JP4472402B2 - バス装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数のマスタおよび複数のスレーブ間に接続され、それら複数のマスタおよび複数のスレーブ間相互のデータ転送を行うバス装置に関するものである。

従来から複数のマスタおよび複数のスレーブを相互接続する手段としてバスを用いるものが主流となっている。これは、実現が容易なためであるが、反面、応答や動作の遅いスレーブに複数のマスタからのアクセスが集中すると、バスラインが有効に使われていないにも関わらず、あるマスタがバス使用権を長時間占有するために、全体の処理性能が低下することがある。これを避けるため、ＡＭＢＡ ＡＨＢ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｂｕｓ）では、スレーブが長時間応答不可となる場合に、バス使用権を一旦開放して再調整するためのリトライ（Ｒｅｔｒｙ）やスプリット（Ｓｐｌｉｔ）といった分割再転送のための手段を設けている。
また、下記特許文献１で開示されている方法では、スレーブが一定サイクルで応答できない場合は、スレーブが再転送要求を出力し、スレーブからの再転送要求を受けたマスタはバスを開放してから一定時間後に再度アクセスを行うといった方法が採られている。

特開平３−２０１０５４号公報

従来のバス装置は以上のように構成されているので、再転送要求を受け取ったマスタは、再転送要求を受けたコマンドに対し、例えば、バースト転送中に再転送要求を受けた場合には、バースト転送の途中であっても転送を打ち切り、スレーブがレディ状態になるまで待って再転送可能な状態になってから、改めて打ち切った転送の最初から転送を再発行していた。すなわち、８回転送を行うバースト転送中、７回目の転送が終了した時点で再転送要求が発行されると、それまでに行った７回の転送は無駄となってしまう。また、再転送要求が可能となるまで、マスタは他の処理が行えないことが普通である。この再転送の際に発生するオーバーヘッドによって効率的に処理が行われないため、システムが所望の性能を得られないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、再転送要求の際に中断された転送を途中から再開可能とすることで、再転送の無駄なオーバーヘッドの発生を省き、効率的なデータ転送を実現することで、システムの性能向上を達成するバス装置を得ることを目的とする。

この発明に係るバス装置は、バスラインを通じて接続されたマスタからのデータを保持すると共に、その保持したデータをバスラインを通じて接続されたスレーブに転送する転送状態保持装置と、マスタからのバス使用要求に応じて該当するマスタおよびスレーブ間が接続されるようにバスラインを制御し、そのデータ転送途中のスレーブからの再転送要求に応じて該当するマスタおよび転送状態保持装置間の接続に変更されるようにバスラインを制御すると共に、そのデータ転送途中のスレーブの転送許可状態に応じて転送状態保持装置およびスレーブ間の接続に変更されるようにバスラインを制御するアービタとを備えたものである。

この発明によれば、データ転送途中のスレーブからの再転送要求に応じてマスタからのデータが途中から転送状態保持装置に転送され、その転送状態保持装置に途中からのデータが保持される。また、そのスレーブの転送許可状態に応じて転送状態保持装置に保持された途中からのデータがそのスレーブに転送される。したがって、再転送要求の際に中断された途中から転送を再開可能にすることで、再転送の無駄なオーバーヘッドの発生を省き、効率的なデータ転送を実現することで、システムの性能向上を達成することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるバス装置を示すブロック図であり、図において、バス装置１は、Ｘ＋１（Ｘは任意の自然数）個のマスタ２ｍ０〜２ｍＸと、Ｙ＋１（Ｙは任意の自然数）個のスレーブ３ｓ０〜３ｓＹとが相互に接続されて、それら接続されたマスタ２ｍ０〜２ｍＸおよびスレーブ３ｓ０〜３ｓＹ間相互のデータ転送を行うものである。なお、マスタ２ｍ０〜２ｍＸとしては、コンピュータのような装置あるいは特定用途向けのＨ／Ｗ Ｉ／Ｐ等が適用され、スレーブ３ｓ０〜３ｓＹとしては、ＳＤＲＡＭのような記憶装置が適用されるものである。
バス装置１において、バスライン４は、マスタ２ｍ０〜２ｍＸおよびスレーブ３ｓ０〜３ｓＹに接続可能にされ、接続されたマスタおよびスレーブ間のデータを転送するものである。転送状態保持装置５は、バスライン４に接続可能にされ、そのバスライン４を通じて接続されたマスタからのデータ等を保持すると共に、その保持したデータ等をバスライン４を通じて接続されたスレーブあるいはマスタに転送するものである。アービタ６は、マスタ２ｍ０〜２ｍＸからのバス使用要求に応じて該当するマスタおよびスレーブ間が接続されるようにバスライン４を制御し、そのデータ転送途中のスレーブからのＲＥＴＲＹ信号（再転送要求）に応じて該当するマスタおよび転送状態保持装置５間の接続に変更されるようにバスライン４を制御すると共に、データ転送途中のスレーブのレディ状態（転送許可状態）に応じて転送状態保持装置５およびスレーブ間の接続に変更されるようにバスライン４を制御するものである。

