JP2010062983A - バス接続におけるチップ間信号の共有化方法及び回路 - Google Patents

バス接続におけるチップ間信号の共有化方法及び回路 Download PDF

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Abstract

【課題】 解決しようとする課題は、情報通信装置等を構成するLSI部品等の複数のチップ間を接続するバス接続が同時にアクセスすることが無いにも係らずバスを共有化できず、チップ間通信の複数インタフェース信号の接続端子数削減ができない問題である。
【解決手段】 複数の半導体チップ間のインタフェース信号の内、異なるタイミングでアクセスするインタフェース信号の接続端子をインタフェース信号のAC特性が異なる場合はチップ内に備えた異なる遅延量遅延させる複数の出力信号遅延経路と、入力信号を異なる遅延量遅延させる複数の入力信号遅延経路とを備え、チップ間の遅延量に対応して遅延経路を切り替えて接続することによりインタフェース信号の接続端子の共有化を実現する。
【選択図】図3

Description

本発明は、情報通信装置等を構成するLSI部品等の複数のチップ間を接続するバス接続に係り、特にチップ間のAC特性の異なる信号線の複数接続端子数削減方法及び回路に関するものである。
情報通信装置などの装置は機能の増大に伴い、集積化された多くのLSIチップで構成されている。また、CPUなどで構成されることが多いため、各LSIチップを接続する信号線は、アドレスバス、データバスなどバス形式の信号も多く膨大になる。
ブリッジチップ(Bridge−Chip)はCPUからの制御バス(PCIバス等:Perpheral Component Interconnect)を制御対象の複数のチップに合わせたインタフェースに変換するチップであり、ブリッジチップの制御信号をバス化して、接続端子数を削減する方法がある。
ここで、CPUとはCPU又はDSP等のプロセッサ及びソフトウェア等を格納するメモリ等の周辺回路を含むものとする。また、CPUバスはCPUに直接入力する制御バスを表し、ブリッジチップはCPUバスのアクセス先アドレスからアクセス対象を判定し、そのアクセス対象の有するインターフェースに変換してアクセス先に接続する機能を有するLSIチップである。
ブリッジチップはアクセス対象の信号線が同一のAC特性(クロックに対する入力セットアップ時間/ホールド時間、クロックに対する出力遅延時間)を有する場合に共有化ができる。
図12は従来のブリッジチップとターゲットチップ間の接続を示す図である。CPU50とターゲットチップ間の接続をブリッジチップによりブッリジして接続する図を示している。ターゲットチップ(Target−Chip)54(ここでは4個で示す)はCPUバスとは異なるインタフェースを有しており、直接CPUバスと接続でききないので、ブリッジチップ1 51、ブリッジチップ2 52を介して接続し、データの書き込み及び読み出しを行なう。
このブリッジチップとターゲットチップ間のAC特性を例えば以下とする。
1)ブリッジチップとターゲットチップ1、2間のAC特性
ア.遅延時間:2.0ns〜11.0ns
イ.セットアップ時間:3.0ns
ウ.ホールド時間:2.0ns
2)1)ブリッジチップとターゲットチップ1、2間のAC特性
ア.遅延時間:1.0ns〜4.0ns
イ.セットアップ時間:7.0ns
ウ.ホールド時間:0.0ns
このAC特性の場合、ターゲットチップ1、2、3、4とブリッジチップ間を1個のブ
リッジチップで4個のターゲットチップと接続ができない。このため、AC特性が同一の2つのグループ毎にブリッジチップ1 51とブリッジチップ1 52で接続しなければならない。なお、「ns」は「nano second:ナノ秒」であり以下「ns」で表現する。
すなわち、ターゲットチップ1と2、ターゲットチップ3と4はそれぞれ同種あるいは
