造を有するシステムの性能を向上させることができる。

上記第２の発明によれば、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間が負荷状態などに応じて変動する場合でも、後のコマンドの実行が、読み出しコマンドの実行を妨げないことを保証することができる。

上記第３の発明によれば、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に書き込みコマンドが発行され、かつ、読み出しコマンドに対する応答が得られるまでに書き込みコマンドの実行が完了する場合に限り、書き込みコマンドの実行が開始される。このため、書き込みコマンドの実行は、読み出しコマンドの実行を妨げない。したがって、マスタモジュールは、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に書き込みコマンドが実行される場合でも、ターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。

上記第４の発明によれば、バス調停装置には複数の計時部と複数の差分算出部とが設けられ、複数の読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが発行された場合には、最も早い応答が得られるまでに後のコマンドの実行が完了する場合に限り、後のコマンドの実行が開始される。このため、後のコマンドの実行は、複数の読み出しコマンドの実行を妨げない。したがって、マスタモジュールは、他のマスタモジュールから発行されたものを含む、複数の読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、ターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。

上記第５の発明によれば、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間が負荷状態などに応じて変動する場合でも、システムの動作状況に応じてバスの使用権を調停することにより、スプリット方式のバスシステムの性能を向上させることができる。

上記第６の発明によれば、簡便な方法で、システムの動作状況に応じてバスの使用権を調停し、スプリット方式のバスシステムの性能を向上させることができる。

上記第７の発明によれば、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間が大きく変動する場合でも、応答時間の変動に影響されることなく、システムの動作状況に応じてバスの使用権を調停し、スプリット方式のバスシステムの性能を向上させることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るバスシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すバスシステムは、バス８、および、バス調停装置１０を備えている。このバスシステムは、スプリット方式のバスシステムであり、各種の情報処理システムのシステムバスとして利用される。

バス８には、ｍ個のマスタモジュール２と、ｎ個のターゲットモジュール４とが接続されている（ｍおよびｎは１以上の整数）。これらのモジュールは、バス８を用いてデータ転送を行う。より詳細には、マスタモジュール２は、データの書き込みを行うときには、ターゲットモジュール４に対して書き込みコマンドを発行し、データの読み出しを行うときには、ターゲットモジュール４に対して読み出しコマンドを発行する。ターゲットモジュール４は、書き込みコマンドを受けたときには、当該コマンドとともにバス８に出力された書き込みデータを内部に取り込む。また、ターゲットモジュール４は、読み出しコマンドを受けたときには、当該コマンドで指定された読み出しデータをバス８に出力する。マスタモジュール２は、ターゲットモジュール４から出力された読み出しデータを内部に取り込む。

バス８に接続されたモジュールは、バス８を共用してデータ転送を行うために、バス８の使用権を取得した後にバス８を使用する。バス調停装置１０は、バス８に接続されたモジュール間でバス８の使用権を調停する。

図２は、本実施形態に係るバス調停装置１０（以下、バス調停装置１０ａという）の構成を示すブロック図である。図２に示すバス調停装置１０ａは、コマンド受信部１１、コマンド選択部１２、コマンド発行部１３、レスポンスタイムテーブル１４、レスポンスカウンタ１５、および、差分算出部１６を備えている。バス調停装置１０ａの各構成要素は、以下のように動作する。

コマンド受信部１１は、マスタモジュール２から発行されたコマンド（書き込みコマンドおよび読み出しコマンド、図面ではＷＣおよびＲＣと記載）と、ターゲットモジュール４から発行されたコマンド（読み出しレスポンス、図面ではＲＲと記載）とを受信する。より詳細には、コマンド受信部１１は、バス８に接続された各モジュールに対応して、全部で（ｍ＋ｎ）個のコマンドバッファ（図２では、破線の矩形）を有している。各モジュールから発行されたコマンドは、対応するコマンドバッファに一旦格納され、ＦＩＦＯ（First In First Out）順でコマンド選択部１２に出力される。

コマンド選択部１２は、コマンド受信部１１で受信したコマンドの中から、実行すべきコマンドを選択する。より詳細には、コマンド選択部１２は、後述するバス調停処理（図４）により、バス８に接続されたモジュールのいずれかにバス使用権を付与し、バス使用権を有するモジュールから受信したコマンドを、実行すべきコマンドとしてコマンド発行部１３に出力する。

