JP2012104868A - 通信システム、通信装置およびその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の通信装置がリング状の差動シリアル伝送路を介して接続された通信システムにおいて、データ転送に関与しない通信装置の消費電力を低減し、また、複数の通信装置を中継する際のレイテンシを削減させる。
【解決手段】シリアル受信データを受信パケットへの変換前にバイパスさせたシリアルバイパスデータとシリアル送信データとを選択的に差動シリアル伝送路へ出力するバイパス制御手段とを含み、データ転送に関与しない通信装置を、シリアルデータの段階でバイパス出力させるバイパスモードに移行させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、差動シリアル伝送路を介してリング状に接続された複数の通信装置を含む通信システム、通信装置および通信装置間の通信方法に関する。

近年の半導体微細化・高速化技術の進展に伴って、機器間あるいは機器内に搭載されるLSI間で通信するデータ量は益々増加傾向にあるが、その一方で、パッケージコストに影響するLSIの端子（パッド）数には厳しい制約がある。そこで、より少ないLSI端子数で高速なデータ通信を実現するために差動シリアル伝送を採用したインタフェース規格が広く普及している。一般に、差動シリアル伝送路ではバス接続が困難であり、複数の通信装置を接続するためのトポロジとしてはリングが挙げられる。リングトポロジにおいて、データの発信元と宛先との間に接続されて中継局となる通信装置は、中継処理のために常にアクティブである必要がある。このような中継局における消費電力を削減するため、中継処理に不要なプロトコル処理部（ＬＩＮＫ層）をインアクティブとしたバイパスモードに移行させる従来技術（特許文献１）が開示されている。
特開２００５−０６５２１６号公報

従来技術（特許文献１）における送受信処理部（物理層）は、伝送路の入力から各種受信処理によって受信データを生成した後にバイパス判定を行い、その受信データをバイパスして再び伝送路に出力するには各種送信処理も必要となる。このように、送受信処理部（物理層）の最も後段でバイパスする構成であるため、バイパスモードにおける送受信処理部（物理層）の消費電力が削減できない。また、バイパスモードにおいても各種送受信処理が常に必要なため、レイテンシが大きくなる課題がある。

上記の課題を解決するために、第１の発明による通信システムは、
複数の通信装置が差動シリアル伝送路を介してリング状に接続され、
前記通信装置のそれぞれは、
所定のプロトコルに基づいて受信パケットの解釈および送信パケットの生成を行うプロトコル処理手段と、
前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力したシリアル受信データを、前記受信パケットに変換してから前記プロトコル処理手段に受け渡すとともに、前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換してから前記差動シリアル伝送路を介して後段の通信装置に出力する送受信処理手段と
を備えた通信システムであって、
前記送受信処理手段は、
前記シリアル受信データを前記受信パケットへの変換前にバイパスさせたシリアルバイパスデータと前記シリアル送信データとを選択的に前記差動シリアル伝送路へ出力するバイパス制御手段とを含むことを特徴とする。

これにより、伝送路から入力したシリアルデータを直接バイパス出力することができるため、従来技術におけるバイパスモードの課題を解決し得る。

そして、第２の発明は、第１の発明の通信システムであって、
前記バイパス制御手段は、
受信パケット処理に応じて前記プロトコル処理手段で生成されたバイパス設定信号を受けて前記シリアルバイパスデータの出力を選択したバイパスモードに移行させ、前記差動シリアル伝送路の特殊ステートを検出して生成したバイパス解除信号を受けて前記シリアル送信データを選択した通常出力モードに復旧することを特徴とする。

これにより、バイパスモードに移行した通信装置は、受信データを生成することなく当該バイパスモードから復旧することができる。

また、第３の発明は、第２の発明の通信システムであって、
前記プロトコル処理手段は、
前記受信パケットとして自装置宛のデータ転送コマンドを受けると、当該コマンドの発信元を宛先としたレスポンスを前記送信パケットとして発行し、
前記受信パケットとして自装置宛の前記レスポンスを受けると、前記コマンドで指示されたデータ転送を開始し、
前記受信パケットとして他装置宛の前記コマンドあるいは前記レスポンスを受けると、後続の他装置に中継するとともに前記バイパス設定信号をアサートすることを特徴とする。

これにより、データ転送に関与しない通信装置を速やかにバイパスモードに移行させることができる。

また、第４の発明は、第２の発明の通信システムであって、
前記プロトコル処理手段は、
前記受信パケットとしてバイパス設定パケットを受けると、当該バイパス設定パケットを後続の他装置に中継処理するとともに、実行中のコマンドの有無に応じて前記バイパス設定信号をアサートすることを特徴とする。

複数のコマンドを同時実行する通信システムにおいては、第１のコマンドでは中継局となる通信装置も第２のコマンドの発信元や宛先となる場合があるので、これにより、任意のタイミングで不要な通信装置をバイパスモードに移行させることができる。

また、第５の発明は、第４の発明の通信システムであって、
前記バイパス設定パケットは、バイパスフラグを含む他装置宛の前記コマンドあるいは前記レスポンスである
ことを特徴とする。

これにより、専用のバイパス設定パケットを発行することなく、第４の発明と同様の効果が得られる。

また、第６の発明は、第２の発明の通信システムであって、
前記バイパス制御手段は前記バイパス解除信号として、
前記差動シリアル伝送路への出力差動信号を差動Ｈｉｇｈまたは差動Ｌｏｗ以外の特殊ステートとし、
リング状の前記差動シリアル伝送路を一巡させた当該特殊ステートを所定の期間検出するまで継続させることを特徴とする。

これにより、リング状に接続された差動シリアル伝送路のみを用いて、全ての通信装置にバイパスモードからの復旧を通知することができ、かつ、バイパス解除信号の誤検出を抑制することができる。

