JP2014010613A - スイッチ装置およびデータ転送制御方法 - Google Patents

スイッチ装置およびデータ転送制御方法 Download PDF

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Abstract


【課題】簡易な構成で、リードアクセスのスループットの低下を防止することが可能なスイッチ装置およびデータ転送制御方法を提供する。
【解決手段】相互にデータ転送を行う第1ホストシステム100と第2ホストシステム200とを接続するスイッチ装置300は、出力バッファ320とバッファ制御部340とを備える。出力バッファ320は、第1ホストシステム100から第2ホストシステム200に対するデータの書き込み要求を示すライトパケット、または、第1ホストシステム100から第2ホストシステム200に対するデータの読み出し要求を示すリードリクエストパケットを一時的に記憶する。バッファ制御部340は、出力バッファ320内のライトパケット数が閾値以上の場合は、第1ホストシステム100からのライトパケット送信を停止させる制御を行う。
【選択図】図6

Description

本発明は、スイッチ装置およびデータ転送制御方法に関する。
従来、スイッチを介して複数のホスト間を接続し、一方のホストがマスタとなって、もう一方のホスト内のメモリに対してライト・リードアクセスすることで、ホスト間の双方向データ転送を行うシステムにおいて、ライトアクセスとリードアクセスが競合した場合にライトパケットが優先的に処理されて、リードアクセスのスループットが低下することを防ぐ技術が知られている。
例えば特許文献1には、複数のホスト間でのデータ転送において、リードパケットの転送のプライオリティがライトパケットより低い場合でも、リードパケットを遅延することなく相手先ホストへ届ける目的で、リードアクセスをライトパケットで実現する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、リードアクセス用のライトパケットの送受信機能(リードアクセス用のライトパケットを生成する機能も含む)や、受信したパケットを識別し、その識別結果によりリードアクセスを実行する機能などの特別な機能が必要となり、構成が複雑化するという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、リードアクセスのスループットの低下を防止することが可能なスイッチ装置およびデータ転送制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、相互にデータ転送を行う第1装置と第2装置とを接続するスイッチ装置であって、前記第1装置から前記第2装置に対するデータの書き込み要求を示す書き込み要求情報、または、前記第1装置から前記第2装置に対するデータの読み出し要求を示す読み出し要求情報を一時的に記憶する第1記憶部と、前記記憶部内の前記書き込み要求情報の数が閾値以上の場合は、前記第1装置からの前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行う制御部と、を備えるスイッチ装置である。
また、本発明は、第1装置と第2装置との間のデータ転送を制御するデータ転送制御方法であって、前記第1装置から前記第2装置に対するデータの書き込み要求を示す書き込み要求情報、または、前記第1装置から前記第2装置に対するデータの読み出し要求を示す読み出し要求情報を一時的に記憶する第1記憶部内の前記書き込み要求情報の数が閾値以上の場合は、前記第1装置からの前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行う制御ステップを含むデータ転送制御方法である。
本発明によれば、簡易な構成で、リードアクセスのスループットの低下を防止することができる。
図1は、実施形態のシステムの概略構成例を示すブロック図である。 図2は、実施形態のスイッチ装置内のバッファ構成例を模式的に示す図である。 図3は、ライトアクセスとリードアクセスが競合した場合におけるPCI−Express上のパケット送受信のタイミングの例を模式的に示す図である。 図4は、図3に示すタイミングでパケットが送信された場合の、実施形態のスイッチ装置内のバッファの状態を模式的に示す図である。 図5は、PCI−Expressにおける送信側と受信側のフロー制御の概要を模式的に示す図である。 図6は、実施形態のスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。 図7は、実施形態のスイッチ装置の動作例を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るスイッチ装置およびデータ転送制御方法の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本実施形態のシステム1の概略構成例を示すブロック図である。図1に示すように、システム1は、第1ホストシステム100と、第2ホストシステム200と、第1ホストシステム100と第2ホストシステム200とを接続するスイッチ装置300と、を備える。
本実施形態では、スイッチ装置300は、PCI−Expressスイッチであり、第1ホストシステム100とスイッチ装置300とを接続するバス、および、第2ホストシステム200とスイッチ装置300とを接続するバスの各々の規格はPCI−Expressである。ここでは、スイッチ装置300がPCI−Expressスイッチである例を挙げて説明するが、これに限られるものではない。要するに、スイッチ装置は、相互にデータ転送を行う第1装置と第2装置とを接続するものであればよい(見方を変えれば、スイッチ装置を介して、第1装置と第2装置との間のデータ転送が行われる形態であればよい)。