コマンド発行部１３は、コマンド選択部１２で選択されたコマンドをバス８に対して発行する。コマンド発行部１３は、マスタモジュール２から受信した読み出しコマンドを発行するときには、当該コマンドで指定されたターゲットモジュール４の識別子２１をレスポンスタイムテーブル１４に対して出力し、レスポンスカウンタ１５に対してリセット指示２２を出力する。

このようにコマンド受信部１１、コマンド選択部１２およびコマンド発行部１３は、全体として、バス８に接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させる制御部として機能する。

レスポンスタイムテーブル１４は、各ターゲットモジュール４の、読み出しコマンドに対する応答時間を格納する。より詳細には、レスポンスタイムテーブル１４には、図３に示すように、各ターゲットモジュール４について、読み出しコマンドに対する応答時間（バス８のクロックサイクルを単位とした応答時間）が格納されている。コマンド発行部１３から出力された識別子２１がｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数）であるとき、レスポンスタイムテーブル１４は、第ｉのターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間２３を出力する。なお、読み出しコマンドに対する応答時間が変動する場合には、レスポンスタイムテーブル１４には、例えば、読み出しコマンドに対する最短の応答時間が格納される。

レスポンスカウンタ１５は、マスタモジュール２から受信した読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を測定する。より詳細には、レスポンスカウンタ１５は、バス８のクロックサイクルごとにカウント値を１ずつ増加させるカウンタである。レスポンスカウンタ１５は、コマンド発行部１３からリセット指示２２を受けたときに、カウント値を０にリセットする。レスポンスカウンタ１５は、カウント値を経過時間２４として出力する。

差分算出部１６は、レスポンスタイムテーブル１４から出力された応答時間２３と、レスポンスカウンタ１５で測定された経過時間２４との差を、時間差２５として出力する。

なお、レスポンスカウンタ１５は、経過時間２４が応答時間２３と一致するまで（すなわち、時間差２５が０になるまで）の間、経過時間２４を測定する機能を有していればよく、それ以外のときにはカウント値を更新しても、更新しなくてもよい。また、コマンド発行部１３は、任意の種類のコマンドを発行するときにリセット指示２２を出力し、レスポンスカウンタ１５は、マスタモジュール２から受信した読み出しコマンド以外のコマンドがバス８に対して発行された後の経過時間を測定してもよい。

図４は、コマンド選択部１２によるバス調停処理を示すフローチャートである。以下、図４を参照して、バス調停処理の詳細を説明する。なお、バス使用権は、初期状態では、バス８に接続されたモジュールのいずれにも付与されていないものとする。

コマンド選択部１２は、コマンド受信部１１がコマンドを受信するまで待機する（ステップＳ１０１）。なお、本実施形態では、コマンド受信部１１は、ｍ個のマスタモジュール２および１個のターゲットモジュール４から、最大（ｍ＋１）個のコマンドを同時に受信することがある。

コマンド受信部１１がコマンドを受信すると、コマンド選択部１２は、受信したコマンドにターゲットモジュール４からのコマンド（読み出しレスポンス）が含まれているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。コマンド選択部１２は、肯定と判断した場合はステップＳ１０３へ、否定と判断した場合はステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０２で肯定と判断した場合、コマンド選択部１２は、受信したコマンドの送信元であるターゲットモジュール４にバス使用権を付与する（ステップＳ１０３）。次に、コマンド選択部１２は、ターゲットモジュール４がバス使用権を開放するまで待機する（ステップＳ１０４）。ターゲットモジュール４がバス使用権を開放すると、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０１へ進む。

ステップＳ１０２で否定と判断した場合（すなわち、受信したコマンドがすべてマスタモジュール２からのものである場合）、コマンド選択部１２は、未完了の読み出しコマンドがあるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。コマンド選択部１２は、肯定と判断した場合はステップＳ１０６へ、否定と判断した場合はステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０５で肯定と判断した場合、コマンド選択部１２は、受信したコマンドのうち、書き込みコマンドのみを選択の対象に設定する（ステップＳ１０６）。次に、コマンド選択部１２は、差分算出部１６で算出された時間差２５以内に完了しないコマンドを選択の対象から除外する（ステップＳ１０７）。次に、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０７実行後に選択可能なコマンドが残っているか否かを判断する（ステップＳ１０８）。コマンド選択部１２は、肯定と判断した場合はステップＳ１０９へ、否定と判断した場合はステップＳ１０１へ進む。