また、第７の発明は、第２の発明の通信システムであって、
前記送受信手段はさらに、
前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する差動レシーバと、
外部から入力するリファレンスクロックおよび前記シリアル受信データに基づいてデータクロックを生成するデータクロック生成手段と、
前記シリアル受信データを前記受信パケットに変換して前記プロトコル処理手段に受け渡す受信データ変換手段と、
前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換する送信データ変換手段と、
前記シリアル送信データを後段の通信装置に出力するためのドライバを含み、
前記送受信処理手段は前記バイパスモードに移行すると、
少なくとも前記差動レシーバ、前記ドライバおよび前記バイパス制御手段をアクティブとしてバイパス出力を維持し、
前記データクロック生成手段についてもアクティブとしてデータクロックの周波数同期を維持した同期スタンバイステートとなることを特徴とする。

これにより、バイパスモードで不要な回路ブロックの消費電力を削減しつつ、復旧時にはデータクロックの生成が不要となり、高速な復旧が可能となる。

また、第８の発明は、第２の発明の通信システムであって、
前記送受信手段はさらに、
前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する差動レシーバと、
外部から入力するリファレンスクロックおよび前記シリアル受信データに基づいてデータクロックを生成するデータクロック生成手段と、
前記シリアル受信データを前記受信パケットに変換して前記プロトコル処理手段に受け渡す受信データ変換手段と、
前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換する送信データ変換手段と、
前記シリアル送信データを後段の通信装置に出力するための差動ドライバを含み、
前記送受信処理装置は前記バイパスモードに移行すると、
少なくとも前記差動レシーバ、前記差動ドライバおよび前記バイパス制御手段をアクティブとしてバイパス出力を維持し、
前記データクロック生成手段についてはインアクティブとしてデータクロックの周波数同期を維持しない非同期スタンバイステートとなることを特徴とする。

これにより、バイパスモードにおいて更なる消費電力を削減できる。

また、第９の発明は、第８の発明における通信システムであって、
前記バイパスモードに移行して前記非同期スタンバイステートとなった前記送受信処理手段は、
前記データクロック生成手段をさらにアクティブとした同期スタンバイステートを経由して前記バイパスモードから復旧することを特徴とする。

これにより、バイパスモードで非同期スタンバイステートとなった通信装置は、復旧時にデータクロックの周波数生成が完了するまでの期間、余分な回路ブロックを動作させる必要がないため消費電力を削減できる。

また、第１０の発明は、第２の発明の通信システムであって、
前記送受信手段はさらに、
前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する差動レシーバと、
外部から入力するリファレンスクロックおよび前記シリアル受信データに基づいてデータクロックを生成するデータクロック生成手段と、
前記シリアル受信データを前記受信パケットに変換して前記プロトコル処理手段に受け渡す受信データ変換手段と、
前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換する送信データ変換手段と、
前記シリアル送信データを後段の通信装置に出力するためのドライバを含み、
前記送受信処理装置は前記バイパスモードに移行すると、
少なくとも前記差動レシーバ、前記ドライバおよび前記バイパス制御手段をアクティブとしてバイパス出力を維持するとともに、
前記データクロック生成手段をアクティブとした同期スタンバイステート、あるいはインアクティブとした非同期スタンバイステートへ選択的に遷移することを特徴とする。

これにより、バイパスモードへの移行時に、復旧に要する時間と消費電力のトレードオフを考慮して選択的に同期スタンバイステートか非同期スタンバイステートに遷移することができる。

また、第１１の発明は、第１０の発明の通信システムであって、
前記プロトコル処理手段は、
データ転送のサイズが所定のしきい値より小さい場合にセットする同期スタンバイフラグを含む前記バイパス設定信号を生成し、
前記送受信処理手段は、
前記バイパス設定信号を受けて前記バイパスモードに移行する際に、
前記同期スタンバイフラグに応じて前記同期スタンバイステートか前記非同期スタンバイステートに遷移することを特徴とする。

これにより、比較的小さなサイズのデータ転送では、より復旧が高速な同期スタンバイステート、比較的大きなサイズのデータ転送では、より消費電力が小さい非同期スタンバイステートというように、効果的なスタンバイステートに遷移できる。

また、第１２の発明は、第１０の発明の通信システムであって、
前記送受信処理装置は前記バイパスモードに移行すると、
前記同期スタンバイステートを所定の期間継続した後に前記非同期スタンバイステートに遷移することを特徴とする。

これにより、バイパスモードへの移行時に、最初は復旧が高速な同期スタンバイステートに遷移して、それが比較的長期間継続されると消費電力の小さい非同期スタンバイステートに遷移することができ、復旧に時間のかかる非同期スタンバイが不要に選択されることを抑制できる。

また、本願に係る発明は、
複数の通信装置が差動シリアル伝送路を介してリング状に接続され、
前記通信装置のそれぞれは、
所定のプロトコルに基づいて受信パケットの解釈および送信パケットの生成を行うプロトコル処理ステップと、
前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力したシリアル受信データを、前記受信パケットに変換してから前記プロトコル処理ステップに受け渡すとともに、前記プロトコル処理ステップで生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換してから前記差動シリアル伝送路を介して後段の通信装置に出力する送受信処理ステップと
を備えた通信方法であって、
前記送受信処理ステップは、
前記シリアル受信データを前記受信パケットへの変換前にバイパスさせたシリアルバイパスデータと前記シリアル送信データとを選択的に前記差動シリアル伝送路へ出力するバイパス制御ステップとを含むことを特徴とする通信方法にも向けられており、これらについても、上記通信システムおよび通信装置の発明と同様のステップにより課題を解決する。

本発明によると、リング状の差動シリアル伝送路を介して接続された複数の通信装置間でデータ転送を行う際に、中継局となる通信装置の消費電力や、中継処理に要するレイテンシの削減を実現する通信システム、通信装置およびその通信方法を提供することができる。

