JP4400432B2 - Asynchronous FIFO packet communication device - Google Patents
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Description
この発明は、パケットの送信側回路と受信側回路で動作するクロック周波数が互いに異なる非同期FIFOパケット通信装置に関するものである。 The present invention relates to an asynchronous FIFO packet communication apparatus in which clock frequencies operating in a packet transmission side circuit and a reception side circuit are different from each other.
パケットの送受信を行う通信装置には、パケットの送信側回路と受信側回路で動作するクロック周波数が互いに異なる非同期転送が必要となるものがある。このような通信装置では、送信側回路と受信側回路の間に非同期FIFO(First-In First-Out)を介してパケットの転送を行い、異なるクロック周波数を同期化するのが一般的である。 Some communication devices that transmit and receive packets require asynchronous transfer with different clock frequencies that operate in the packet transmission side circuit and the reception side circuit. In such a communication apparatus, it is general to transfer packets via an asynchronous FIFO (First-In First-Out) between a transmission side circuit and a reception side circuit to synchronize different clock frequencies.
このような非同期FIFOを用いたパケット通信装置では、パケットの送信側回路と受信側回路の双方が非同期FIFOのパケット格納状態や相手の動作状況を把握することが必要である。これらを互いにやり取りするには送信側回路と受信側回路の間にいくつかの信号を定義して自分の状態を相手に伝える手法が用いられてきた。ここでは送信側回路と受信側回路で動作するクロック周波数が異なるため、それを同期化する方法としてシンクロナイザーと呼ばれる多段化したフリップフロップが用いられる。しかしながら、このようなシンクロナイザーを用いた方法は一般に複雑な制御と回路構成が必要とされ、かつ効率のよいパケット転送を行うことが困難であった。 In such a packet communication apparatus using an asynchronous FIFO, it is necessary for both the transmission side circuit and the reception side circuit of the packet to grasp the packet storage state of the asynchronous FIFO and the operation state of the other party. In order to exchange these with each other, a method has been used in which several signals are defined between the transmission side circuit and the reception side circuit and their state is transmitted to the other party. Here, since the clock frequencies operating in the transmission side circuit and the reception side circuit are different, a multi-stage flip-flop called a synchronizer is used as a method for synchronizing them. However, such a method using a synchronizer generally requires complicated control and circuit configuration, and it is difficult to perform efficient packet transfer.
これを解決する方法として、例えば特開平10−105375号公報のような、データの実体を転送する非同期FIFO(以下データ格納FIFOと呼ぶ)に加えてデータの書き込みデータ数(あるいはデータの読み込みデータ数)を転送するための非同期FIFO(以下データ数格納FIFOと呼ぶ)を用いる方法がある。この方法では、書き込み側はデータ格納FIFOにデータを書き込むのに加えて書き込んだデータ数をデータ数格納FIFOに書き込み、読み出し側はデータ数格納FIFOから書き込みデータ数を読み出し、このデータ数に相当するデータをデータ格納FIFOから読み出す。送信側回路と受信側回路のやり取りは制御信号も含めて全て非同期FIFOを介して行うため、シンクロナイザーを用いることなく異なるクロック間のデータ転送を容易に効率よく実行できる。 As a method for solving this, in addition to an asynchronous FIFO (hereinafter referred to as a data storage FIFO) for transferring the substance of data as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-105375, the number of data to be written (or the number of data to be read) ) Is transferred using an asynchronous FIFO (hereinafter referred to as a data number storage FIFO). In this method, in addition to writing data to the data storage FIFO, the writing side writes the number of written data to the data number storage FIFO, and the reading side reads the number of written data from the data number storage FIFO, which corresponds to this data number. Read data from data storage FIFO. Since all transmission and reception side circuits including control signals are performed via an asynchronous FIFO, data transfer between different clocks can be easily and efficiently performed without using a synchronizer.