コマンド選択部１２がステップＳ１０９に到達した時点では、１個以上の選択可能な書き込みコマンドが残っている。そこで、コマンド選択部１２は、それらのコマンドを発行したマスタモジュール２のうち優先順位が最も高いものにバス使用権を付与する（ステップＳ１０９）。より詳細には、コマンド選択部１２は、マスタモジュール２の優先順位を示す優先順位テーブル（図示せず）を有している。コマンド選択部１２は、優先順位テーブルに従って、選択可能なコマンドの送信元であるマスタモジュール２のうち、優先順位が最も高いマスタモジュールにバス使用権を付与する。

次に、コマンド選択部１２は、マスタモジュール２がバス使用権を開放するまで待機する（ステップＳ１１０）。マスタモジュール２がバス使用権を開放すると、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０１へ進む。

図４に示すバス調停処理によれば、バス使用権は、コマンドを発行したターゲットモジュール４がある場合には、そのターゲットモジュール４に付与される。コマンドを発行したターゲットモジュール４がない場合には、バス使用権は、コマンドを発行したマスタモジュール２のうち、優先順位が最も高いマスタモジュールに付与される。ただし、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、バス８に接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、そのコマンドが書き込みコマンドであり、かつ、そのコマンドの実行が時間差２５以内に完了する場合に限り、バス使用権はそのコマンドを発行したマスタモジュール２に付与される。

図５は、本実施形態に係るバスシステムのタイミングチャートである。以下、読み出しコマンドおよび書き込みコマンドにおいてデータ転送を行うときには、バス８に所定の回数（以下、バースト長という）だけ連続してデータが出力されるものとする。ここでは例として、（１）第１のマスタモジュールは、クロックサイクル１で第１のターゲットモジュールに対する読み出しコマンドを発行し、（２）第２のマスタモジュールは、クロックサイクル５でバースト長４の書き込みコマンドを発行し、（３）第３のマスタモジュールは、クロックサイクル７でバースト長８の書き込みコマンドを発行する場合を考える。また、第１〜第３のマスタモジュールから発行されるコマンドを、それぞれ、第１〜第３のコマンドといい、第１のターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間は、９クロックサイクルであるとする。

コマンド受信部１１がクロックサイクル１で発行された第１のコマンドを受信すると、コマンド選択部１２は、図４のステップＳ１０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０２で否定（ターゲットモジュールからのコマンドはない）と判断し、ステップＳ１０５でも否定（未完了の読み出しコマンドはない）と判断した上で、ステップＳ１０９で第１のマスタモジュールにバス使用権を付与する。このため、コマンド発行部１３は、クロックサイクル２でバス８に対して第１のコマンドを発行する。第１のコマンドが発行されると、第１のマスタモジュールはバス使用権を開放する。

第１のコマンドでは、読み出し元として、第１のターゲットモジュールが指定されている。コマンド発行部１３は、バス８に対して第１のコマンドを発行するときに、レスポンスタイムテーブル１４に対して第１のターゲットモジュールの識別子２１を出力する。レスポンスタイムテーブル１４には、第１のターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間として、９（単位はクロックサイクル）が格納されている。このため、クロックサイクル２以降、応答時間２３は９（単位はクロックサイクル）となる。

コマンド発行部１３は、バス８に対して第１のコマンドを発行するときに、レスポンスカウンタ１５に対してリセット指示２２を出力する。このため、経過時間２４は、クロックサイクル２で０となり、その後はクロックサイクルごとに１ずつ増加する。したがって、時間差２５は、クロックサイクル２で９となり、その後はクロックサイクルごとに１ずつ減少する。

コマンド受信部１１がクロックサイクル５で発行された第２のコマンドを受信すると、コマンド選択部１２は、図４のステップＳ１０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０２で否定と判断する。また、第１のコマンドに対する読み出しレスポンスはこの時点ではまだ発行されていないので、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０５で肯定（未完了の読み出しコマンドがある）と判断する。また、この時点における時間差２５は６（単位はクロックサイクル）で、第２のコマンドの所要時間は５クロックサイクルであるので、第２のコマンドの実行は時間差２５以内に完了する。したがって、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０７で第２のコマンドを選択の対象から除外せず、ステップＳ１０９で第２のマスタモジュールにバス使用権を付与する。