信号線１００〜１０Ｘ，１１０〜１１Ｙ，１２は、マスタ２ｍ０〜２ｍＸおよびスレーブ３ｓ０〜３ｓＹが相互に通信するために使用するものである。
図２はマスタおよびスレーブ間の信号線を示す説明図であり、具体的にはこの図２に示すように、マスタからスレーブに向かう信号として書き込み/読み出しを示すＲ／Ｗ信号、スレーブのアドレスを示すアドレス信号、転送の状態やタイプを示す転送タイプ信号、スレーブに書き込む書き込みデータ信号、マスタを識別するマスタ識別子信号が含まれる。また、スレーブからマスタに向かう信号としては、マスタの要求に対する応答を示す応答信号、スレーブからの読み出しデータ信号で構成されている。
バス要求信号１３０〜１３Ｘ，１４は、マスタ２ｍ０〜２ｍＸおよび転送状態保持装置５がそれぞれアービタ６に対しバス使用要求を発行するために使用するものである。
バスライン制御信号１５は、マスタ２ｍ０〜２ｍＸおよび転送状態保持装置５からのバス要求のうち、アービタ６がバスライン４の使用許可を与えたマスタ２ｍ０〜２ｍＸおよび転送状態保持装置５の信号線１００〜１０Ｘ，１２と、同信号線に含まれるアドレスに応じた信号線１１０〜１１Ｙの内の適切な信号線とを接続するようにバスライン４を制御するものである。
ＲＥＴＲＹ信号１６０〜１６Ｙは、スレーブがビジー状態またはスレーブが転送を完了するのに非常に多数のサイクルを必要とすると判断して、マスタに対して再転送要求を出すために使用するものである。
転送切り替え制御信号１７は、アービタ６によって、バスライン４から信号線１２を通じた転送状態保持装置５へのデータ転送と、転送状態保持装置５から信号線１２を通じたバスライン４へのデータ転送とを切り替え制御するものである。

図３は転送状態保持装置を示すブロック図であり、図において、転送状態保持装置５は、図２で説明した各種信号を保持するＦＩＦＯおよびレジスタを備え、この構成例では、Ｒ／Ｗ信号を保持するＲ／ＷＦＩＦＯ２１、アドレス信号を保持するアドレスＦＩＦＯ２２、転送タイプ信号を保持する転送タイプＦＩＦＯ２３、書き込みデータ信号を保持する書き込みＦＩＦＯ２４、および、マスタ識別子信号を保持するマスタ識別子レジスタ２５で構成されている。さらに、アービタ６からの転送切り替え制御信号１７に応じてＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５にＦＩＦＯＲ／Ｗ制御信号２７を出力すると共に、転送方向切り替えスイッチ２８にスイッチ制御信号を出力し、ＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５の書き込み／読み出しを制御する切り替えスイッチ制御手段２６を備えたものである。
図４はこの発明の実施の形態１によるバス装置の動作を示すタイミングチャートである。