以下、本発明に係る通信装置について、図面を用いて説明する。

＜実施形態＞
＜構成＞
図１には、本発明の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す。

本実施形態における複数の通信装置（１００aから１００ｄ）は、それぞれプロトコル処理手段（ＰＲＯＴ）（１０１ａ〜１０１ｄ）および送受信処理手段（ＰＨＹ）（１０２ａ〜１０２ｄ）を備える。それら各通信装置がリング状の差動シリアル伝送路（１０３）によって接続されている。各通信装置１００におけるプロトコル処理手段１０１は、所定のプロトコルに基づいて他の通信装置から入力した受信パケットの解釈や、他の通信装置に対して出力する送信パケットの生成を行う。送受信処理手段１０２は、リング状の差動シリアル伝送路１０３を介して前段の通信装置から入力したシリアル受信データを、受信パケットに変換してプロトコル処理手段１０１に受け渡す。さらに、プロトコル処理手段１０１で生成された送信パケットを、シリアル送信データに変換して差動シリアル伝送路１０３を介して後段の通信装置に出力する。ここで、各通信装置間１００で交換されるパケットは宛先フィールドを含む。それぞれのプロトコル処理手段１０１は受信パケットの宛先フィールドが他装置宛を示す場合、その受信パケットを送信パケットとしてリング後段の通信装置に受け渡す中継処理を行う。このように、発信元と宛先の間の通信装置が中継局となることで、任意の通信装置間のパケット交換が実現できる。

本実施形態におけるパケットフォーマットは、例えば図２（ａ）に示すように、ヘッダ２００とペイロード２０１を含む。ヘッダ２００はさらに、パケットタイプ（ＴＹＰＥ）２０２、上記宛先フィールドとしての宛先ＩＤ（ＤＩＤ：Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＩＤ）２０３、発信元ＩＤ（ＳＩＤ：Ｓｏｕｒｃｅ ＩＤ）２０４、トランザクションＩＤ（ＴＩＤ：Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ＩＤ）２０５を含む。パケットタイプ２０２は、データ転送の開始要求であるコマンドパケットや、それに対して発行されるレスポンスパケット、実データを含むデータパケット、あるいは伝送路を介して他の通信装置を制御するための制御パケットのようなパケットの種類を示す。ペイロード２０１はパケットタイプ２０２に依存した異なるフィールドを含む。例えば、図２（ｂ）に示すコマンドパケットのペイロードは、データ転送の種別（Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ）を含むフラグ２０６、データ転送開始アドレス２０７、データ転送サイズ２０８等を含む。図２（ｃ）に示すレスポンスパケットのペイロードは、コマンド受付の成否を示すNACK（Negative Acknowledge）フラグ２０９、コマンドエラー時のエラーコード２１０等を含む。図２（ｄ）に示すデータパケットのペイロードは、データ転送の実データ２１１等を含む。

宛先ＩＤ２０３や発信元ＩＤ２０４は、各通信装置に割り当てられたデバイスＩＤ（図１の場合“０”から“３”）で指定し、リング接続できる通信装置の総数はこれらのフィールド長により制約される。また、各通信装置間のマスタとスレーブの関係が固定的な通信システムにおいては、必ずしも発信元ＩＤ２０４を必要としない。これは、データ転送を開始するためのコマンドはマスタから、レスポンスはスレーブから、リード時のデータパケットはスレーブから、ライト時のデータパケットはマスタからというように、発信元が一意であるためである。

また、一組の通信装置間で複数のコマンドを発行（コマンドキューイング）し、同時に複数のデータ転送（トランザクション）を実行する場合、宛先ＩＤ２０３や発信元ＩＤ２０４によってそれらトランザクションを識別できない。よって、トランザクションＩＤ２０５が必要となる。

このように、パケットフォーマットはシステムの規模やプロトコル等に応じて異なる構成が考えられるが、本発明のパケットフォーマットは、データ転送を行うパケットに宛先フィールドを含むこと以外、特定のフォーマットに限定されない。

次に、図３を参照して本実施形態における通信装置１００の詳細な構成を説明する。通信装置３００は、上述したように送受信処理手段（ＰＨＹ）３０１とプロトコル処理手段（ＰＲＯＴ）３０２とを含む。送受信処理手段３０１は、差動レシーバ３０３と、クロックデータリカバリ（ＣＤＲ：Ｃｌｏｃｋ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）回路３０５と、受信データ変換手段３０６とによって受信処理を行う。差動レシーバ３０３は、差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する。ＣＤＲ回路３０５は、外部のクロックソース３０４から入力するリファレンス（基準）クロックとシリアル受信データに基づいて、データクロックの生成およびシリアル受信データの同期化を行う。受信データ変換手段３０６は、ＣＤＲ回路３０５からのシリアル受信データをプロトコル処理手段３０２が扱う受信パケットに変換する。

また、送受信処理手段３０１は、送信データ変換手段３０７と、バイパス制御手段３０９と、差動ドライバ３１０とによって送信処理を行う。送信データ変換手段３０７は、プロトコル処理手段３０２で生成された送信パケットをシリアル送信データに変換する。バイパス制御手段３０９は、そのシリアル送信データとバイパス経路３０８でシリアル受信データを分岐させたシリアルバイパスデータを選択的に出力する。差動ドライバ３１０は、差動シリアル伝送路を介して後段の通信装置に出力する。

ここで、全ての通信装置が電圧制御型水晶発振器(ＶＣＸＯ)のようなクロックソース304を備える必要は無い。図４では各通信装置（４００ａから４００ｄ）の送受信処理手段（ＰＨＹ）がクロックを中継可能な構成となっている。この場合、クロックソース４０１を有する通信装置４００ａから出力したリファレンスクロックを、データ転送用の差動シリアル伝送路４０１と並存させたクロック伝送路４０３を介して伝播させる共有クロック構成でもよい。

ＣＤＲ回路３０５に含まれるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路３１１は、このリファレンスクロックを所望のデータクロック周波数にまで逓倍するデータクロック生成を行う。一般にリング前段の通信装置から入力するシリアル受信データにはジッタ（時間軸方向のずれ）を含むので、ＣＤＲ回路３１１ではジッタ除去のためにデータクロックとシリアル受信データのエッジとの位相合わせを行う。ここで、差動シリアル伝送路上のシリアルデータとして“０”や“１”が連続するとデータのエッジを捉えることができない。そこで、所定の期間内に必ず“０”と“１”の遷移が発生するように、受信データ変換手段３０６と送信データ変換手段３０７において８Ｂ１０Ｂ方式のようなデータ変換を行う。

