JP4512303B2 - 最適なアクセスのためのレジスタ構成 - Google Patents
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Description
発明の分野
この発明はデータ処理に関し、より特定的には、レジスタへの最適なアクセスが得られるようレジスタを構成することに関する。
【0002】
背景技術
CPUとメモリサブシステムとを含むコンピュータシステムにおいて、ネットワークコントローラはPCIバスを介してCPUおよびメモリと通信する。特定的には、CPUはさまざまな制御およびステータスビットを、ネットワークコントローラ内の多数のレジスタに書込みかつこれらから読出して、フレーム送信および受信を開始および完了させて、ネットワークコントローラのステータスを確認し、かつその機能を制御する。
【0003】
ネットワークコントローラ内のレジスタへのPCIバスを介した直接アクセスは、CPUの動作を実質的に遅延させる。したがって、そのようなアクセスのCPU性能への影響を減じるようレジスタを構成することが望ましい。
【0004】
発明の開示
この発明は、ホストプロセッサのレジスタへのアクセスを最適化するための、データ処理システムにおけるレジスタ構成の新規な方法を提案する。ホストプロセッサによってデータの読出しのためにのみ頻繁にアクセスされるレジスタは、第1のグループに組み合わされ得る。このグループのレジスタは、レジスタアドレスの第1の末端に対応する連続アドレスを割当てられる。ホストプロセッサによってデータの書込みのためにのみ頻繁にアクセスされるレジスタは、第2のグループに組み合わされ得る。このグループのレジスタには、レジスタアドレス範囲の第1の末端に対して反対側である第2の末端に対応する連続アドレスが割当てられる。
【0005】
さらに、ホストコンピュータによって読出しおよび書込みの両方のために頻繁にアクセスされねばならないレジスタは、第3のグループに組み合わされ得る。第3のグループのレジスタは、第1のグループのアドレスと第2のグループのアドレスの間の連続アドレスを割当てられる。
【0006】
この発明の1つの局面にしたがうと、データ処理システムは、ホストプロセッサと、ホストプロセッサがアクセス可能である多数のレジスタを含むレジスタブロックとを含む。レジスタブロックは、ホストプロセッサによって頻繁に読出されねばならないレジスタを組合せた第1のレジスタグループと、ホストプロセッサによって頻繁に書込まれねばならないレジスタを組合せた第2のレジスタグループとを含む。レジスタブロックはまた、ホストプロセッサによって頻繁に読出しおよび書込みの両方が行なわれなければならないレジスタを組合せた第3のレジスタグループをも含む。
【0007】
たとえば、第1のレジスタグループは、システムの通常の動作の間にホストプロセッサによる読出アクセスしか必要としないレジスタを含み得、第2のレジスタグループはシステムの通常の動作の間にホストプロセッサによる書込アクセスしか必要としないレジスタを含み得、第3のレジスタグループはホストプロセッサによる読出および書込アクセスの両方を必要とするレジスタを含み得る。
【0008】
この発明の別の局面によると、ホストプロセッサはPCIインターフェイスを介してレジスタブロックにアクセスし得る。レジスタブロック内のレジスタの構成は、ホストコンピュータが単一のPCIバースト読出トランザクションで第1のレジスタグループにアクセスし、かつ単一のPCIバースト書込トランザクションで第2のレジスタグループにアクセスすることを可能にする。
【0009】
さらに、この発明はホストコンピュータが単一のPCIバースト読出トランザクションで第1および第3のレジスタグループにアクセスし、かつ単一のPCIバースト書込トランザクションで第2および第3のレジスタグループにアクセスすることを可能にする。
【0010】
たとえば、ホストは単一のバースト読出転送で第1および第3のグループのレジスタに読出アクセスを行ない得る。次いで、ホストは単一のバースト書込転送で第2および第3のグループのレジスタに書込アクセスを行ない得る。
【0011】
この発明のさらに別の目的や利点は、以下の詳細な説明により、当業者においては容易に明らかとなるであろうが、発明の実行において企図されるベストモードの例示としてのみ、この発明の好ましい実施例のみが示され説明されている。認識されるように、この発明は他のおよび異なった実施例が可能であり、そのいくつもの細部が、すべてこの発明から逸脱することなく、さまざまな明白な点で変更が可能である。したがって、図面と説明とは例示的な性質であって、限定的なものではないと理解されるべきである。
【0012】
発明を実行するためのベストモード
この発明は一般的にデータ処理の分野に適用可能であるが、この発明を実施するためのベストモードは、イーサネット(R)(IEEE802.3)ネットワークなどの、パケット交換ネットワークにおけるネットワークインターフェイスの実現化に一部基づく。