次に動作について説明する。
図１において、マスタ２ｍ０〜２ｍＸがスレーブ３ｓ０〜３ｓＹに対し、書き込み／読み出しコマンドを実行するには、まず、アービタ６に対しバス要求信号１３０〜１３Ｘをアサートする。アービタ６は、そのバス要求信号１３０〜１３Ｘの入力に応じて予め設定されたバス使用権決定アルゴリズムに基づいて、バスライン制御信号１５に有意な値を出力する。バスライン４は、バスライン制御信号１５の入力に応じて、信号線１００〜１０Ｘのいずれかと信号線１１０〜１１Ｙのいずれかを接続する。このようにして、マスタは目的のスレーブに接続され、マスタからスレーブに対し転送を実行することができるようになる。
この後、マスタからスレーブに対し転送が実行され、データ転送途中のスレーブがビジー状態、または、スレーブが転送を完了するのに非常に多数のサイクルを必要とすると判断し、スレーブからアービタ６に対してＲＥＴＲＹ信号（再転送要求）を出力した場合、アービタ６は、そのＲＥＴＲＹ信号に応じてバスライン制御信号１５を変更すると共に、転送切り替え制御信号１７をアサートして、マスタからスレーブへの転送を、マスタから転送状態保持装置５への転送に切り替える。

この動作をさらに詳しく説明すると、図３において、転送状態保持装置５は、アービタ６からの転送切り替え制御信号１７によって、切り替えスイッチ制御手段２６が駆動される。駆動された切り替えスイッチ制御手段２６は、スイッチ制御信号により転送方向切り替えスイッチ２８を書き込み方向、すなわち、Ｒ／Ｗ信号、アドレス信号、転送タイプ信号、書き込みデータ信号、およびマスタ識別子信号が左から右方向に転送されるように制御すると共に、ＦＩＦＯＲ／Ｗ制御信号２７によりＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５を書き込みに制御する。アービタ６は、バスライン４の接続をマスタおよびスレーブ間の接続からマスタおよび転送状態保持装置５間の接続に切り替えるので、マスタから出力された各種信号は、バスライン４および信号線１２を通じて転送状態保持装置５に転送され、転送方向切り替えスイッチ２８を通じてＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５に書き込まれる。転送状態保持装置５は、切り替えられた転送をＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５に毎サイクル全ての信号を記録し、転送方向切り替えスイッチ２８では信号の通過が無くなった時点で転送終了を検出し、転送方向切り替えスイッチ２８からマスタに書き込みコマンドの応答信号を出力する。これによって、マスタからの書き込み要求を完了する。

マスタからの転送が完了すると、アービタ６は、転送切り替え制御信号１７をディアサートし、転送状態保持装置５の切り替えスイッチ制御手段２６は、アービタ６に対しバス要求信号１４をアサートする。これによって、転送状態保持装置５は、各種信号の書き込みから読み出しに切り替えられる。
また、アービタ６は、転送途中であったスレーブがレディ状態となると、転送要求保持装置５からのバス要求を優先的に受け付け、転送要求保持装置５にバス使用権を与える。バス使用権を得た転送要求保持装置５は、マスタの替わりに、ＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５に書き込まれた各種信号を順次、転送途中であったスレーブに転送する。