送信データ変換手段３０７におけるシンボルエンコード手段３１２は、プロトコル処理手段３０２から入力した送信パケットのそれぞれのバイト（８ビット）データを、１０ビットの８Ｂ１０Ｂシンボルに変換する。変換したシンボルをパラレル／シリアル変換手段３１３でシリアル送信データとする。ここで、８Ｂ１０Ｂ方式では、８ビットを１０ビットに変換する冗長性を活かして、通常のバイトデータを表現するＤコードの他に制御用の特殊なＫコードを利用できる。それらＫコードの一部はシンボル列の区切り位置を識別するためのコンマ符号として変換後のパケットの前後に付加される。受信データ変換手段３０６におけるシリアル／パラレル変換手段３１４は、シリアル受信データを１０ビットのパラレルデータに変換する。そして、上記のコンマ符号を検出するとシンボルデコード手段３１５で後続の８Ｂ１０Ｂシンボルをバイトデータに変換し、受信パケットとしてプロトコル処理手段３０２に出力する。

なお、ここでのデータ変換は８Ｂ１０Ｂ方式に限定されず、６４Ｂ６６Ｂ方式やその他の方式を採用してもよい。

また、プロトコル処理手段３０２におけるバイパス設定判定手段３１６は、バイパス制御手段３０９を通常出力モードからバイパスモードに移行させるバイパス設定信号を生成する。通常出力モードでは、バイパス制御手段３０９から差動ドライバ３１０への出力としてシリアル送信データを選択する。バイパスモードでは、バイパス経路３０８のシリアルバイパスデータを選択する。

反対に、送受信処理手段３０１におけるバイパス解除判定手段３１７は、バイパスモードから通常出力モードに復旧させるバイパス解除信号を生成する。

＜動作＞
以降においては、本実施形態に係る通信システム全体の動作について、図１および図３に示した実施形態の構成を参照しながら説明していく。図５には、本実施形態に係る通信システムに含まれる各通信装置の動作フローチャートを示す。

各通信装置は電源投入直後、パワーＯＮリセットステップ５００により通信装置全体がリセットされると、送受信処理手段３０１においてＰＬＬ回路３１１を用いたデータクロックの生成を開始する。リセット直後の送受信処理手段３０１はバイパスモードに設定されており、通信を開始する前にバイパス解除ステップ５０１において通常出力モードに復旧させる必要がある。

通信システム全体の初期化フローを管理する初期化マスタを通信装置０（１００ａ）とする。通信装置０（１００ａ）におけるバイパス制御手段３０９は、差動ドライバ３１０から出力する差動シリアルデータを、通常のデータ通信に用いる差動Ｌｏｗまたは差動Ｈｉｇｈ以外の、特殊ステートとする。その他の通信装置１〜３（１００ｂ〜１００ｃ）における送受信処理手段３０１の初期状態もバイパスモードであり、上記の特殊ステートもバイパス可能な構成とすると、リング状の差動シリアル伝送路１０３全体が特殊ステートに遷移する。各通信装置のそれぞれに備えたバイパス解除判定手段３１７は、このような特殊ステートが所定の期間継続するとバイパス解除信号を生成する。それによりバイパス制御手段３０９は送受信処理装置３０１全体をバイパスモードから通常出力モードに復旧させる。このようにして、通信システム内の全ての通信装置（１００ａから１００ｄ）のバイパスモードが解除される。

ここで、特殊ステートについて図６を用いて詳細に説明する。差動シリアル伝送路は、ＤＰとＤＮの２本の信号線（差動ペア）を同時に逆位相の信号として送信し、受信側ではそれらＤＰとＤＮの電位差（ＤＰ−ＤＮ）からデータのＬｏｗ、Ｈｉｇｈを判定する。図６（a）、（ｂ）および（ｃ）にはそれぞれＤＰ信号、ＤＮ信号、差動信号の遷移例を示す。ＤＰ信号がＬｏｗ（Ｖ↓ＤＬ）でＤＮ信号がＨｉｇｈ（Ｖ↓ＤＨ）となる期間（６００）は、それらの電位差が負の値となるので差動Ｌｏｗとして扱う。ＤＰ信号がＨｉｇｈでＤＮ信号がＬｏｗとなる期間（６０１）は、それらの電位差が正の値となるので差動Ｈｉｇｈとして扱う。

このように通常のデータ転送で用いるＬｏｗとＨｉｇｈを表現するために差動Ｌｏｗ（６００）と差動Ｈｉｇｈ（６０１）を用いる。一方で、２本の信号線でＬｏｗとＨｉｇｈの２値を伝送する冗長性を活かし、差動ペアを同位相の信号とした特殊ステート（６０２、６０３）や、いずれも中間電位（Ｖ↓ＣＭ）とした特殊ステート（６０４）も定義できる。あるいは出力信号線を電気的に切り離したハイインピーダンス状態を特殊ステートとしてもよい。なお、ここでは差動ペアをいずれもＬｏｗとした特殊ステート１（６０２）をバイパス解除信号の生成に用いることとする。

ここで、データクロック生成待ちステップ５０２は、パワーＯＮリセットステップ５００において開始したデータクロックの生成が完了してデータ転送可能な状態になるまで待つ。そして、デバイス列挙ステップ５０３において初期化マスタとなる通信装置が各通信装置にユニークなデバイスＩＤを割り当てて、リングに接続された通信装置の総数を検知する。デバイスＩＤ割り当てには、図２のパケットタイプ２０２における制御パケットとして定義したデバイス列挙パケットを用い、そのペイロード２０１にはデバイスＩＤフィールドを含むこととする。また、宛先ＩＤ２０３と発信元ＩＤ２０４のフィールド長をいずれも４ビットとすると、デバイスＩＤとして“０”から“１５”までの値を利用可能である。ここでは、通信システム内で初期化マスタとなる通信装置のデバイスＩＤを“０”とし、“１５”は通信システム内の全ての通信装置を宛先とするブロードキャストを行うための特別なデバイスＩＤとして用いることとする。