同一のAC特性を有するが、ターゲットチップ1、2とターゲットチップ3、4は異なる
AC特性を有するため、それぞれのチップに同時にアクセスが行われることが無いにもかかわらずバスが共有できず、グループ毎に異なるAC特性を持つ別々のバスに接続している。このため、バスを共有することができない。
複数のメモリ等の半導体チップを結合したチップ・オン・チップ(COC)構造の半導体装置において、チップにマルチプクレサ、ディマルチプレクサによる共有のチップ間接続端子を設け、複数の信号線の中から1つの信号線を選択してチップ間の接続信号線の数を削減する方法が知られている。(例えば、特許文献1)
特開2004−39896号公報
解決しようとする課題は、情報通信装置等を構成するLSI部品等の複数のチップ間を接続するバス接続が同時にアクセスすることが無いにも係らずバスを共有化できず、チップ間通信の複数インタフェースのバス接続の接続端子数削減ができない問題である。
情報通信装置等を構成する複数のチップ間を異なるAC特性を有するインタフェースの場合でも共有化し、バス接続の接続端子数を削減する方法を提供することを目的とする。
複数の半導体チップと特定半導体チップ間のインタフェース信号の内、前記特定半導体チップに異なるタイミングでアクセスするインタフェース信号の接続端子を共有化するために、特定の半導体チップに異なる遅延量遅延させる複数の信号遅延経路を備え、インタフェースバス信号のAC特性が異なる場合は、遅延経路を各複数半導体のAC特性に対応した遅延の経路を選択して切り替えて接続することによりAC特性の異なる個々のチップのインタフェースバス信号の信号線の共有化を行なう。
さらに遅延経路の選択はチップ内に配線長の長さに対応して選択する、あるいはチップ内の論理ゲートの遅延量に対応して選択する。
本発明により、チップ間インタフェースのAC特性が異なる場合においても、ブリッジチップ内に備えた異なる遅延量の遅延経路を各アクセス対象チップのAC特性に応じて動的に切り替えることによりバス接続におけるインタフェースバス信号の信号線の共有化が実現できる。
(実施例1)
本発明の説明に先立ち課題と課題解決のための条件を説明する。
図1はブリッジチップとターゲットチップのバス共有化を説明する図である。CPUバスを介したCPUからの信号を小数のブリッジチップで多数のターゲットチップのインタフェースに変換し各ターゲットチップに接続することが接続端子数を削減する上で重要である。ここではブリッジチップが1個、ターゲットチップ(Target−Chip)が4個の例を示す。また、アドレス(Address)の数6、データ(Data)の数32は各々ビット数を示す。
ブリッジチップ1と複数のターゲットチップ22間の接続として、チップイネーブル(
CE)が各々接続されている(Chip−Enable−1〜Chip−Enable−1)。一方、ライトイネーブル(WE)、アドレス(Address)、出力データ(Data−OUT)、入力データ(Data−IN)は、バス接続により接続するが、ここでは、全ての信号線のバス接続が可能か否かの説明のため、図では接続を省略している。
本発明は、ライトイネーブル(WE)、アドレス(Address)、出力データ(Data−OUT:ブリッジチップからターゲットチップへのデータ)、入力データ(Data−IN:ターゲットチップからブリッジチップへのデータ)をターゲットチップのAC特性が異なる場合でもバス接続による共有を可能とすることである。
図2はブリッジチップとターゲットチップ間のAC特性とバス共有化の条件を説明する図である。1)に出力信号の場合、2)に入力信号の場合を示している。
1)出力信号(Data−OUT:ブリッジチップからターゲットチップへのデータ)のバス共有化するためには以下の条件がある。
ア.共有バス化する信号はチップイネーブルなどの信号によりバス信号の中から選択できる。