第1ホストシステム100は、CPU110と、チップセット120と、記憶装置130とを含む。CPU110と記憶装置130は、チップセット120を介して互いに接続される。この例では、チップセット120は、PCI−Expressのシステムを構成する要素であるルート・コンプレックス(Root Complex)である。第1ホストシステム100は、請求項の「第1装置」に対応する。
第2ホストシステム200は、CPU210と、チップセット220と、記憶装置230とを含む。CPU210と記憶装置230は、チップセット220を介して互いに接続される。この例では、チップセット220は、PCI−Expressのシステムを構成する要素であるルート・コンプレックス(Root Complex)である。第2ホストシステム200は、請求項の「第2装置」に対応する。
第1ホストシステム100から第2ホストシステム200へデータを転送する場合は、チップセット120が記憶装置130からデータを読み出し、PCI−Express経由で記憶装置230にデータを書き込むため、PCI−Expressスイッチであるスイッチ装置300に対しライトパケット(第2ホストシステム200に対するデータの書き込み要求を示す書き込み要求情報の一例)を送信する。ライトパケットを受信したスイッチ装置300は、未送信のパケットがバッファに残っている場合は、受信したパケットをバッファに格納し、未送信のパケットがバッファに残っていない場合は、受信したパケットをそのままチップセット220に対して送信する。パケットを受信したチップセット220は、記憶装置230にデータを書き込んで転送完了となる。
次に、第2ホストシステム200から第1ホストシステム100へデータを転送する場合は、チップセット120がPCI−Express経由で記憶装置230からデータを読み出すため、スイッチ装置300に対してリードリクエストパケット(第2ホストシステム200に対するデータの読み出し要求を示す読み出し要求情報の一例)を送信する。リードリクエストパケットを受信したスイッチ装置300は、未送信のパケットがバッファに残っている場合は、受信したパケットをバッファに格納し、未送信のパケットがバッファに残っていない場合は、受信したパケットをそのままチップセット220に対して送信する。パケットを受信したチップセット220は、記憶装置230からデータを読み出して、リードデータパケットとしてスイッチ装置300へ送信する。リードデータパケットを受信したスイッチ装置300は、未送信のパケットがバッファに残っている場合は、受信したパケットをバッファに格納し、未送信のパケットがバッファに残っていない場合は、受信したパケットをそのままチップセット120に対して送信する。パケットを受信したチップセット120は、記憶装置130へデータを書き込んで転送完了となる。
図2は、スイッチ装置300内のバッファ構成例を模式的に示す図である。図2に示すように、スイッチ装置300内のバッファは、入力バッファ310と出力バッファ320とを含む。入力バッファ310は、トランザクションごとに、Non−Posted Buffer311と、Posted Buffer312と、Completion Buffer313と、に分かれる。この例では、Non−Posted Buffer311には、主にリードリクエストパケットが格納され、Posted Buffer312にはライトパケットが格納される。出力バッファ320は、全てのトランザクションに共通となる。以下の説明では、Non−Posted Buffer311を、「第1入力バッファ311」と呼び、Posted Buffer312を「第2入力バッファ312」と呼ぶ場合がある。
図3は、第1ホストシステム100がマスタとなって、第2ホストシステム200へのライトアクセスとリードアクセスが競合した場合におけるPCI−Express上のパケット送受信のタイミングの例を模式的に示す図である。送信開始直後は、ライトパケットとリードリクエストパケットが同じように送信されるが、リードリクエストパケットは、その応答となるリードデータパケットが返ってくるまで送信元で保持しておく必要があるため、送信元のバッファサイズ分だけしかパケットを送信できない(図3の例では4個)。その後、リードリクエストパケットに対する応答のリードデータが送信元へ返ってくるまではライトパケットのみが送信され続ける。リードデータが戻ってくると、送信側のバッファが空いて次のリードリクエストが送信される。
図4は、図3に例示されたタイミングでパケットが送信された場合の、スイッチ装置300内のバッファの状態を模式的に示す図である。最初の数回のリードリクエストパケット受信後は、その後、リードリクエストパケットに対する応答のリードデータが返信されるまでライトパケットのみを連続で受信するため、出力バッファ320及び第2入力バッファ312(Posted Buffer)がライトパケットで埋まってしまい、その後に受信したリードリクエストパケットは第1入力バッファ311(Non−Posted Buffer)に格納され、出力バッファ320及び第2入力バッファ312(Posted Buffer)内のライトパケットを送信完了するまで、次のリードリクエストパケットを送信できなくなるため、リードアクセスのスループットが低下する。本実施形態のスイッチ装置300は、リードアクセスのスループットの低下を防止するために、出力バッファ320内のライトパケット数が閾値以上の場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行う。この詳細な内容については後述する。