初期化マスタとなる通信装置１００ａはデバイス列挙ステップ５０３において、自らのデバイスＩＤである“０”をデバイスＩＤフィールドに含め、宛先ＩＤをブロードキャスト用の“１５”としたデバイス列挙パケットを生成する。通信装置１００ａは、生成したデバイス列挙パケットを差動シリアル伝送路１０３に出力し、再びそのデバイス列挙パケットを受信するまで待機状態となる。

そして、その他の通信装置（１００ｂから１００ｄ）におけるデバイス列挙ステップ５０３では、受信したデバイス列挙パケットのデバイスＩＤフィールドをインクリメントした値を自らのデバイスＩＤとする。そして、再度デバイス列挙パケットを生成してリング後段の通信装置に転送する。

このようにして、全ての通信装置にデバイスＩＤを割り当てると、初期化マスタの通信装置100ａは、リング最後段の通信装置１００ｄのデバイスＩＤ（“３”）を含むデバイス列挙パケットを入力することになる。通信装置100ａは、自らの他に３つの通信装置が接続されていることを検知できる。

上記のような初期化ステップ（５００から５０３）が完了すると、各通信装置はパケット送受信待ちステップ５０４となる。データ転送の準備ができるとコマンド・レスポンスハンドシェークステップ５０５にてコマンドパケットを発行し、宛先ＩＤ２０３で指定した通信装置からのレスポンスパケットを正しく受信してハンドシェークが成立するまで待つ。そして、レスポンスパケットを受信すると、コマンドパケットで設定したペイロードの内容に応じてデータの送受信を行う（５０６）。

また、パケット送受信待ちステップ５０４において他の通信装置からのパケットを受信すると、宛先ＩＤ２０３により受信パケットが自装置宛かの判定を行う（５０７）。自装置宛であればパケット解釈ステップ５０８において受信パケットのパケットタイプ２０２を判定する。それがコマンドパケットであればペイロード２０１に含まれるＲ／Ｗフラグ２０６、データ転送開始アドレス２０７、データ転送サイズ２０８を解釈してデータ転送の準備を行う。その後、コマンドパケットの発信元ＩＤ２０４を宛先ＩＤ２０３としたレスポンスパケットを送信する。そして、そのようなコマンド・レスポンスのハンドシェーク成立後にコマンド発信元の通信装置とのデータ送受信を開始する（５０９）。

また、宛先判定ステップ５０７において受信パケットが他装置宛と判定された場合は、その受信パケットを送信パケットとしてリング後段の通信装置に中継処理する（５１０）。

ここで、各通信装置が同時に１つのコマンドのみ発行可能であるとする。他装置宛のコマンドパケットを受信した場合、そのコマンドパケットの宛先はリング後段の通信装置であり、自装置はそのコマンドパケットで起動されるデータ転送に関与しないことになる。また、他装置宛のレスポンスパケットを受信した場合も、リング前段の通信装置を宛先とするコマンドパケットが発行されていたことを示し、自装置は後続のデータ転送に関与しない。このように、バイパス設定判定ステップ５１１では、他装置宛のコマンドパケットかレスポンスパケットを受信することで自装置が後続のデータ転送に関与しないと判定する。そして、バイパス設定信号を生成して送受信処理手段３０１をバイパスモードに移行させる。そして、それ以降はバイパスモードが解除されるまで、バイパス経路３０８を用いてシリアルデータのバイパス出力を行う（５１２）。

ここで、初期化におけるデバイス列挙ステップ５０３で用いるデバイス列挙パケットは、宛先ＩＤ２０３としてブロードキャストを示す“１５”が設定されている。従って、宛先判定ステップ５０７において自装置宛として受信するとともにリング後段の装置宛にも中継することになる。パケット解釈ステップ５０８でデバイス列挙パケットを検出すると、上述したように、そのペイロード２０１に含むデバイスＩＤをインクリメントさせて自装置のデバイスＩＤとする。パケット中継ステップ５１０では、インクリメント後の自装置のデバイスＩＤを含めたデバイス列挙パケットをリング後段の通信装置に中継する。ここで、コマンド送信を行ってデータ転送のマスタとなった通信装置は、データ送受信ステップ５０６が完了すると、必要に応じてバイパスモードに移行した通信装置を通常出力モードに復旧させる（５１３）。このバイパス解除ステップ５１３は、初期化におけるバイパス解除ステップ５０１と同様である。データ転送のマスタとなった通信装置が差動シリアル伝送路の差動ペア信号をいずれもＬｏｗとした特殊ステート（６０２）とする。バイパス解除判定手段３１７でそれを所定の期間検出することで、バイパス解除信号を生成して通常出力モードに復旧させる。

バイパス設定判定ステップ５１１でバイパスモードに移行した通信装置の送受信処理手段３０１は、バイパス出力を維持し、そこからの復旧タイミングを検知するための差動レシーバ３０３、バイパス経路３０８、バイパス制御手段３０９、差動ドライバ３１０およびバイパス解除判定手段３１７のみが動作状態であればよい。このため、消費電力削減のために不要な回路ブロックを停止させたスタンバイステートとすることができる。なお、スタンバイステートにおけるプロトコル処理手段３０２は、従来技術と同様に動作不要であるため停止させることができる。また、スタンバイステートにおいて、データクロック生成を行うＰＬＬ回路３１１を停止させた場合、バイパス解除後には初期化における５０２と同様のデータクロック生成待ちステップ５１４が必要となる。各通信装置は、データの送受信を完了し、必要に応じてバイパス解除を行った後、通信を継続するか判定し（５１５）、継続する場合は再びパケット送受信待ちステップ５０４に戻る。