イ.ブリッジチップ内部のFF回路(フリップ・フロップ回路)の出力信号のクロックエッジからの遅延変動範囲(温度及び電源電圧などによる変動)が共有バス化する全てのターゲットチップに対する出力遅延要求値の範囲内である。なお、出力遅延要求値はボード上の配線パターン等の遅延を考慮して定める。
上記イの条件より出力信号に対する条件は具体的には以下である。
条件1:クロックに対し、CE、WE、Address、Data−Outはクロックの変化点から遅延要求値(最小〜最大)の範囲内(図の時間域(A〜B))にある。
2)入力信号(Data−IN:ターゲットチップからブリッジチップへのデータ)に対するバス共有化するためには以下がある。
ア.チップイネーブル等により選択されない時は出力がハイ・インピーダンスになる。
イ.共有バス化する全てのターゲットチップのクロックに対するData−INのバリッド領域(ターゲットチップのクロックに出力遅延範囲から求められるデータの確定領域)がブリッジチップの内部FF回路のセットアップ時間、ホールド時間を満足している。
上記イの条件より出力信号に対する条件は具体的には以下である。
条件2:ブリッジチップ内部FF回路のセットアップ時間+ホールド時間がバリッド領域
内にある。
上記2つの条件を満足する場合は、ライトイネーブル(WE)、アドレス(Address)、出力データ(Data−OUT)、入力データ(Data−IN)の信号線のバス共有化が可能となる。
図3は本発明の一実施形態のブリッジチップチップの構成を示す図である。CPUバスからの情報を他のチップに接続するブリッジチップを示している。
CPU−BUS I/F部2、アクセス対象チップ判定部3、イネーブル(Enable)生成部4、出力端子遅延経路選択部1 5、出力端子遅延経路選択部2 6、切り替えタイミング調整部1 7、入力端子遅延経路選択部 8、切り替えタイミング調整部2
9、分岐部10で構成する。
1)CPU−BUS I/F部2は、CPUバスとインタフェースし、CPUバスアクセス情報であるアクセス対象のアドレス、リード(Read)/ライト(Write)のアクセス種別、ライトデータを受信し、リードデータの送信を行なう。
2)アクセス対象チップ判定部3はCPU−I/F部2より受信したアドレスを判定し、アクセス対象のターゲットチップの特定を行ないイネーブル生成部4に接続先のターゲットチップを通知し、切り替えタイミング調整部1−8、切り替えタイミング調整部2 9
に、アドレスデータ、データのライトタイミング、リードタイミングの切り替え調整を通知する。
3)イネーブル(Enable)生成部4はアクセス対象チップ判定部3で判定されたアクセス対象チップをイネーブルにするためのイネーブル信号の生成を行ない、CPU−BUSI/F部2からのリード/ライトアクセス種別信号と連携して該当のチップにイネーブル信号、あるいはライトイネーブル信号を送信する。
4)出力端子遅延経路選択部1 5はCPUバスからのアドレス情報を遅延経路(図5)で遅延させ、アドレス情報として共有バスに送信する。
5)出力端子遅延経路選択部2 6はCPUバスからのライトデータを遅延経路(図5)で遅延させ、双方向バッファ10を介してデータをブリッジチップからターゲットチップへターゲットチップからブリッジチップに共有バスを介して出力する。
6)切り替えタイミング調整部1 7は、イネーブル信号の送出タイミングやアクセス対象チップのレイテンシを考慮して遅延経路の選択タイミングを調整する。なお、レイテンシとはデータのリクエストを行なってから、実際にデータが転送されるまでにかかる遅延時間」のことである。
7)入力端子遅延経路選択部8は、共有バスからのデータを受信し、遅延経路(図5)で遅延させた後、データをCPU−BUS I/F部2に出力する。
8)切り替えタイミング調整部2 9は、共有バスからのリードデータの遅延経路の選択タイミングを調整する。
9)双方向バッファ10はターゲットチップとブリッジチップ間の入出力データの方向を制御する。