ここまでの動作を４回バースト書き込み転送を例として図４に示している。図４中バスグラント信号は、アービタ６の出力するバスライン４の使用許可を示す信号（図１〜図３では省略している）である。
（１）のクロックでマスタがアービタ６に対しバス要求信号を発行、（２）のクロックでアービタ６がマスタに対しバスグラント信号をアサートすることでバス使用権を発行、同時にバスライン制御信号１５を生成し、マスタとスレーブとをバスライン４を使用して接続する。（３）のクロックでマスタは、バスグラント信号がアサートされていることを感知し転送を開始。（４）のクロックでスレーブがＲＥＴＲＹ信号を発行、直ちにアービタ６は転送切り替え制御信号１７をアサートして、マスタの転送をスレーブから転送状態保持装置５に切り替える。（５）のクロックでマスタの転送が転送状態保持装置５に記録される。またこの時、従来技術であるならばＥＲＲＯＲ応答が返るべきところであるが、この時点でのバスライン４の応答信号は転送状態保持装置５が発行した応答信号で、転送状態保持装置５が正しくデータを保持しているので、ＯＫＡＹ応答を返している。（６）のクロックでスレーブがＲＥＴＲＹ信号をディアサート、レディ状態となる。（７）のクロックで転送状態保持装置５はアービタ６にバスライン４の使用許可を得て、保持していた転送を再開する。
なお、転送状態保持装置５がマスタの要求を保持し、バス要求を発行している間、すなわち、図４では（４）〜（７）のクロック間で、当該スレーブがレディ状態となるまでは、アービタ６は当該スレーブ以外のスレーブに対して要求を発行しているマスタにバスライン４の使用を割り当てても良い。

また、他のマスタから当該スレーブに対する読み出し要求が発行されて、アービタ６により、その読み出し要求に応じたデータが転送状態保持装置５に保持されていると判断した場合、すなわち、図４の例では、転送状態保持装置５内に保持されているアドレス０ｘ０ｃのデータに対しての読み出しアクセスの場合、アービタ６は、バスライン４の接続をそのマスタおよび転送状態保持装置５間の接続に切り替える。
マスタから出力された読み出し要求は、バスライン４および信号線１２を通じて転送状態保持装置５に転送され、転送方向切り替えスイッチ２８を通じて読み出したいスレーブのアドレスが切り替えスイッチ制御手段２６に入力され、切り替えスイッチ制御手段２６でそのアドレスをデコードし、アドレスＦＩＦＯ２２に出力される。また、アービタ６は、転送切り替え制御信号１７によって、切り替えスイッチ制御手段２６を駆動し、切り替えスイッチ制御手段２６は、スイッチ制御信号により転送方向切り替えスイッチ２８を読み出し方向、すなわち、各種信号が右から左方向に転送されるように制御すると共に、ＦＩＦＯＲ／Ｗ制御信号２７によりＦＩＦＯ２１〜２４およびレジスタ２５を読み出しに制御する。
このようにして、読み出し要求のアドレスと、アドレスＦＩＦＯ２２に保持されたアドレスとが比較照合され、一致に応じたデータが書き込みデータＦＩＦＯ２４より読み出される。以降、転送方向切り替えスイッチ２８、信号線１２、バスライン４、および信号線１００〜１０Ｘを通じて読み出し要求したマスタに読み出しデータが転送され、さらに、転送方向切り替えスイッチ２８から応答信号が出力され、これによって、マスタからの読み出し要求を完了する。

以上のように、この実施の形態１によれば、データ転送途中のスレーブからのＲＥＴＲＹ信号に応じてマスタからのデータが途中から転送状態保持装置５に転送され、その転送状態保持装置５に途中からのデータが保持される。また、そのスレーブのレディ状態に応じて転送状態保持装置５に保持された途中からのデータがそのスレーブに転送される。したがって、ＲＥＴＲＹ信号の発生の際に中断された途中から転送を再開可能にすることで、再転送の無駄なオーバーヘッドの発生を省き、効率的なデータ転送を実現することで、システムの性能向上を達成することができる。
また、本来、スレーブに書き込まれるデータがＲＥＴＲＹ信号の発生により転送状態保持装置５に保持され、他のマスタからの読み出し要求がその転送状態保持装置５に保持されたスレーブのアドレスに該当する場合であっても、スレーブへのデータの書き込み完了を待つこと無く、そのマスタより転送状態保持装置５に保持されたデータを読み出し可能にすることができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるバス装置を示すブロック図であり、図において、バス装置３１は、Ｘ＋１個のマスタ３２ｍ０〜３２ｍＸと、Ｙ＋１個のスレーブ３３ｓ０〜３３ｓＹとが相互に接続されて、それら接続されたマスタ３２ｍ０〜３２ｍＸおよびスレーブ３３ｓ０〜３３ｓＹ間相互のデータ転送を行うものである。
バス装置１において、バスライン３４は、マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸおよびスレーブ３３ｓ０〜３３ｓＹに接続可能にされ、接続されたマスタおよびスレーブ間のデータを転送するものである。アービタ３６は、マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸからのバス使用要求に応じて該当するマスタおよびスレーブ間が接続されるようにバスライン３４を制御するものである。なお、転送状態保持装置は、各マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸに設けられるものである。
バス要求信号４３は、マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸがそれぞれアービタ３６に対しバス使用要求を発行するために使用するものである。ＲＥＴＲＹ信号４６は、スレーブがビジー状態またはスレーブが転送を完了するのに非常に多数のサイクルを必要とすると判断して、マスタに対して再転送要求を出すために使用するものである。バスグラント信号７１は、アービタ３６がマスタ３２ｍ０〜３２ｍＸからのバス要求に対してバス使用許可を発行するために使用するものである。