図７は、図１に示す本実施形態における通信システム全体の動作シーケンスである。通信装置０（１００ａ）の送信処理側（Ｔｘ）から、リング状の差動シリアル伝送路１０３を介して接続された通信装置１から３（１００ｂから１００ｄ）までの受信処理側（Ｒｘ）と送信処理側（Ｔｘ）を経て、再び通信装置０（１００ａ）の受信処理側（Ｒｘ）に入力するまでの処理内容を示す。

各通信装置は図５のフローチャートに従って動作し、初期化マスタとなる通信装置０（１００ａ）は電源投入直後のリセット状態におけるバイパスモードを解除するため、差動シリアル伝送路１０３を特殊ステートとする。そして、バイパス解除後はデータ転送を開始するためにデータクロック生成の完了を待ち、完了するとデバイス列挙パケットを巡回させて全ての通信装置にデバイスＩＤを割り当てる。このようにして初期化が終わると、通信装置０（１００ａ）がデータ転送のマスタとなり、送信処理側（Ｔｘ）から通信装置２（１００ｂ）を宛先としたライトコマンドパケットを発行する。

通信装置１（１００ｂ）の受信処理側（Ｒｘ）がそれを受けると宛先判定を行い、自装置宛ではないので中継処理で送信処理側（Ｔｘ）から出力し、他装置宛のコマンドを中継したのでバイパスモードに移行する。

通信装置２（１００ｃ）の受信処理側（Ｒｘ）はそのライトコマンドを受けると、自装置宛のコマンドであるためデータ転送の準備を行い、発信元の通信装置０（１００ａ）を宛先とするレスポンスパケットを送信処理側（Ｔｘ）から出力する。

通信装置３（１００ｄ）の受信処理側（Ｒｘ）はそのレスポンスパケット受けると、他装置宛のレスポンスであるためその中継処理後にバイパスモードに移行し、消費電力を抑制したスタンバイステートとなる。

そして、通信装置０（１００ａ）の受信処理側（Ｒｘ）はそのレスポンスを受信すると、通信装置２（１００ｃ）宛のライトデータの送信を開始する。通信装置１（１００ｂ）はシリアルデータレベルのバイパス出力を行って低レイテンシで通信装置２（１００ｃ）にデータを転送する。そして、それらデータ転送が完了すると、再び差動シリアル伝送路１０３を特殊ステートとして通信装置１（１００ｂ）と通信装置３（１００ｄ）のバイパスモードを解除する。その結果、データクロックの生成を停止させていた通信装置１（１００ｂ）と通信装置３（１００ｄ）のデータクロック生成を行う。このようにして、再び全ての通信装置がデータ転送（あるいはコマンドパケットの送受信）可能な状態となる。

＜複数コマンド実行時の動作＞
次に、同時に複数のコマンドを実行可能な通信装置の動作フローチャートは、図５と同様である。ただし、コマンド・レスポンスハンドシェークステップ５０５では同時に２つ以上のコマンドを発行でき、第一のコマンドに対するレスポンスを受信後には、第二のコマンドを発行できる。データ送受信ステップ５０６はそれら第一と第二のコマンドで起動されたデータ転送を同時に実行可能である。同様に、パケット解釈ステップ５０８についても２つ以上のコマンドを受信して、それぞれに対するレスポンスを発行可能である。

また、図７で例示した通信システムにおける各通信装置は、バイパス設定判定ステップ５１１において他装置宛のコマンドパケットかレスポンスパケットを受けると、バイパス設定信号を生成してバイパスモードに移行していた。しかしながら、同時に複数のコマンド発行が可能な通信システムの場合、第一のコマンドによるデータ転送に関与しない通信装置も、後続の第二のコマンドによるデータ転送に関与することが考えられる。このため、他装置宛のコマンドパケットかレスポンスパケットを受けた時点で即座にバイパスモードに移行するのは都合が悪い。そこで、図２に示すパケットフォーマットにおける制御パケットとしてバイパス設定パケットを新たに定義し、その宛先ＩＤ２０３は“１５”として全ての通信装置にブロードキャストさせることとする。バイパス設定判定ステップ５１１は、このようなバイパス設定パケットを受けると、自装置を宛先あるいは発信元とした実行中のコマンドが無ければバイパス設定信号をアサートしてバイパスモードに移行させる。

また、上記のバイパス設定パケットは専用の制御パケットとしているが、これに限らない。例えば、コマンドパケットのペイロード（図２（ｂ））やレスポンスパケットのペイロード（図２（ｃ））の空き（予約）領域に、バイパスフラグフィールドを確保する。データ転送を開始する前の最後のコマンド発行時にバイパスフラグを設定し、レスポンス発行時にはそのバイパスフラグをコピーして設定する。このようにして、専用のバイパス設定パケットは不要となる。

図８には、本発明に係る通信システムにおいて、同時に複数のコマンド実行を行う場合の動作シーケンスを示す。ここで、初期化は図７の動作シーケンスと同様なため省略し、データ転送から記載している。

まず、データ転送のマスタとなる通信装置０（１００a）から通信装置３（１００d）を宛先とするリードコマンドパケットを発行する。そして、通信装置１（１００ｂ）は受信したリードコマンドパケットの宛先判定を行い、自装置宛では無いため中継処理で通信装置２（１００ｃ）に受け渡す。同様に、通信装置２（１００ｃ）を経由して通信装置３（１００ｄ）でリードコマンドを受信すると、コマンド発信元の通信装置０（１００ａ）にレスポンスを送信する。そして、通信装置０（１００ａ）がそれを受けてリードコマンドのハンドシェークが成立する。

次に、通信装置０（１００ａ）は通信装置２（１００ｃ）宛のライトコマンドを発行するが、これをデータ転送開始前の最後のコマンドとしてバイパスフラグを設定する。通信装置１（１００ｂ）は、それを受けると他装置宛のためパケット中継ステップ５１０でリング後段の通信装置２（１００ｃ）に中継する。バイパス設定判定ステップ５１１では、自装置を宛先あるいは発信元とする実行中のコマンドが無いためバイパスモードに移行する。