なお、ターゲットチップへの出力信号の内、チップイネーブル信号(Chip−Enable−1〜Chip−Enable−1)、ライトイネーブル(Write−Enable)は個別の信号であり、アドレス(Adoress)、データ(Data−IN)が共有バスによる信号である。
図4はブリッジチップとターゲットチップ間のバス共有化のAC特性条件例を示す図である。ブリッジチップとターゲットチップ間のAC特性であり、本条件を満たすことが可能な場合にバス共有化ができる。
1)条件1:クロックに対するCE、WE、Address、Data−OUTの遅延要求時間
ア.ターゲットチップ1、2との接続の場合:2.0ns〜11.0ns
イ.ターゲットチップ3、4との接続の場合:1.0〜4.0ns
条件2:クロックに対するData−INのセットアップ+ホールド時間
ア.ターゲットチップ1、2との接続の場合:
セットアップ時間=3.0ns、ホールド時間=2.0ns
イ.ターゲットチップ3、4との接続の場合:
セットアップ時間=7.0ns、ホールド時間=0.0ns
図5は単位遅延経路と遅延経路の構成例を示す図である。図3のブリッジチップを構成する出力端子遅延経路選択部1 5、出力端子遅延経路選択部2 6、入力端子遅延経路選択部8を構成する基本回路例である。1)に単位遅延経路、2)に遅延経路を示す。
1)単位遅延経路
経路1は単位遅延回路(Delay)11がないスルーの経路であり、ここでは、スルー経路の遅延を0.5ns〜1.0nsとする。経路2は単位遅延回路を1つ接続した経路である。単位遅延回路の遅延量を1.0nsとすると、経路2の遅延量は1.5ns〜2.0nsとなる。以下単位遅延回路を順次増加させた構成で単位遅延経路を構成する。選択回路13により経路を選択する。ここでは、N個の遅延経路を示している。単位遅延経路は処理するインタフェース信号の遅延量(ターゲットチップ内部の配線パターンの配線長で定まる遅延量、及びビット毎の配線パターンに配線長で定まる遅延量、回路を構成す
る個々の論理ゲートの遅延量)に対応して設定する。また、どの遅延量の経路を選択するかは上記インタフェース信号の遅延量を基に選択する。
2)遅延経路
1)の単位遅延経路を信号のビット数(ここではMビットを仮定)分設定し、バス信号の並列処理を行なう。
図6はブリッジチップの出力端子遅延経路選択部1の構成例を示す図である。図4に示したバス共有化の条件を例に出力端子遅延経路選択部1 5の遅延経路の選択例を示している。
FF回路からの信号は単位遅延回路14−i(i=1〜M)(バス信号のビット毎にいずれかの「i」の単位遅延経路で遅延させる)、接続バッファ15を経て共有バスに接続する。ここで、クロックに対するFF回路の遅延を「0.5ns〜0.8ns」とする。1)条件1:
ア.ターゲットチップ1、2との接続の場合:
遅延要求値「2.0ns〜11.0ns」に対し、FF回路の遅延最小値(0.5ns)と遅延最大値(0.8ns)に1.5ns〜2.0ns遅延する経路2を選択により遅延量2.0ns(0.5+1.5ns)〜2.8ns(0.8ns+2.0ns)となり要求値を満たすことができる。
イ.ターゲットチップ3、4との接続の場合:
ターゲットチップ1、2の考え方と同様に0.5ns〜1.0ns遅延する経路1の選択により、遅延量は1.0ns(0.5ns+0.5ns)〜1.8ns(0.8ns+1.0ns)となり、遅延要求値「1.0ns〜4.0ns」を満たすことができる。
図7はブリッジチップの出力端子遅延経路選択部2の構成例を示す図である。図6と同様に図4で示したバス共有化の条件を例に出力端子遅延経路選択部2 6の遅延経路の選択例を示している。
図6と同様な条件でターゲットチップ1、2に対し経路2を選択し、ターゲットチップ3、4に対し経路1を選択する。
図8はブリッジチップの入力端子遅延経路選択部の構成例を示す図である。図6、7と同様に図4に示したバス共有化の条件を例に入力端子遅延経路選択部8の経路選択の選択例を示している。
共有バスからの信号は単位遅延回路14−k(k=1〜M)(バス信号のビット毎にいずれかの「k」の単位遅延経路で遅延させる)を経て共有バスに接続する。