このため、コマンド発行部１３は、クロックサイクル６でバス８に対して第２のコマンドを発行する。その後、クロックサイクル７〜１０では、第２のマスタモジュールが、バス８に対して書き込みデータを出力する。第２のマスタモジュールは、４クロックサイクル分の書き込みデータを出力すると、バス使用権を開放する。

第２のマスタモジュールがバス使用権を開放するより前のクロックサイクル７で、第３のマスタモジュールは、第３のコマンドを発行する。このため、第２のマスタモジュールがバス使用権を開放すると、コマンド選択部１２は、図４のステップＳ１０２以降の処理を実行する。この場合も、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０２では否定、ステップＳ１０５では肯定と判断する。ところが、この時点における時間差２５は１（単位はクロックサイクル）で、第３のコマンドの所要時間は９クロックサイクルであるので、第３のコマンドの実行は時間差２５以内に完了しない。このため、コマンド選択部１２はステップＳ１０７で第３のコマンドを選択の対象から除外する。したがって、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０８で否定（選択可能なコマンドはない）と判断し、ステップＳ１０９を実行することなくステップＳ１０１へ進む。このようにコマンド選択部１２は第３のマスタモジュールにバス使用権を付与しないので、コマンド発行部１３はバス８に対して第３のコマンドを発行しない。

クロックサイクル２から９クロックサイクル経過したクロックサイクル１１で、第１のターゲットモジュールは、第１のコマンドに対する読み出しレスポンスを発行する。コマンド受信部１１がクロックサイクル１１で発行された読み出しレスポンスを受信すると、コマンド選択部１２は、図４のステップＳ１０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０２で肯定（ターゲットモジュールからのコマンドがある）と判断し、ステップＳ１０３で第１のターゲットモジュールにバス使用権を付与する。このため、コマンド発行部１３は、クロックサイクル１２でバス８に対して読み出しレスポンスを発行する。読み出しレスポンスが発行されると、第１のターゲットモジュールはバス使用権を開放する。

第１のターゲットモジュールがバス使用権を開放すると、コマンド選択部１２は、図４のステップＳ１０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０２で否定と判断する。また、第１のコマンドに対する読み出しレスポンスはこの時点では既に発行されているので、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０５で否定（未完了の読み出しコマンドはない）と判断する。したがって、コマンド選択部１２は、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８を実行せず、ステップＳ１０９で第３のマスタモジュールにバス使用権を付与する。

このため、コマンド発行部１３は、クロックサイクル１３でバス８に対して第３のコマンドを発行する。その後、クロックサイクル１４〜２１では、第３のマスタモジュールが、バス８に対して書き込みデータを出力する。第３のマスタモジュールは、８クロックサイクル分の書き込みデータを出力すると、バス使用権を開放する。

このように図５に示す例では、第１のコマンドに対する応答待ちの間に、第２のコマンドおよび第３のコマンドが発行される。第２のコマンドが発行されたときには、コマンド選択部１２は、第２のコマンドの実行は第１のコマンドに対する応答が得られるまでに完了すると判断し、第２のコマンドの実行を開始させる。一方、第３のコマンドが発行されたときには、コマンド選択部１２は、第３のコマンドの実行は第１のコマンドに対する応答が得られるまでに完了しないと判断し、第３のコマンドの実行を開始させない。

その結果、第１のコマンドに対する読み出しレスポンスは、クロックサイクル１２でバス８に対して発行される。また、第３のコマンドの実行は、第１のコマンドに対する読み出しレスポンスが発行された後のクロックサイクル１３で開始される。このように、第１のマスタモジュールは、第１のコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、第１のターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。

なお、図５に示す例では、第３のコマンドが発行される時期が、例えば、クロックサイクル３であっても、あるいは、クロックサイクル５であっても、第３のコマンドの実行はクロックサイクル１３で開始される。

本実施形態に係るバスシステムによれば、マスタモジュールは、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、ターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。以下、従来のバスシステム（図６〜図８を参照）と対比して、上記の効果を説明する。