図６はマスタを示すブロック図であり、図において、マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸは、自マスタ全体を制御する中央処理装置８１、バス要求信号４３および通信信号を生成する通信信号生成装置８２、スレーブからのＲＥＴＲＹ信号４６に応じて通信信号の転送を停止すると共に、そのスレーブのレディ状態（転送許可状態）に応じて通信信号の転送をその停止位置から再開する転送状態保持装置８３により構成されたものである。
転送状態保持装置８３は、通信信号生成装置８２が生成する通信信号を保持するレジスタ８４、ＲＥＴＲＹ信号４６がディアサートされ、且つバスグラント信号７１がアサートされた時にレジスタ８４の内容を更新し、ＲＥＴＲＹ信号４６がアサートされるか、またはバスグラント信号７１がディアサートされた時にレジスタ８４の内容を保持するレジスタ制御装置８５により構成されたものである。
図７はこの発明の実施の形態２によるバス装置の動作を示すタイミングチャートである。

次に動作について説明する。
図５において、マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸがスレーブ３３ｓ０〜３３ｓＹと通信を行うには、まず、アービタ３６に対しバス要求信号４３を発行する。それを受けたアービタ３６は、当該マスタに対しバスグラント信号７１をアサートしてバスライン３４の使用権を与え、同時にバスライン制御信号１５を有意にする。これにより当該マスタの信号線と目的のスレーブの信号線とがバスライン３４を介して１対１に接続され、通信が可能となる。アービタ３６が通信が可能となった状態をバスグラント信号７１によりマスタに通知すると、図６において、マスタの通信信号生成装置８２は、転送を行うために通信信号をシステムクロックに同期して順次アサートする。アサートするにはレジスタ８４の内容を順次更新する。これによって、マスタ３２ｍ０〜３２ｍＸから信号線１００〜１０Ｘ、バスライン３４、信号線１１０〜１１Ｘを通じてスレーブ３３ｓ０〜３３ｓＹに通信信号が転送される。マスタからの通信信号を受けたスレーブは通信内容に応じ、応答を返す。正常に通信信号を処理した場合、スレーブは応答信号としてＯＫＡＹ信号を、そうでない場合はＥＲＲＯＲ信号をマスタに返す。ＯＫＡＹ信号をマスタが受信した場合は目的の転送が完了となる。

以上の転送動作の具体例として４回バースト転送の動作を図７に示す。図中（１）のクロックでマスタがアービタ３６に対しバス要求信号４３を発行し、（２）のクロックでアービタ３６がマスタに対しバスグラント信号７１をアサートしてバス使用権を発行する。アービタ３６は、バスライン制御信号１５を生成し、マスタとスレーブとをバスライン３４を介して接続する。（３）のクロックでマスタが転送を開始し、（４）のクロックでスレーブがＲＥＴＲＹ信号４３を発行し、直ちにアービタ３６は、バスグラント信号７１をディアサートする。（５）のクロックでマスタ内のレジスタ制御装置８５は、ＲＥＴＲＹ信号４６がアサート、バスグラント信号７１がディアサートされたのを感知して、転送を停止させるためにレジスタ８４のシフトを停止する。（６）のクロックでスレーブがＲＥＴＲＹ信号４６をディアサートし、レディ状態となる。同時にマスタがバス要求信号４３を発行し、（７）のクロックでバスグラント信号７１がアサートされマスタはバスライン３４の使用許可を得る。同時にレジスタ制御装置８５は、バスグラント信号７１がアサート、且つＲＥＴＲＹ信号４３がディアサートされているのを感知して、停止していた転送を停止位置から再開する。