【0013】
図1は、この発明の実施例にしたがったイーサネット(R)ネットワークのメディアにアクセスする、例示的なネットワークインターフェイス10のブロック図である。
【0014】
好ましくは単一チップ32ビットイーサネット(R)コントローラであるネットワークインターフェイス10は、たとえば周辺装置相互接続(PCI)ローカルバスなどのコンピュータのローカルバス12と、イーサネット(R)ベースのメディア50との間にインターフェイスを提供する。参照番号50は、実際のネットワークメディア、またはこれに代えて、ネットワークメディアに結合された物理層トランシーバへの信号経路(たとえばメディア独立インターフェイス(MII))を識別する。
【0015】
ネットワークインターフェイス10は、PCIバスインターフェイスユニット16、メモリ制御ユニット18、ネットワークインターフェイス部20、デスクリプタ管理ユニット22、ならびに、レジスタ制御およびステータスユニット24を含む。ネットワークインターフェイス部20は、IEEE802.3準拠および全二重通信可能メディアアクセス制御(MAC)コア26、外部10Mb/s、100Mb/s、または1000Mb/sトランシーバを接続するためのメディア独立インターフェイス(MII)ポート28、外部アドレス検出インターフェイス(EADI)ポート30、およびネットワークポートマネージャユニット32を含む。ネットワークインターフェイス10はまた、外部EEPROMの読出および書込のためのEEPROMインターフェイス34、LED制御36、IEEE1149.1準拠JTAGバウンダリスキャンテストアクセスポートインターフェイス38、クロック生成ユニット40、および拡張バスインターフェイス42を含む。拡張バスインターフェイス42は、フレーム記憶のための外部または内部データメモリ(図1には示さず)へ、かつスタートアップの間のブートROM用途の不揮発性(たとえばEPROMまたはフラッシュメモリ)記憶装置へインターフェイスする。
【0016】
PCIローカルバス規格(改訂2.2)準拠のPCIバスインターフェイスユニット16は、ホストコンピュータメモリからPCIバス12を介してデータフレームを受取る。PCIバスインターフェイスユニット16は、デスクリプタ管理ユニット22の制御下で、ホストコンピュータからの転送をPCIバス12を介して受取る。たとえば、PCIバスインターフェイスユニット16から受取られた送信データはメモリ制御ユニット18に送られて、そのデータメモリに記憶される。次いで、メモリ制御ユニット18は送信データをデータメモリから検索し、それを最終的なネットワークへの送信のためにMAC26に送る。同様に、ネットワーク50からの受信データはMAC26によって処理され、メモリ制御ユニット18に送られてデータメモリに記憶される。次いで、メモリ制御ユニット18は受信データをデータメモリから検索し、それをPCIバス12を介したホストコンピュータへの転送のためにPCIバスインターフェイスユニット16に送る。
【0017】
デスクリプタ管理ユニット22は、PCIバスインターフェイスユニット16を介したホストコンピュータからの、およびホストコンピュータへのデータ転送を管理する。ホストコンピュータのメモリに含まれているデータ構造は、データバッファのサイズおよび場所と、さまざまな制御およびステータス情報とを特定する。デスクリプタ管理ユニット22はメモリ制御ユニット18とインターフェイスして制御情報を送信データストリームに挿入し、かつ受信データストリームからステータス情報を検索する。
【0018】
ネットワークインターフェイス部20は、メディア50を介してリンクパートナー内の対応の自動ネゴシエーション機能ユニット(たとえば集中型ハブ、リピータ、ワークステーション、またはスイッチ)と通信することにより自動ネゴシエーション機能を行なうネットワークポートマネージャ32を含む。
【0019】
ネットワークインターフェイス10はまた、Magic Packet技術およびPCIバスパワー管理インターフェイス規格プロトコルへの準拠を含む、Microsoft OnNowおよびACPI規格にしたがって、ネットワークメディア50上の予め定められたパターンを検出することにより、ネットワークメディア50を介したホストコンピュータの遠隔起動(すなわち、電源投入)を可能にするパワー管理ユニット44を含む。
【0020】
ネットワークインターフェイス10はまた、MIBカウンタユニット46を含むが、これはフレーム送受信についての情報をMAC26から受取り、ネットワーク管理のために必要な統計を維持する。これらの統計は、ホストコンピュータによりPCIバスインターフェイスユニット16を介してアクセスされる。
【0021】