図5は、PCI−Expressにおける送信側と受信側のフロー制御の概要を模式的に示す図である。受信側のデバイスは送信側のデバイスに対し、定期的にフロー制御パケットを発行する。このフロー制御パケットは、受信側の入力バッファにどの程度空きがあるかを通知するためのクレジット情報を含む。また、このフロー制御パケットは、パケットの種類(Posted,Non−Posted,Completion)ごとに発行され、パケットの種類を示す情報はフロー制御パケット内にDLLPタイプとして付加される。送信側は、このフロー制御パケットを確認して、受信側のバッファに空きがあればパケットを送信する。
図6は、本実施形態のスイッチ装置300の構成例を示すブロック図である。スイッチ装置300は、第1入力バッファ311と、第2入力バッファ312と、出力バッファ320と、入力リードパケットカウンタ331と、入力ライトパケットカウンタ332と、出力リードパケットカウンタ333と、出力ライトパケットカウンタ334と、バッファ制御部340と、フロー制御部350とを備える。
第1入力バッファ311は、上述のNon−Posted Bufferであり、第1ホストシステム100から送信されるリードリクエストパケットを一時的に格納する。第1入力バッファ311に格納されたリードリクエストパケットは出力バッファ320に順次入力される。第1入力バッファ311は、請求項の「第2記憶部」に対応する。
第2入力バッファ312は、上述のPosted Bufferであり、第1ホストシステム100から送信されるライトパケットを一時的に格納する。第2入力バッファ312に格納されたライトパケットは出力バッファ320に順次入力される。第2入力バッファ312は、請求項の「第3記憶部」に対応する。
出力バッファ320は、リードリクエストパケットまたはライトパケットを一時的に格納する。この例では、出力バッファ320は、請求項の「第1記憶部」に対応する。出力バッファ320に格納されたパケット(リードリクエストパケットまたはライトパケット)は順次に第2ホストシステム200へ送信される。
入力リードパケットカウンタ331は、第1入力バッファ311に格納されているリードリクエストパケットの数をカウントする。入力ライトパケットカウンタ332は、第2入力バッファ312に格納されているライトパケットの数をカウントする。出力リードパケットカウンタ333は、出力バッファ320に格納されているリードリクエストパケットの数をカウントする。出力ライトパケットカウンタ334は、出力バッファ320に格納されているライトパケットの数をカウントする。
バッファ制御部340は、上記各カウンタ(入力リードパケットカウンタ331、入力ライトパケットカウンタ332、出力リードパケットカウンタ333、出力ライトパケットカウンタ334)を監視して、ライトアクセスとリードアクセスが競合していて、かつ、バッファ(出力バッファ320)に格納されたライトパケットが、あらかじめ設定された制限値(閾値)以上である場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行う。
より具体的には以下のとおりである。まず、バッファ制御部340は、フロー制御部350に対して、ライトパケットの送信の停止(以下、「ライト抑止」と呼ぶ場合がある)を指示する。フロー制御部350は、通常時は、入力リードパケットカウンタ331及び入力ライトパケットカウンタ332の空き状態により、第1ホストシステム100に対してフロー制御パケットを送信するが、バッファ制御部340によりライト抑止を指示された場合は、そのときの入力ライトパケットカウンタ332の値に関係なく、バッファに空きがない状態であることを示すフロー制御パケットを、第1ホストシステム100へ送信する。バッファに空きがない状態であることを示すフロー制御パケットを受信した場合、第1ホストシステム100は、スイッチ装置300に対するライトパケットの送信を行わない。
以上のように、バッファ制御部340は、出力バッファ320に格納されたライトパケットの数が閾値以上の場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行う。より具体的には、バッファ制御部340は、出力バッファ320に格納されたライトパケットの数が閾値以上であり、かつ、少なくとも1つのリードリクエストパケットが出力バッファ320に格納されている場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行う。一方、バッファ制御部340は、出力バッファ320に格納されたライトパケットの数が閾値以上であっても、出力バッファ320内にリードリクエストパケットが存在しない場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行わない(フロー制御部350に対してライト抑止を指示しない)。