従来のバスシステムにおけるバス調停装置９０は、図６に示すように、コマンド受信部９１、コマンド選択部９２、および、コマンド発行部９３を備えている。コマンド選択部９２は、図７に示すように、コマンド受信部９１がコマンドを受信するまで待機し（ステップＳ９０１）、コマンド受信部９１がコマンドを受信すると、優先順位が最も高いマスタモジュールまたはターゲットモジュールにバス使用権を付与する（ステップＳ９０２）。その後、コマンド選択部９２は、モジュールがバス使用権を開放するまで待機し（ステップＳ９０３）、バス使用権が開放されるとステップＳ９０１へ進む。このようにコマンド選択部９２は、未完了の読み出しコマンドがあるときに、読み出しレスポンスが発行されるまでに完了しないコマンドを受信した場合でも、受信したコマンドの送信元であるマスタモジュールにバス使用権を付与することがある。

図８は、図５と同じ時期に同じコマンドが発行された場合の、従来のバスシステムのタイミングチャートである。本実施形態に係るバス調停装置１０ａと従来のバス調停装置９０とは、第２のマスタモジュールがバス使用権を開放するまでは同じ動作を行う。

第２のマスタモジュールがバス使用権を開放すると、従来のコマンド選択部９２は、図７のステップＳ９０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部９２は、その時点で受信済みの第３のコマンドの実行が第１のコマンドに対する読み出しレスポンスが得られるまでに完了するか否かを判断することなく、ステップＳ９０２で第３のマスタモジュールにバス使用権を付与する。

このため、コマンド発行部９３は、クロックサイクル１１でバスに対して第３のコマンドを発行する。その後、クロックサイクル１２〜１９では、第３のマスタモジュールが、バスに対して書き込みデータを出力する。第３のマスタモジュールは、８クロックサイクル分の書き込みデータを出力すると、バス使用権を開放する。

第３のマスタモジュールがバス使用権を開放すると、コマンド選択部９２は、図７のステップＳ９０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部９２は、ステップＳ９０３で第１のターゲットモジュールにバス使用権を付与する。このため、コマンド発行部９３は、クロックサイクル１１で受信した第１のコマンドに対する読み出しレスポンスを、クロックサイクル２０でバスに対して発行する。

このように、読み出しコマンドである第１のコマンドの実行が完了する時期は、従来のバスシステムではクロックサイクル２１であるのに対して、本実施形態に係るバスシステムではクロックサイクル１３である。このように、本実施形態に係るバスシステムによれば、第１のマスタモジュールは、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、第１のターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。

以上に示すように、本実施形態に係るバスシステムによれば、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが発行された場合には、読み出しコマンドに対する応答が得られるまでに後のコマンドの実行が完了する場合に限り、後のコマンドの実行が開始される。このため、後のコマンドの実行は、読み出しコマンドの実行を妨げない。したがって、マスタモジュールは、読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、ターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。これにより、スプリット方式のバスシステムの性能を向上させ、バス構造を有するシステムの性能を向上させることができる。

また、レスポンスタイムテーブルに、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する最短の応答時間を格納することにより、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する負荷状態などに応じて変動する場合でも、後のコマンドの実行が、読み出しコマンドの実行を妨げないことを保証することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るバスシステムは、第１の実施形態と同じ全体構成（図１）を有し、図２に示すバス調停装置１０ａに代えて、図９に示すバス調停装置１０ｂを備えている。バス調停装置１０ｂは、コマンド受信部１１、コマンド選択部１７、コマンド発行部１３、レスポンスタイムテーブル１４、複数のレスポンスカウンタ１５、および、複数の差分算出部１６を備えている。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。

ｍ個のマスタモジュール２は、互いに別個に読み出しコマンドを発行する。このため、全体で見れば、短時間のうちに複数の読み出しコマンドが発行されることがある。各レスポンスカウンタ１５は、マスタモジュール２から発行された１つの読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を、互いに別個に計測する。各差分算出部１６は、１個のレスポンスカウンタ１５に対応づけられる。各差分算出部１６は、対応するレスポンスカウンタ１５に対してリセット指示２２が出力されたときにレスポンスタイムテーブル１４から出力された応答時間２３と、対応するレスポンスカウンタ１５で測定された経過時間２４との差を、時間差２５として出力する。