以上のように、この実施の形態２によれば、データ転送途中のスレーブからのＲＥＴＲＹ信号に応じてマスタからのデータの転送を停止すると共に、スレーブのレディ状態に応じてマスタからのデータの転送をその停止位置から再開する。したがって、ＲＥＴＲＹ信号の発生の際に中断された途中から転送を再開可能にすることで、再転送の無駄なオーバーヘッドの発生を省き、効率的なデータ転送を実現することで、システムの性能向上を達成することができる。
また、アービタのバスライン３４の制御を簡単にすることができると共に、転送状態保持装置８３を各マスタ内に設けることで、バス装置３１の構成を簡単にすることができる。

この発明の実施の形態１によるバス装置を示すブロック図である。 マスタおよびスレーブ間の信号線を示す説明図である。 転送状態保持装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるバス装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２によるバス装置を示すブロック図である。 マスタを示すブロック図である。 この発明の実施の形態２によるバス装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１，３１ バス装置、２ｍ０〜２ｍＸ，３２ｍ０〜３２ｍＸ マスタ、３ｓ０〜３ｓＹ，３３ｓ０〜３３ｓＹ スレーブ、４，３４ バスライン、５，８３ 転送状態保持装置、６，３６ アービタ、１００〜１０Ｘ，１１０〜１１Ｙ，１２ 信号線、１３０〜１３Ｘ，１４，４３ バス要求信号、１５ バスライン制御信号、１６０〜１６Ｙ，４６ ＲＥＴＲＹ信号、１７ 転送切り替え制御信号、２１ Ｒ／ＷＦＩＦＯ、２２ アドレスＦＩＦＯ、２３ 転送タイプＦＩＦＯ、２４ 書き込みＦＩＦＯ、２５ マスタ識別子レジスタ、２６ 切り替えスイッチ制御手段、２７ ＦＩＦＯＲ／Ｗ制御信号、２８ 転送方向切り替えスイッチ、７１ バスグラント信号、８１ 中央処理装置、８２ 通信信号生成装置、８４ レジスタ、８５ レジスタ制御装置。

Claims (2)

1. 複数のマスタおよび複数のスレーブに接続可能にされ、それら接続されたマスタおよびスレーブ間のデータを転送するバスラインと、
   上記バスラインに接続可能にされ、そのバスラインを通じて接続されたマスタからのデータを保持すると共に、その保持したデータをそのバスラインを通じて接続されたスレーブに転送する転送状態保持装置と、
   上記マスタからのバス使用要求に応じて該当するマスタおよびスレーブ間が接続されるように上記バスラインを制御し、そのデータ転送途中のスレーブからの再転送要求に応じて該当するマスタおよび上記転送状態保持装置間の接続に変更されるようにそのバスラインを制御すると共に、そのデータ転送途中のスレーブの転送許可状態に応じて上記転送状態保持装置およびそのスレーブ間の接続に変更されるようにそのバスラインを制御するアービタとを備えたバス装置。
2. 転送状態保持装置は、
   マスタからのデータと共に、そのデータの転送先となるスレーブのアドレスを保持し、
   アービタは、
   他のマスタからの読み出し要求が上記転送状態保持装置に保持されたスレーブのアドレスに該当する場合に、その他のマスタおよびその転送状態保持装置間の接続に変更されるようにバスラインを制御し、その他のマスタよりその転送状態保持装置に保持されたデータを読み出し可能にしたことを特徴とする請求項１記載のバス装置。

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