さらに詳述すれば、バッファ制御部340は、出力バッファ320に格納されたライトパケットの数が閾値以上であり、かつ、少なくとも1つのリードリクエストパケットが出力バッファ320または第1入力バッファ311の何れかに格納されている場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行う。一方、バッファ制御部340は、出力バッファ320に格納されたライトパケットの数が閾値以上であっても、出力バッファ320および第1入力バッファ311の何れにもリードリクエストパケットが存在しない場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行わない(フロー制御部350に対してライト抑止を指示しない)。ここでは、バッファ制御部340は、請求項の「制御部」に対応する。
さらに、バッファ制御部340は、第1ホストシステム100がライトパケットの送信を行わないライト抑止状態で(言い換えれば、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させる制御を行った後)、出力バッファ320内のライトパケットの数が閾値を下回った場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信停止を解除する制御を行う。より具体的には、バッファ制御部340は、フロー制御部350に対して、ライト抑止の解除を指示する。フロー制御部350は、ライト抑止解除を指示されると、通常時の制御に戻る。
本実施形態では、以上の構成を有するスイッチ装置300は、半導体集積回路で構成されるスイッチチップである。すなわち、本実施形態では、上述の第1入力バッファ311、第2入力バッファ312、出力バッファ320、入力リードパケットカウンタ331、入力ライトパケットカウンタ332、出力リードパケットカウンタ333、出力ライトパケットカウンタ334、バッファ制御部340、および、フロー制御部350の各々の機能はハードウェア回路により実現される。
なお、これに限らず、例えばCPU、ROMおよびRAM等から構成されるコンピュータがスイッチ装置300に搭載され、CPUがROM等に格納されたプログラムをRAM上に展開して実行することにより、上述の第1入力バッファ311、第2入力バッファ312、出力バッファ320、入力リードパケットカウンタ331、入力ライトパケットカウンタ332、出力リードパケットカウンタ333、出力ライトパケットカウンタ334、バッファ制御部340、および、フロー制御部350の各々の機能のうちの少なくとも1つの機能が実現される形態であってもよい。
この場合、スイッチ装置300で実行されるプログラム(スイッチ装置300に搭載されたCPUが実行するプログラム)は、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。さらに、スイッチ装置300で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、スイッチ装置300で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
次に、本実施形態のスイッチ装置300の動作例を説明する。図7は、本実施形態のスイッチ装置300の動作例を示すフローチャートである。まず、スイッチ装置300の初期設定時に、バッファ制御部340は、出力バッファ320内のライトパケット数の制限値(閾値)を設定する(ステップS701)。次に、パケットの送受信時に、バッファ制御部340は、各カウンタ(入力リードパケットカウンタ331、入力ライトパケットカウンタ332、出力リードパケットカウンタ333、出力ライトパケットカウンタ334)の値を読み出す(ステップS702)。
次に、バッファ制御部340は、出力ライトパケットカウンタ334の値(出力バッファ320内のライトパケット数を示すカウント値)が、ステップS701で設定した制限値以上であり、かつ、出力リードパケットカウンタ333の値(出力バッファ320内のリードリクエストパケット数を示すカウント値)、または、入力リードパケットカウンタ331の値(第1入力バッファ311内のリードリクエストパケット数を示すカウント値)が「1」以上であるか否かを判定する(ステップS703)。
上述のステップS703において、出力ライトパケットカウンタ334の値がステップS701で設定した制限値以上であり、かつ、出力リードパケットカウンタ333の値、または、入力リードパケットカウンタ331の値が「1」以上であると判定した場合(ステップS703の結果:YESの場合)、バッファ制御部340は、フロー制御部350に対してライト抑止を指示する(ステップS704)。ライト抑止の指示を受けたフロー制御部350は、バッファに空きがない状態であることを示すフロー制御パケットを第1ホストシステム100へ送信する(ステップS705)。
一方、出力ライトパケットカウンタ334の値がステップS701で設定した制限値を下回る場合、または、出力ライトパケットカウンタ334の値がステップS701で設定した制限値以上であるものの、出力リードパケットカウンタ333の値、および、入力リードパケットカウンタ331の値の何れもが「0」であると判定した場合(ステップS703の結果:NOの場合)、バッファ制御部340は、現在、第1ホストシステム100がライトパケットの送信を行わないライト抑止状態で、出力ライトパケットカウンタ334の値がステップS701で設定した制限値を下回るか否かを判定する(ステップS706)。
上述のステップS706において、現在、第1ホストシステム100がライトパケットの送信を行わないライト抑止状態で、出力ライトパケットカウンタ334の値がステップS701で設定した制限値を下回ると判定した場合(ステップS706の結果:YESの場合)、バッファ制御部340は、フロー制御部350に対して、ライト抑止の解除を指示する(ステップS707)。ライト抑止の解除の指示を受けたフロー制御部350は、本来の第2入力バッファ312の状態を示すフロー制御パケットを送信する(ステップS708)。