コマンド選択部１７は、図１０に示すバス調停処理を実行する。図１０に示す処理は、図４に示す処理において、ステップＳ１０６およびＳ１０７をステップＳ１２１に置換したものである。コマンド選択部１７には、複数の差分算出部１６で算出された１以上の時間差２５が入力される。コマンド選択部１７は、ステップＳ１２１において、差分算出部１６で算出された時間差２５の最小値（すなわち、最短の時間差）以内に完了しないコマンドを選択の対象から除外する。

以下、バス調停装置１０ｂの動作の具体例を説明する。ここでは例として、（１）第１のマスタモジュールは、クロックサイクル１で第１のターゲットモジュールに対する読み出しコマンドを発行し、（２）第２のマスタモジュールは、クロックサイクル３で第２のターゲットモジュールに対する読み出しコマンドを発行し、（３）第３のマスタモジュールは、クロックサイクル５で書き込みコマンドを発行する場合を考える。第１〜第３のマスタモジュールから発行されるコマンドを、それぞれ、第１〜第３のコマンドという。

コマンド受信部１１がクロックサイクル１で発行された第１のコマンドを受信すると、コマンド選択部１７は、図１０に示す処理により第１のマスタモジュールにバス使用権を付与する。このため、コマンド発行部１３は、クロックサイクル２でバス８に対して第１のコマンドを発行する。第１のコマンドが発行されると、第１のマスタモジュールはバス使用権を開放する。

第１のコマンドでは、読み出し元として、第１のターゲットモジュールが指定されている。コマンド発行部１３は、レスポンスタイムテーブル１４に対して第１のターゲットモジュールの識別子２１を出力し、第１のレスポンスカウンタ１５に対してリセット指示２２を出力する。このため、レスポンスタイムテーブル１４は、第１のターゲットモジュールの応答時間２３を出力し、第１のレスポンスカウンタ１５は、第１のコマンドの実行が開始された後の経過時間２４を計測する。第１の差分算出部１６は、この時点でレスポンスタイムテーブル１４から出力された応答時間２３と、第１のレスポンスカウンタ１５で測定された経過時間２４との差を、第１の時間差２５として出力する。

コマンド受信部１１がクロックサイクル３で発行された第２のコマンドを受信すると、コマンド選択部１７は、図１０に示す処理により第２のマスタモジュールにバス使用権を付与する。このため、コマンド発行部１３は、クロックサイクル４でバス８に対して第２のコマンドを発行する。第２のコマンドが発行されると、第２のマスタモジュールはバス使用権を開放する。

第２のコマンドでは、読み出し元として、第２のターゲットモジュールが指定されている。コマンド発行部１３は、レスポンスタイムテーブル１４に対して第２のターゲットモジュールの識別子２１を出力し、第２のレスポンスカウンタ１５に対してリセット指示２２を出力する。このため、レスポンスタイムテーブル１４は、第２のターゲットモジュールの応答時間２３を出力し、第２のレスポンスカウンタ１５は、第２のコマンドの実行が開始された後の経過時間２４を計測する。第２の差分算出部１６は、この時点でレスポンスタイムテーブル１４から出力された応答時間２３と、第２のレスポンスカウンタ１５で測定された経過時間２４との差を、第２の時間差２５として出力する。

コマンド受信部１１がクロックサイクル５で発行された第３のコマンドを受信すると、コマンド選択部１７は、図１０のステップＳ１０２以降の処理を実行する。この場合、コマンド選択部１７は、ステップＳ１０２で否定（ターゲットモジュールからのコマンドはない）と判断する。また、この時点では読み出しレスポンスがまだ発行されていない読み出しコマンドがあるので、コマンド選択部１７は、ステップＳ１０５で肯定（未完了の読み出しコマンドがある）と判断し、ステップＳ１２１へ進む。

コマンド選択部１７がステップＳ１２１に到達したときには、コマンド選択部１７には、第１の差分算出部１６で算出された第１の時間差２５と、第２の差分算出部１６で算出された第２の時間差２５とが入力されている。コマンド選択部１７は、ステップＳ１２１では、第１および第２の時間差２５の最小値（以下、最短の時間差Ｔという）を求め、第３のコマンドの実行が最短の時間差Ｔ以内に完了しない場合には、第３のコマンドを選択の対象から除外する。