通信装置２（１００ｃ）は、ライトコマンドを受けると自装置宛なのでそれを受信し、コマンド発信元の通信装置０（１００ａ）に対してバイパスフラグを設定したレスポンスパケットを発行する。

通信装置３（１００ｄ）は、そのバイパスフラグを設定したレスポンスパケットを受けるが、既にリードコマンドを受信済みのため、バイパスモードには移行しない。このようにして、バイパスフラグを設定したライトコマンドのハンドシェークが終わると、それまでに発行したリードコマンドおよびライトコマンドで指示したデータ転送を開始する。そのデータ転送が完了すると、図７と同様に、データ転送のマスタである通信装置０（１００ａ）が差動シリアル伝送路１０３を特殊ステートとしてバイパス解除を行う。

ここで、図７を用いて説明した通信システムにおいて、バイパスモードに移行した送受信処理手段３０１は、バイパス出力を維持し、そこからの復旧タイミングを検知するための差動レシーバ３０３、バイパス経路３０８、バイパス制御手段３０９、差動ドライバ３１０およびバイパス解除鑑定手段３１７のみをアクティブとしたスタンバイステートとしていたが、これに限らない。バイパス解除後のデータクロック生成には、比較的長い（数１００μｓｅｃからｍｓｅｃオーダーの）周波数同期時間を要することがある。このため、ＰＬＬ回路３１１についても動作状態としてデータクロック生成を維持したスタンバイステートとしてもよい。

以下では、このようにＰＬＬ回路３１１を動作状態としてデータクロック生成を維持したスタンバイステートを同期スタンバイステート、また、ＰＬＬ回路３１１を停止させたスタンバイステートを非同期スタンバイステートと呼ぶこととする。

バイパスモードの送受信処理手段３０１は、上記の同期スタンバイモードと非同期スタンバイモードのいずれにも遷移可能な場合、次のように処理してもよい。例えば、コマンドで指定したデータ転送サイズ２０８のサイズが所定のしきい値より大きければ、データ転送に要する時間に比べてデータクロック生成に要する時間が無視できるとして非同期スタンバイに遷移させてもよい。また、所定のしきい値以下であればより高速に復旧するために同期スタンバイステートに遷移させてもよい。

あるいは、無条件で同期スタンバイステートに遷移させた後、所定の期間が経過することでより消費電力の小さい非同期スタンバイステートに遷移させてもよい。

また、バイパスモード移行時に非同期スタンバイステートに遷移させた場合、そのバイパス解除後は、全回路ブロックを一斉に動作状態に復旧させてもよい。しかし、比較的長期間を要するデータクロック生成中に、データ転送用の受信データ変換手段３０６や送信データ変換手段３０７を動作状態にするのは無駄である。そこで、同期スタンバイステートでデータクロック生成の完了後に全回路ブロックを動作状態に復旧させてもよい。

本発明は、複数の通信装置がリング状の差動シリアル伝送路を介して接続された通信システムにおいて、データ転送に関与しない通信装置の消費電力を低減し、また、複数の通信装置を中継する際のレイテンシを削減できる特徴を有し、機器間あるいは機器内の機能ブロック間で効率的なデータ転送を行う通信システムに適用でき、有用である。

実施形態に係る通信システムの全体ブロック図 実施形態に係る通信装置間で交換されるパケットフォーマット例を示す図 実施形態に係る通信装置の詳細構成を示すブロック図 実施形態に係る共有クロック方式の通信システムを示す全体ブロック図 実施形態に係る通信装置の動作フローチャート 実施形態に係る差動シリアル伝送路の特殊ステートを説明する図 実施形態に係る通信システムの全体動作シーケンスを示す図 実施形態に係る通信システムにおいて複数コマンド実行を行う場合の動作シーケンスを示す図

３００ 通信装置
３０１ 送受信処理手段（ＰＨＹ）
３０２ プロトコル処理手段（ＰＲＯＴ）
３０３ 差動レシーバ
３０４ クロックソース
３０５ クロックデータリカバリ（ＣＤＲ）回路
３０６ 受信データ変換手段
３０７ 送信データ変換手段
３０８ バイパス経路
３０９ バイパス制御手段
３１０ 差動ドライバ
３１１ ＰＬＬ回路
３１２ シンボルエンコード手段
３１３ パラレル／シリアル変換手段
３１４ シリアル／パラレル変換手段
３１５ シンボルデコード手段
３１６ バイパス設定判定手段
３１７ バイパス解除判定手段

Claims (14)