ここで、クロックに対し、FF回路のセットアップ時間2.0ns、ホールド時間2.0nsとすると、FF回路が正常にデータを取り込むためには、FF回路でのバリッド領域の範囲がクロックエッジ前に2.0ns(セットアップ時間)、クロックエッジ後に2.0ns(ホールド時間)以上確保されている必要が有る。これより各ターゲットチップの場合の選択経路は以下となる。
1)条件2:
ア.ターゲットチップ1、2との接続の場合:
データ入力のバリッド領域はクロックの前に3.0ns、クロックの後に2.0nsある。(セットアップ時間3.0ns、ホールド時間2.0ns)である。これより、FF回路のセットアップ時間2.0ns、ホールド時間2.0nsで取り込むためには許容される遅延時間は1.0nsであり、これより経路1を選択する。
イ.ターゲットチップ3、4との接続の場合:
ターゲットチップ1、2の経路選択の考え方と同様に、セットアップ時間とホールド時間の許容値は各々7.0ns、ホールド時間0.0nsである。この入力をセットアップ時間2.0ns、ホールド時間2.0nsのFF回路で取り込むためには2.0ns以上の遅延が必要であるため経路2を選択する。
上記の図6、図7、図8で述べた遅延経路の選択によりブリッジチップとターゲットチップ1、2、3、4のライトイネーブル(WE)、アドレス(Address)、出力データ(Data−OUT)、入力データ(Data−IN)の信号線はバスを共有化できる。
図9は本発明の一実施形態のブリッジチップとターゲットチップ間のバス共有接続を示す図である。図1で示した共有化の問題に対し、図4のAC特性条件例を基に図6、7、8の遅延経路で構成したブリッジチップとターゲットチップ間の接続例である。ターゲットチップ1、2、3、4が1個のブリッジチップで接続されている。説明は省略する。
図10は本発明適用のチップ間接続例を示す図である。ブリッジチップ1とFIFOメモリ32及びROMメモリ33間のバス共有化の例でアドレス5ビット、ライトイネーブル5ビットを共有バスにしている。説明は省略する。
図11は本発明の一実施形態のシステム構成例を示す図である。ブリッジチップを使用した情報通信装置の例を示している。
CPU41からブリッジチップ42を介してフジカルチップ(インターフェースデバイス)43、LSI1 44、ネットワークプロセッサ1 45、ネットワークプロセッサ2 46、LSI2 47を制御して他装置への接続を行う情報通信装置40を示し、ブリッジチップ41により多くの信号線を共有バス化して構成している。具体的なシステムの説明、信号の流れの説明は省略する。
図1はブリッジチップとターゲットチップのバス共有化を説明する図である。 図2はブリッジチップとターゲットチップ間のAC特性とバス共有化の条件を説明する図である。 図3は本発明の一実施形態のブリッジチップチップの構成を示す図である。 図4はブリッジチップとターゲットチップ間のバス共有化のAC特性条件例を示す図である。 図5は単位遅延経路と遅延経路の構成例を示す図である。 図6はブリッジチップの出力端子遅延経路選択部1の構成例を示す図である。 図7はブリッジチップの出力端子遅延経路選択部2の構成例を示す図である。 図8はブリッジチップの入力端子遅延経路選択部の構成例を示す図である。 図9は本発明の一実施形態のブリッジチップとターゲットチップ間のバス共有接続を示す図である。 図10は本発明適用のチップ間接続例を示す図である。 図11は本発明の一実施形態のシステム構成例を示す図である。 図12は従来のブリッジチップとターゲットチップ間の接続を示す図である。
符号の説明
1 ブリッジチップ
2 CPU−BUS IF部
3 アクセス対象チップ判定部
4 イネーブル生成部
5 出力端子遅延経路選択部1
6 出力端子遅延経路選択部2
7 切り替えタイミング調整部1
8 入力端子遅延経路選択部2
9 切り替えタイミング調整部2