データ格納FIFOとデータ数格納FIFOを有した従来の非同期FIFOバッファ装置をTCP/IP等の汎用の通信プロトコルを用いたパケット通信装置に適用する場合、データ数格納FIFOに格納するデータ数はパケット長に対応する。例えば、上記特開平10−105375号公報に記載の従来のパケット通信装置では、転送するデータ数をNビットで表記した場合、データ数格納FIFOはNビット×M段の構成をとる。その一方で、TCP/IP等のような汎用の通信プロトコルにはパケットの実体にパケット長を示すフィールドがあらかじめ用意されている。このためパケット長をデータ格納FIFOとデータ数格納FIFOの2つのFIFOに重複して格納することになる。例えばTCP/IPでパケット長を示すフィールドは、パケット長をバイト単位で2進数表記した場合16ビット(IPの場合)〜32ビット(TCPの場合)である。このフィールドを1パケット毎に重複して転送するため、回路構成に無駄が生じその規模が増大するという問題点があった。 When a conventional asynchronous FIFO buffer device having a data storage FIFO and a data number storage FIFO is applied to a packet communication device using a general-purpose communication protocol such as TCP / IP, the number of data stored in the data number storage FIFO is the packet length. Corresponding to For example, in the conventional packet communication device described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-105375, when the number of data to be transferred is expressed in N bits, the data number storage FIFO has a configuration of N bits × M stages. On the other hand, in a general-purpose communication protocol such as TCP / IP, a field indicating the packet length is prepared in advance in the packet entity. For this reason, the packet length is redundantly stored in the two FIFOs of the data storage FIFO and the data number storage FIFO. For example, the field indicating the packet length in TCP / IP is 16 bits (in the case of IP) to 32 bits (in the case of TCP) when the packet length is represented in binary in byte units. Since this field is transferred redundantly for each packet, there is a problem that the circuit configuration is wasted and the scale thereof is increased.
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、複雑な制御が必要なシンクロナイザーを用いることなく、より小規模な回路構成で非同期転送を行う非同期FIFOパケット通信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an asynchronous FIFO packet communication device that performs asynchronous transfer with a smaller circuit configuration without using a synchronizer that requires complicated control. The purpose is to do.
本発明に係る非同期FIFOパケット通信装置は、パケットを非同期で書き込み、読み出し可能なKビット×L段(K、Lともに自然数)のパケット格納非同期FIFO(First-In First-Out)と、前記パケット格納非同期FIFOにパケットを格納したことを示すフラグを書き込み、読み出し可能な1ビット×M段(Mは自然数)のパケット格納通知非同期FIFOと、受信パケットのパケット長フィールドの値を格納するパケット長レジスタとを備えるとともに、前記パケット格納通知非同期FIFOから読み出した情報と、前記パケット長レジスタに格納された値とに基づいて、前記パケット格納非同期FIFOからパケットを読み出すものである。 Asynchronous FIFO packet communication apparatus according to the present invention includes a packet storage asynchronous FIFO (First-In First-Out) of K bits × L stages (both K and L are natural numbers) capable of asynchronously writing and reading packets, and the packet storage. A flag indicating that the packet has been stored in the asynchronous FIFO, and a readable 1-bit × M-stage (M is a natural number) packet storage notification asynchronous FIFO; a packet length register for storing the value of the packet length field of the received packet; And a packet is read from the packet storage asynchronous FIFO based on information read from the packet storage notification asynchronous FIFO and a value stored in the packet length register.
パケットを非同期で書き込み、読み出し可能なKビット×L段(K、Lともに自然数)のパケット格納非同期FIFO(First-In First-Out)と、前記パケット格納非同期FIFOにパケットを格納したことを示すフラグを書き込み、読み出し可能な1ビット×M段(Mは自然数)のパケット格納通知非同期FIFOと、受信パケットのパケット長フィールドの値を格納するパケット長レジスタとを備えるとともに、前記パケット格納通知非同期FIFOから読み出した情報と、前記パケット長レジスタに格納された値とに基づいて、前記パケット格納非同期FIFOからパケットを読み出すことにより、FIFOに必要なリソースを削減し、非同期FIFOパケット通信に必要な回路をより小規模に構成することができる。 A packet storage asynchronous FIFO (First-In First-Out) of K bits x L stages (both K and L are natural numbers) that can be written and read asynchronously, and a flag indicating that the packet is stored in the packet storage asynchronous FIFO 1 bit × M stage (M is a natural number) packet storage notification asynchronous FIFO, and a packet length register for storing the value of the packet length field of the received packet, and from the packet storage notification asynchronous FIFO Based on the read information and the value stored in the packet length register, by reading the packet from the packet storage asynchronous FIFO, the resources necessary for the FIFO are reduced, and the circuit necessary for the asynchronous FIFO packet communication is further reduced. Can be configured on a small scale.