その結果、第３のコマンドの実行が最短の時間差Ｔ以内に完了する場合には、コマンド選択部１７は、ステップＳ１０９で第３のマスタモジュールにバス使用権を付与する。一方、第３のコマンドの実行が最短の時間差Ｔ以内に完了しない場合には、コマンド選択部１７は、ステップＳ１０９で第３のマスタモジュールにバス使用権を付与しない。

以上に示すように、本実施形態に係るバスシステムは、バス調停装置の内部に複数の計時部と複数の差分算出部とを備えている。また、複数の読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが発行された場合には、最も早い読み出しレスポンスが得られるまでに後のコマンドの実行が完了する場合に限り、後のコマンドの実行が開始される。このため、後のコマンドの実行は、複数の読み出しコマンドの実行を妨げない。したがって、マスタモジュールは、他のマスタモジュールから発行されたものを含む、複数の読み出しコマンドに対する応答待ちの間に別のコマンドが実行される場合でも、ターゲットモジュールからデータを遅滞なく読み出すことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るバスシステムは、第１の実施形態と同じ全体構成（図１）を有し、図２に示すバス調停装置１０ａ（図２）に代えて、図１１に示すバス調停装置１０ｃを備えている。バス調停装置１０ｃは、バス調停装置１０ａのコマンド発行部１３およびレスポンスタイムテーブル１４を、それぞれ、コマンド発行部１８およびレスポンスタイムテーブル１９に置換したものである。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。

コマンド発行部１８は、第１の実施形態に係るコマンド発行部１３と同様、コマンド選択部１２で選択されたコマンドをバス８に対して発行し、マスタモジュール２から受信した読み出しコマンドを発行するときには、識別子２１およびリセット指示２２を出力する。これに加えて、コマンド発行部１８は、ターゲットモジュール４から受信した読み出しレスポンスを発行するときには、レスポンスタイムテーブル１９に対して更新指示２６を出力する。

レスポンスタイムテーブル１９は、第１の実施形態に係るレスポンスタイムテーブル１４に、格納した応答時間を更新する機能を追加したものである。レスポンスタイムテーブル１９に格納された応答時間は、更新指示２６が出力されたときに、レスポンスカウンタ１５で測定された経過時間２４に基づき更新される。更新指示２６が出力されたときの経過時間２４は、識別子２１で識別されるターゲットモジュール４の、読み出しコマンドに対する応答時間の実測値に該当する。そこで、レスポンスタイムテーブル１９内の、識別子２１で識別されるターゲットモジュール４の応答時間は、更新指示２６が出力されたときの経過時間２４を用いて上書き更新される。このようにレスポンスタイムテーブル１９に格納された応答時間を直近の実測値に更新してもよい。

あるいは、レスポンスタイムテーブル１９は、各ターゲットモジュール４について、読み出しコマンドに対する応答時間の過去の実測値を複数個記憶しており、レスポンスタイムテーブル１９内の、識別子２１で識別されるターゲットモジュール４の応答時間は、記憶された過去の複数の実測値の加重平均値によって上書き更新されることとしてもよい。このようにレスポンスタイムテーブル１９に格納された応答時間を過去の複数の実測値の加重平均値に更新してもよい。

以上に示すように、本実施形態に係るバスシステムでは、レスポンスタイムテーブルに格納される応答時間は、実測値に基づき更新される。したがって、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間が負荷状態などに応じて変動する場合でも、システムの動作状況に応じてバスの使用権を調停し、バスシステムの性能を向上させることができる。

特に、レスポンスタイムテーブルに格納される応答時間を直近の実測値に更新すれば、簡便な方法で上記の効果を奏することができる。また、レスポンスタイムテーブルに格納される応答時間を過去の複数の実測値の加重平均値に更新すれば、ターゲットモジュールの読み出しコマンドに対する応答時間が大きく変動する場合でも、応答時間の変動に影響されることなく、上記の効果を奏することができる。

なお、本実施形態に係るバスシステムは、第１の実施形態に係るバスシステムに対して、レスポンスタイムテーブルに格納される応答時間を実測値に基づき更新する機能を追加したものであるが、第２の実施形態に係るバスシステムに対してこの機能を追加してもよい。