10 双方向バッファ
11 単位遅延回路(Delay)
12 FF(フリップ・フロップ)
13、13−1、13−2、13−3 選択回路
14−1、2、j、M 単位遅延経路
15 接続バッファ
20 CPU
21 クロック源
22−1、22−2、22−3、22−4 ターゲットチップ
30 ブリッジチップ
31 クロック源
32 FIFOメモリ
33 ROMメモリ
40 通信装置
41 CPU
42 ブリッジチップ
43−1、43−2、43−4 出力インタフェースバッファ(PHY)
44 LSI1
45 ネットワークプロセッサ1
46 ネットワークプロセッサ2
47 LSI2
50 CPU
51−1 ブリッジチップ1
51−2 ブリッジチップ2
53 クロック源
54−1 ターゲットチップ1
54−2 ターゲットチップ2
54−3 ターゲットチップ3
54−4 ターゲットチップ4

Claims (5)

  1. 1つの特定半導体チップに接続する複数半導体チップの個々のチップのインタフェース信号の内、前記特定半導体チップに異なるタイミングでアクセスする前記個々のチップのインタフェース信号の接続端子を共有するバス接続におけるチップ間信号の共有化方法であって、
    前記特定半導体チップは、
    前記複数の半導体チップに出力する出力信号を異なる遅延量遅延させる複数の出力信号遅延経路と、前記複数の半導体からの入力信号を異なる遅延量遅延させる複数の入力信号遅延経路と、を備え、
    前記特定半導体チップと前記複数の個々の半導体チップのインタフェース信号のAC特性が異なる場合は、前記個々のチップのインタフェース信号を、前記出力信号遅延経路と、前記入力信号遅延経路と、を前記複数の個々の半導体チップインタフェース信号のAC特性に対応して選択した遅延量の遅延経路に切り替えて接続することにより前記AC特性の異なる個々のチップのインタフェース信号の接続端子の共有化を行なうことを特徴とするバス接続におけるチップ間信号の共有化方法。
  2. 請求項1記載の前記遅延経路の選択はチップ内に配線長の長さに対応して選択することを特徴とする請求項1記載のバス接続におけるチップ間信号の共有化方法。
  3. 請求項1記載の前記遅延経路の選択はチップ内の論理ゲートの遅延量に対応して選択することを特徴とする請求項1記載のバス接続におけるチップ間信号の共有化方法。
  4. 請求項1記載のAC特性は、前記1つの特定半導体チップと前記複数半導体チップを動作させるクロックに対する出力信号及び入力信号の遅延時間、あるいはセットアップ時間あるいはホールド時間であることを特徴とする請求項1記載のバス接続におけるチップ間信号の共有化方法。
  5. 1つの特定半導体チップに接続する複数半導体チップの個々のチップのインタフェース信号の内、前記特定半導体チップに異なるタイミングでアクセスする前記個々のチップのインタフェース信号の接続端子を共有化するバス接続におけるチップ間信号の共有化回路であって、
    前記共有化回路を、
    前記複数の半導体チップから出力する出力信号を異なる遅延量遅延させる複数の出力信号遅延経路と、
    前記複数の半導体からの入力信号を異なる遅延量遅延させる複数の入力信号遅延経路と、
    管理者が設定する遅延量より前記出力遅延経路の遅延経路を選択する手段と前記入力遅延経路を選択する手段と、
    を前記特定半導体チップ内に備え、
    前記特定半導体チップと前記複数の個々の半導体チップのインタフェース信号のAC特性が異なる場合は、
    前記出力信号遅延経路と、前記入力信号遅延経路と、を前記複数の個々の半導体チップインタフェース信号のAC特性に対応して選択した遅延量の遅延経路に切り替えて接続し半導体チップ間のインタフェース信号の接続端子の共有化を実現することを特徴とするバス接続におけるチップ間信号の共有化回路。
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