実施の形態1.
図1は、本発明における非同期FIFOを用いたパケット通信装置の構成を示す説明図である。図1において、非同期FIFOパケット通信装置100は、転送しようとするパケットの実体を格納するパケット格納非同期FIFO101と、入力側から出力側にパケット格納FIFO101のパケット格納状態を通知するパケット格納通知非同期FIFO102と、パケット格納非同期FIFO101にパケットを入力するとともにパケット格納通知非同期FIFO102にパケットを格納したことを示すフラグを書き込むライト制御回路103と、パケット格納非同期FIFO101からパケットを出力するとともにパケット格納通知非同期FIFO102からパケットを格納したことを示すフラグを読み出すリード制御回路104とを備える。また、前記各回路間において、パケットを入力するためのパケット入力信号105と、パケットを出力するためのパケット出力信号106と、パケット格納通知非同期FIFO102が満杯であることを示すFull信号107と、ライト制御回路103がパケット格納通知非同期FIFO102にパケットを格納したことを示すフラグを書き込むためのWen信号108と、リード制御回路104がパケット格納通知非同期FIFO102からパケットを格納したことを示すフラグを読み出すRen信号109と、パケット格納通知非同期FIFO102が空であることを示すEmpty信号110と、パケット格納非同期FIFO101のパケット格納量を示すStatus信号111と、ライト制御回路103がパケット格納非同期FIFO101にパケットを書き込むためのWen信号112と、リード制御回路104がパケット格納非同期FIFO101からパケットを読み出すためのRen信号113の信号の入出力を行っている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a packet communication apparatus using an asynchronous FIFO according to the present invention. In FIG. 1, an asynchronous FIFO
本実施の形態1におけるパケット格納非同期FIFO101の構成はKビット×L段、パケット格納通知非同期FIFO102の構成は1ビット×M段である。ここでK、L、Mは1以上の整数である。例えば、TCP/IP等の通信プロトコルではKは一般に32ビットである。LおよびMは主に実装するハードウェアのリソースや転送するパケットの通信プロトコルレイヤー等に依存する。 The configuration of the packet storage asynchronous FIFO 101 in the first embodiment is K bits × L stages, and the configuration of the packet storage notification asynchronous FIFO 102 is 1 bit × M stages. Here, K, L, and M are integers of 1 or more. For example, in a communication protocol such as TCP / IP, K is generally 32 bits. L and M mainly depend on hardware resources to be implemented, communication protocol layers of packets to be transferred, and the like.
図2は、非同期FIFOパケット通信装置100におけるライト制御回路103の構成を示す説明図である。図2において、ライト制御回路104は、パケット長をKビット単位でカウントするカウンタ201と、パケット長を格納するパケット長レジスタ202と、カウンタ201とパケット長レジスタ202を比較する比較回路203と、パケット格納通知非同期FIFO102への書込み要求信号Wen108を制御するWen制御回路204と、パケット格納非同期FIFO101への書込み要求信号Wen112を制御するWen制御回路205とを備える。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図3は、非同期FIFOパケット通信装置100におけるリード制御回路104の構成を示す説明図である。図3において、パケット長をKビット単位でカウントするカウンタ301と、パケット長を格納するパケット長レジスタ302と、カウンタ301とパケット長レジスタ302を比較する比較回路303と、パケット格納通知非同期FIFO102への読み出し要求信号Ren109を制御するWen制御回路304と、パケット格納非同期FIFO101への読み出し要求信号Ren113を制御するWen制御回路305とを備える。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図1〜3を用いて、本実施の形態1における非同期FIFOパケット通信装置の動作について以下に説明する。 The operation of the asynchronous FIFO packet communication apparatus according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
まず第1のステップとして、入力パケット信号をパケット格納非同期FIFO101に入力する前に、ライト制御回路103において入力パケット信号をチェックする。
ライト制御回路103は、入力パケット信号105にKビット単位でパケットが入力されてくると、カウンタ201を1ずつインクリメントし、これを当該パケットの入力が完了するまで繰り返す。ライト制御回路103は、これと並行してパケットヘッダからパケット長フィールドを読み込み、パケット長レジスタ202に格納する。なお、TCP/IP等の汎用の通信プロトコルでは、パケット内のパケット長フィールドの位置はパケット長に関わらず固定されており、パケット長レジスタ202へのパケット長の格納はカウンタ201が所定値になったときに実行すればよい。