本発明の第１〜第３の実施形態に係るバスシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るバスシステムにおけるバス調停装置の構成を示すブロック図である。 図２に示すバス調停装置のレスポンスタイムテーブルを示す図である。 図２に示すバス調停回路のコマンド選択部によるバス調停処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るバスシステムのタイミングチャートである。 従来のバスシステムにおけるバス調停装置の構成を示すブロック図である。 図６に示す従来のバス調停回路のコマンド選択部によるバス調停処理を示す図である。 従来のバスシステムのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るバスシステムにおけるバス調停装置の構成を示すブロック図である。 図９に示すバス調停回路のコマンド選択部によるバス調停処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係るバスシステムにおけるバス調停装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２…マスタモジュール
４…ターゲットモジュール
８…バス
１０…バス調停装置
１１…コマンド受信部
１２、１７…コマンド選択部
１３、１８…コマンド発行部
１４、１９…レスポンスタイムテーブル
１５…レスポンスカウンタ
１６…差分算出部
２１…識別子
２２…リセット指示
２３…応答時間
２４…経過時間
２５…時間差
２６…更新指示

Claims (9)

1. スプリット方式のバスシステムであって、
   １以上のマスタモジュールと１以上のターゲットモジュールとを接続するバスと、
   前記バスに接続されたモジュール間で、前記バスの使用権を調停するバス調停装置とを備え、
   前記バス調停装置は、
   前記バスに接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させる制御部と、
   前記マスタモジュールから発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測する計時部と、
   前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する応答時間を格納する応答時間格納部と、
   前記読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、前記計時部で計測された経過時間との差を算出する差分算出部とを含み、
   前記制御部は、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする、バスシステム。
2. 前記応答時間格納部は、前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する最短応答時間を格納することを特徴とする、請求項１に記載のバスシステム。
3. 前記制御部は、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドが書き込みコマンドであり、かつ、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする、請求項１に記載のバスシステム。
4. 前記バス調停装置は、複数の前記計時部と、複数の前記差分検出部とを含み、
   各前記計時部は、前記マスタモジュールから発行された１つの読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測し、
   各前記差分検出部は、前記マスタモジュールから発行された１つの読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、対応する前記計時部で計測された経過時間との差を算出し、
   前記制御部は、前記マスタモジュールから発行された複数の読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該複数の読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された最短の時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする、請求項１に記載のバスシステム。
5. 前記応答時間格納部に格納される応答時間は、実測値に基づき更新されることを特徴とする、請求項１に記載のバスシステム。
6. 前記応答時間格納部に格納される応答時間は、直近の実測値に更新されることを特徴とする、請求項５に記載のバスシステム。
7. 前記応答時間格納部に格納される応答時間は、過去の複数の実測値の加重平均値に更新されることを特徴とする、請求項５に記載のバスシステム。
8. １以上のマスタモジュールと１以上のターゲットモジュールとを接続するバスを備えたスプリット方式のバスシステムにおいて、前記バスに接続されたモジュール間で前記バスの使用権を調停するバス調停装置であって、
   前記バスに接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させる制御部と、
   前記マスタモジュールから発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測する計時部と、
   前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する応答時間を格納する応答時間格納部と、
   前記読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、前記計時部で計測された経過時間との差を算出する差分算出部とを備え、
   前記制御部は、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が前記差分算出部で算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする、バス調停装置。
9. １以上のマスタモジュールと１以上のターゲットモジュールとを接続するバスを備えたスプリット方式のバスシステムにおいて、前記バスに接続されたモジュール間で前記バスの使用権を調停するバス調停方法であって、
   前記バスに接続されたモジュールから発行されたコマンドの中から実行すべきコマンドを選択し、選択したコマンドの実行を開始させるステップと、
   前記マスタモジュールから発行された読み出しコマンドの実行が開始された後の経過時間を計測するステップと、
   前記ターゲットモジュールの、前記読み出しコマンドに対する応答時間を応答時間格納部に格納するステップと、
   前記読み出しコマンドの実行が開始された場合に、前記応答時間格納部に格納された、当該読み出しコマンドで指定されたターゲットモジュールの応答時間と、計測された経過時間との差を算出するステップとを含み、
   前記選択したコマンドの実行を開始させるステップは、前記読み出しコマンドの実行を開始させた後、当該読み出しコマンドに対する応答待ちの間に、前記バスに接続されたモジュールから別のコマンドが発行された場合には、当該コマンドの実行が算出された時間差以内に完了する場合に限り、当該コマンドの実行を開始させることを特徴とする、バス調停方法。

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