一方、上述のステップS706において、現在、第1ホストシステム100がライトパケットの送信を行わないライト抑止状態ではない、または、ライト抑止状態であるものの、出力ライトパケットカウンタ334の値がステップS701で設定した制限値以上であると判定した場合(ステップS706の結果:NOの場合)、処理は上述のステップS702に戻り、ステップS702以降の処理を繰り返す。
以上に説明したように、本実施形態では、出力バッファ320内のライトパケットの数が閾値以上であり、かつ、少なくとも1つのリードリクエストパケットが出力バッファ320または第1入力バッファ311の何れかに格納されている場合は、第1ホストシステム100からのライトパケットの送信を停止させるので、出力バッファ320内に閾値以上のライトパケットが溜まることを防止できる。これにより、リードリクエストパケットを処理する時間を確保することができ、リードアクセスのスループットの低下を防ぐことができる。また、本実施形態では、特許文献1に開示された技術のように、リードアクセス用のライトパケットの送受信機能(リードアクセス用のライトパケットを生成する機能も含む)や、受信したパケットを識別し、その識別結果によりリードアクセスを実行する機能などの特別な機能を必要としないので、より簡易な構成で、リードアクセスのスループットの低下を防止できるという有利な効果を奏する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
1 システム
100 第1ホストシステム
120 チップセット
130 記憶装置
200 第2ホストシステム
220 チップセット
230 記憶装置
300 スイッチ装置
310 入力バッファ
311 第1入力バッファ
312 第2入力バッファ
320 出力バッファ
331 入力リードパケットカウンタ
332 入力ライトパケットカウンタ
333 出力リードパケットカウンタ
334 出力ライトパケットカウンタ
340 バッファ制御部
350 フロー制御部
特開2010−212987号公報

Claims (6)

  1. 相互にデータ転送を行う第1装置と第2装置とを接続するスイッチ装置であって、
    前記第1装置から前記第2装置に対するデータの読み出し要求を示す読み出し要求情報、または、前記第1装置から前記第2装置に対するデータの書き込み要求を示す書き込み要求情報を一時的に記憶する第1記憶部と、
    前記第1記憶部内の前記書き込み要求情報の数が閾値以上の場合は、前記第1装置からの前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行う制御部と、を備える、
    スイッチ装置。
  2. 前記制御部は、前記第1記憶部内の前記書き込み要求情報の数が閾値以上であり、かつ、少なくとも1つの前記読み出し要求情報が前記第1記憶部に格納されている場合は、前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行う一方、前記第1記憶部内に前記読み出し要求情報が存在しない場合は、前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行わない、
    請求項1のスイッチ装置。
  3. 前記第1装置から送信される前記読み出し要求情報を、一時的に格納した後に前記第1記憶部へ入力する第2記憶部と、
    前記第1装置から送信される前記書き込み要求情報を、一時的に格納した後に前記第1記憶部へ入力する第3記憶部と、をさらに備え、
    前記制御部は、前記第1記憶部内の前記書き込み要求情報の数が閾値以上であり、かつ、少なくとも1つの前記読み出し要求情報が、前記第1記憶部または前記第2記憶部の何れかに格納されている場合は、前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行う一方、前記第1記憶部および前記第2記憶部の何れにも前記読み出し要求情報が存在しない場合は、前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行わない、
    請求項1のスイッチ装置。
  4. 前記制御部は、前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行った後、前記第1記憶部内の前記書き込み要求情報の数が前記閾値を下回った場合は、前記書き込み要求情報の送信停止を解除する制御を行う、
    請求項2または請求項3のスイッチ装置。
  5. 前記第1装置と前記スイッチ装置とを接続するバス、および、前記第2装置と前記スイッチ装置とを接続するバスの各々の規格は、PCI−Expressである、
    請求項1のスイッチ装置。
  6. 第1装置と第2装置との間のデータ転送を制御するデータ転送制御方法であって、
    前記第1装置から前記第2装置に対するデータの書き込み要求を示す書き込み要求情報、または、前記第1装置から前記第2装置に対するデータの読み出し要求を示す読み出し要求情報を一時的に記憶する第1記憶部内の前記書き込み要求情報の数が閾値以上の場合は、前記第1装置からの前記書き込み要求情報の送信を停止させる制御を行う制御ステップを含む、
    データ転送制御方法。
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