続いて、ライト制御回路103のWen制御回路205は、パケット格納非同期FIFO101のパケット格納量を示すStatus信号111と、パケット長レジスタ202に格納された値とを比較し、パケット格納非同期FIFO101に当該パケットが格納可能か否かを判断する。格納可能であれば、ライト制御回路103のWen制御回路205はWen信号112を有効にして、パケット格納非同期FIFO101にパケットを格納する。格納不能であれば、ライト制御回路103のWen制御回路205は、Wen信号112を無効にして当該パケットを廃棄し、次のパケットの入力開始を待つ。
First, as a first step, before the input packet signal is input to the packet storage asynchronous FIFO 101, the
When a packet is input to the input packet signal 105 in units of K bits, the
Subsequently, the Wen control circuit 205 of the
パケット格納非同期FIFO101に当該パケットが格納可能で、当該パケットの格納を開始した場合、パケット格納非同期FIFO101への当該パケットの入力が完了したか否かの判断は、ライト制御回路103の比較回路203が、Kビットのパケット入力の都度、カウンタ201とパケット長レジスタ202を比較することで行う。Wen制御回路205は、カウンタ201の値とパケット長レジスタ202の値とが一致したという比較回路203からの比較結果が入力されると、当該パケットの入力が完了したと判断し、Wen信号112を無効にしてパケット格納非同期FIFO101へのパケットの入力を停止する。同時に、Wen制御回路204は、カウンタ201の値とパケット長レジスタ202の値とが一致したという比較回路203からの比較結果が入力されると、パケット格納通知非同期FIFO102に対しWen信号108を1クロック分有効にして出力する。Wen信号108が1クロック分有効になると、パケット格納通知非同期FIFO102に入力フラグ信号114の1ビットのデータが書き込まれるが、これはパケット格納非同期FIFO101において1つのパケットの格納が完了したことに相当する。ここで入力フラグ信号114は1あるいは0に固定された任意の値である。なお、カウンタ201の値とパケット長レジスタ202の値とが一致しないうちは、ライト制御回路103ではカウンタ201におけるインクリメントとWen制御回路205によるWen信号112の有効出力を継続する。
When the packet can be stored in the packet storage asynchronous FIFO 101 and storage of the packet is started, the comparison circuit 203 of the
次に第2のステップとして、リード制御回路104のRen制御回路304は、Empty信号110を確認して、パケット格納通知非同期FIFO102に書き込まれたデータあるか否か、つまりパケット格納非同期FIFO101に既に1個以上のパケットが格納されているかどうかを判断する。Empty信号が無効(書き込まれたデータが有る)の場合、パケット格納非同期FIFO101には既にパケットが格納されているので、リード制御回路104のRen制御回路305はRen信号113を有効にしてパケット格納非同期FIFO101からパケットを出力する。
Next, as a second step, the Ren control circuit 304 of the
続いて、パケット格納非同期FIFO101から出力パケット信号106としてKビット単位でパケットが出力されてくると、リード制御回路104はカウンタ301を1ずつインクリメントし、これを当該パケットの出力が完了するまで繰り返す。リード制御回路104は、これと並行してパケットヘッダからパケット長フィールドを読み込み、パケット長レジスタ302に格納する。なお、ライト制御回路103と同様に、TCP/IP等の汎用の通信プロトコルではパケット内のパケット長フィールドの位置はパケット長に関わらず固定しており、パケット長レジスタ302へのパケット長の格納はカウンタ301が所定値になったときに実行すればよい。
Subsequently, when a packet is output from the packet storage asynchronous FIFO 101 as an
パケット格納非同期FIFO101から当該パケットの出力が完了したか否かの判断は、リード制御回路104の比較回路303が、Kビットのパケット出力の都度、カウンタ301の値とパケット長レジスタ302の値とを比較することで行う。Ren制御回路305は、カウンタ301の値とパケット長レジスタ302の値とが一致したという比較回路303からの比較結果が入力されると、当該パケットの出力が完了したと判断し、Ren信号113を無効にして出力パケット信号106からのパケットの出力を停止する。同時に、Ren制御回路304は、パケット格納通知非同期FIFO102に対してRen信号109を1クロック分有効にして出力する。Ren信号109が1クロック分有効になると、パケット格納通知非同期FIFO102から出力フラグ信号115の1ビットのデータが読み込まれるが、これはパケット格納非同期FIFO101から1つのパケットの読み込みを完了したことに相当する。ここで出力フラグ信号115はライト制御回路103により書き込まれた1あるいは0の任意の固定値、すなわち入力フラグ信号114であるが、Ren制御回路304はこれを破棄する。なお、カウンタ301の値とパケット長レジスタ302の値とが一致しないうちは、リード制御回路104ではカウンタ301におけるインクリメントとRen信号113の有効出力を継続する。
Whether or not the output of the packet from the packet storage asynchronous FIFO 101 is completed is determined by the comparison circuit 303 of the