1. 複数の通信装置が差動シリアル伝送路を介してリング状に接続され、
   前記通信装置のそれぞれは、
   所定のプロトコルに基づいて受信パケットの解釈および送信パケットの生成を行うプロトコル処理手段と、
   前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力したシリアル受信データを、前記受信パケットに変換してから前記プロトコル処理手段に受け渡すとともに、前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換してから前記差動シリアル伝送路を介して後段の通信装置に出力する送受信処理手段と
   を備えた通信システムであって、
   前記送受信処理手段は、
   前記シリアル受信データを前記受信パケットへの変換前にバイパスさせたシリアルバイパスデータと前記シリアル送信データとを選択的に前記差動シリアル伝送路へ出力するバイパス制御手段とを含む
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記バイパス制御手段は、
   受信パケット処理に応じて前記プロトコル処理手段で生成されたバイパス設定信号を受けて前記シリアルバイパスデータの出力を選択したバイパスモードに移行させ、前記差動シリアル伝送路の特殊ステートを検出して生成したバイパス解除信号を受けて前記シリアル送信データを選択した通常出力モードに復旧する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記プロトコル処理手段は、
   前記受信パケットとして自装置宛のデータ転送コマンドを受けると、当該コマンドの発信元を宛先としたレスポンスを前記送信パケットとして発行し、
   前記受信パケットとして自装置宛の前記レスポンスを受けると、前記コマンドで指示されたデータ転送を開始し、
   前記受信パケットとして他装置宛の前記コマンドあるいは前記レスポンスを受けると、後続の他装置に中継するとともに前記バイパス設定信号をアサートする
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記プロトコル処理手段は、
   前記受信パケットとしてバイパス設定パケットを受けると、当該バイパス設定パケットを後続の他装置に中継処理するとともに、実行中のコマンドの有無に応じて前記バイパス設定信号をアサートする
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
5. 前記バイパス設定パケットは、バイパスフラグを含む他装置宛の前記コマンドあるいは前記レスポンスである
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記バイパス制御手段は前記バイパス解除信号として、
   前記差動シリアル伝送路への出力差動信号を差動Ｈｉｇｈまたは差動Ｌｏｗ以外の特殊ステートとし、
   リング状の前記差動シリアル伝送路を一巡させた当該特殊ステートを所定の期間検出するまで継続させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
7. 前記送受信手段はさらに、
   前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する差動レシーバと、
   外部から入力するリファレンスクロックおよび前記シリアル受信データに基づいてデータクロックを生成するデータクロック生成手段と、
   前記シリアル受信データを前記受信パケットに変換して前記プロトコル処理手段に受け渡す受信データ変換手段と、
   前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換する送信データ変換手段と、
   前記シリアル送信データを後段の通信装置に出力するための差動ドライバを含み、
   前記送受信処理手段は前記バイパスモードに移行すると、
   少なくとも前記差動レシーバ、前記差動ドライバおよび前記バイパス制御手段をアクティブとしてバイパス出力を維持し、
   前記データクロック生成手段についてもアクティブとしてデータクロックの周波数同期を維持した同期スタンバイステートとなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
8. 前記送受信手段はさらに、
   前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する差動レシーバと、
   外部から入力するリファレンスクロックおよび前記シリアル受信データに基づいてデータクロックを生成するデータクロック生成手段と、
   前記シリアル受信データを前記受信パケットに変換して前記プロトコル処理手段に受け渡す受信データ変換手段と、
   前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換する送信データ変換手段と、
   前記シリアル送信データを後段の通信装置に出力するための差動ドライバを含み、
   前記送受信処理装置は前記バイパスモードに移行すると、
   少なくとも前記差動レシーバ、前記差動ドライバおよび前記バイパス制御手段をアクティブとしてバイパス出力を維持し、
   前記データクロック生成手段についてはインアクティブとしてデータクロックの周波数同期を維持しない非同期スタンバイステートとなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
9. 前記バイパスモードに移行して前記非同期スタンバイステートとなった前記送受信処理手段は、
   前記データクロック生成手段をさらにアクティブとした同期スタンバイステートを経由して前記バイパスモードから復旧する
   ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記送受信手段はさらに、
    前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力するシリアル受信データを生成する差動レシーバと、
    外部から入力するリファレンスクロックおよび前記シリアル受信データに基づいてデータクロックを生成するデータクロック生成手段と、
    前記シリアル受信データを前記受信パケットに変換して前記プロトコル処理手段に受け渡す受信データ変換手段と、
    前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換する送信データ変換手段と、
    前記シリアル送信データを後段の通信装置に出力するための差動ドライバを含み、
    前記送受信処理装置は前記バイパスモードに移行すると、
    少なくとも前記差動レシーバ、前記差動ドライバおよび前記バイパス制御手段をアクティブとしてバイパス出力を維持するとともに、
    前記データクロック生成手段をアクティブとした同期スタンバイステート、あるいはインアクティブとした非同期スタンバイステートへ選択的に遷移する
    ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
11. 前記プロトコル処理手段は、
    データ転送のサイズが所定のしきい値より小さい場合にセットする同期スタンバイフラグを含む前記バイパス設定信号を生成し、
    前記送受信処理手段は、
    前記バイパス設定信号を受けて前記バイパスモードに移行する際に、
    前記同期スタンバイフラグに応じて前記同期スタンバイステートか前記非同期スタンバイステートに遷移する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記送受信処理装置は前記バイパスモードに移行すると、
    前記同期スタンバイステートを所定の期間継続した後に前記非同期スタンバイステートに遷移する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
13. 複数の通信装置が差動シリアル伝送路を介してリング状に接続され、
    前記通信装置のそれぞれは、
    所定のプロトコルに基づいて受信パケットの解釈および送信パケットの生成を行うプロトコル処理ステップと、
    前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力したシリアル受信データを、前記受信パケットに変換してから前記プロトコル処理ステップに受け渡すとともに、前記プロトコル処理ステップで生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換してから前記差動シリアル伝送路を介して後段の通信装置に出力する送受信処理ステップと
    を備えた通信方法であって、
    前記送受信処理ステップは、
    前記シリアル受信データを前記受信パケットへの変換前にバイパスさせたシリアルバイパスデータと前記シリアル送信データとを選択的に前記差動シリアル伝送路へ出力するバイパス制御ステップとを含む
    ことを特徴とする通信方法。
14. 複数の通信装置が差動シリアル伝送路を介してリング状に接続された通信システムに用いる通信装置であって、
    所定のプロトコルに基づいて受信パケットの解釈および送信パケットの生成を行うプロトコル処理手段と、
    前記差動シリアル伝送路を介して前段の通信装置から入力したシリアル受信データを、前記受信パケットに変換してから前記プロトコル処理手段に受け渡すとともに、前記プロトコル処理手段で生成された前記送信パケットを、シリアル送信データに変換してから前記差動シリアル伝送路を介して後段の通信装置に出力する送受信処理手段と、
    を備え、
    前記送受信処理手段は、
    前記シリアル受信データを前記受信パケットへの変換前にバイパスさせたシリアルバイパスデータと前記シリアル送信データとを選択的に前記差動シリアル伝送路へ出力するバイパス制御手段とを含む
    ことを特徴とする通信装置。

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