以上のように、本発明によれば、パケット格納通知非同期FIFO102にはパケット格納非同期FIFO101に1個以上のパケットが格納されているかどうかの情報を示す1ビットのデータだけを格納することにより、パケット格納非同期FIFO101内のパケット格納状況を容易に把握することが可能となり、非同期FIFOパケット通信に必要な回路をより小規模に構成することができる。つまり、従来技術では転送するパケットのパケット長を格納するのに必要とされたデータ数格納非同期FIFOのNビット×M段の構成を1ビット×M段の構成で実現することができ、このようにすることでFIFOに必要なリソースを削減し、非同期FIFOパケット通信に必要な回路をより小規模に構成することができる。 As described above, according to the present invention, the packet storage notification asynchronous FIFO 102 stores only 1-bit data indicating whether or not one or more packets are stored in the packet storage asynchronous FIFO 101. The packet storage status in the storage asynchronous FIFO 101 can be easily grasped, and the circuit necessary for asynchronous FIFO packet communication can be configured on a smaller scale. That is, according to the conventional technique, the N-bit × M-stage configuration of the data number storage asynchronous FIFO required for storing the packet length of the packet to be transferred can be realized by the 1-bit × M-stage configuration. By doing so, it is possible to reduce the resources necessary for the FIFO, and to configure a circuit necessary for the asynchronous FIFO packet communication on a smaller scale.
なお、本実施の形態1では単一パケットの書き込みと読み込みの動作をそれぞれ説明したが、本発明によれば、複数パケットの処理においてライト制御回路103とリード制御回路104は並列に動作する場合でも同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the writing and reading operations for a single packet have been described. However, according to the present invention, even when the
100 非同期FIFOパケット通信装置
101 パケット格納非同期FIFO
102 パケット格納通知非同期FIFO
103 ライト制御回路
104 リード制御回路
105 入力パケット信号
106 出力パケット信号
107 Full信号
108 Wen信号
109 Ren信号
110 Empty信号
111 Status信号
112 Wen信号
113 Ren信号
114 入力フラグ信号
115 出力フラグ信号
201 カウンタ
202 パケット長レジスタ
203 比較回路
204 Wen制御回路
205 Wen制御回路
301 カウンタ
302 パケット長レジスタ
303 比較回路
304 Ren制御回路
305 Ren制御回路
100 Asynchronous FIFO packet communication device 101 Packet storage asynchronous FIFO
102 Packet storage notification asynchronous FIFO
103
Claims (1)
前記パケット格納非同期FIFOにパケットを格納したことを示すフラグを書き込み、読み出し可能な1ビット×M段(Mは自然数)のパケット格納通知非同期FIFOと、
受信パケットのパケット長フィールドの値を格納するパケット長レジスタとを備えるとともに、
前記パケット格納通知非同期FIFOから読み出した情報と、前記パケット長レジスタに格納された値とに基づいて、前記パケット格納非同期FIFOからパケットを読み出すことを特徴とする非同期FIFOパケット通信回路。 A packet storage asynchronous FIFO (First-In First-Out) of K bits x L stages (both K and L are natural numbers) capable of asynchronously writing and reading packets;
A flag indicating that a packet has been stored in the packet storage asynchronous FIFO, and a readable 1 bit × M stage (M is a natural number) packet storage notification asynchronous FIFO;
A packet length register for storing the value of the packet length field of the received packet,
An asynchronous FIFO packet communication circuit, which reads a packet from the packet storage asynchronous FIFO based on information read from the packet storage notification asynchronous FIFO and a value stored in the packet length register.
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