図2を参照すると、ネットワークインタフェイス10はレジスタ論理ブロック100を含み、これはホストCPUにアクセス可能であるネットワークインターフェイス10のトップレベルレジスタを管理する。レジスタ論理ブロック100はレジスタインターフェイス104を介してPCIバスインターフェイスユニット16に結合され、レジスタへの読出および書込アクセスを可能にする。PCIバスインターフェイスユニット16はホストCPU102によるレジスタへの読出および書込アクセスを認識し、レジスタアドレス信号と書込および読出信号とをレジスタ論理ブロック100に送る。レジスタアドレス信号はPCIバス12からアクセスされるべきレジスタを識別する。書込および読出信号は、書込または読出アクセス動作が行なわれているかどうかを識別する。アクセスされたレジスタに書込まれている、またはここから読出されているデータは、PCIバス12およびレジスタインターフェイス104内のデータバスを介して転送される。
【0022】
たとえば、レジスタ論理ブロック100は、デコーダと、コマンドレジスタcmd0〜cmd3、ステータスレジスタstat0,stat1、割込みレジスタint0,int1および割込みイネーブルレジスタinten0,intenなどの、多数のグローバスレジスタとを含み得る。デコーダはPCIバスインターフェイスユニット16を介してアクセスされるレジスタのアドレスをデコードし、選択されたレジスタへのアクセスを提供する。
【0023】
コマンドレジスタは、ネットワークインターフェイス10のさまざまなブロックによってコマンドとして解釈された制御ビットを含み得る。たとえば、コマンドレジスタは、ネットワークインターフェイス10に装着されたEEPROMの読出を行なうようネットワークインタフェイス10に命令するEEPROM読出コマンド、フレーム送信および受信動作を可能にする送信開始および受信開始コマンド、受信されるべきフレームの最後のバイトがローディングされたことを示す送信フレーム終了コマンドなどの、コマンドを含み得る。
【0024】
ステータスレジスタは、あるネットワークインターフェイス動作の状態を示すためのステータスビットを含み得る。たとえば、ステータスレジスタは現在および次の送信および受信ステータスを示すステータスビットを含み得る。
【0025】
割込みレジスタは、さまざまな送信および受信割込み事象に対応する割り込みステータスビットを含み得る。送信割込み事象の中には、送信デスクリプタが処理されたときにアサートされる送信デスクリプタ割込み、送信バッファ内のいくつかのバイトが空いた場合にアサートされる空きバイト割込み、送信フレームが成功してネットワークに送信されたかまたはエラー条件などで中止されたかのいずれかを示す送信フレーム完了割込みなどが含まれる。受信割込み事象は、受信フレームの全体が処理されたことを示す受信フレーム完了割込み、ネットワークアダプタが受信データをシステムメモリに転送しようとしても使用できる受信デスクリプタがない場合にアサートされるデスクリプタ無し割込みなどが含まれる。割込みビットはPCIバスインターフェイスユニット16に送られて、割込み要求出力INTA/を活性化させる。
【0026】
割込みイネーブルレジスタは、割込みレジスタ内の割込みステータスビットに関連する割込みイネーブルビットを含み得る。割込みイネーブルルビットは、対応の割込みステータスビットに応答して割り込み要求出力INTA/の活性化を可能にするよう、予め定められた状態に設定される。
【0027】
PCIバスを介したネットワークインターフェイス内のレジスタへの直接アクセスは、CPUの動作を実質的に遅延させる。そのようなアクセスのCPU性能への影響を減じるために、この発明はレジスタブロック100内のレジスタの新規な構成を提案する。レジスタは、CPUが最適にアクセスできるよう構成される。特定的には、レジスタブロック100内のレジスタのアドレスが、PCIホストによるそのレジスタへの書込または読出アクセスの頻度にしたがって割当てられる。
【0028】
たとえば、CPU102によって頻繁に読出されねばならないレジスタは、併せてグループ化されて、ネットワークインターフェイス10において採用されるレジスタアドレス範囲の一方の末端に対応する、連続アドレスを割当てられる。CPU102によって頻繁に書込まれねばならないレジスタは、併せてグループ化されてレジスタアドレス範囲の反対側の末端に対応する連続アドレスを割当てられる。CPU102によって頻繁に読出および書込の両方が行なわれねばならないレジスタは併せてグループ化されて、第1のグループのアドレスと第2のグループのアドレスの間の連続アドレスを割当てられる。
【0029】
図3は、レジスタブロック100のレジスタアドレス範囲を示す例示的なレジスタマッピングテーブルを示す。たとえば、ネットワークインターフェイス10の通常の動作の間に、CPU102はステータスレジスタstat0およびstat1に読出アクセスのみを行なって、ステータス情報を読み出す。これらのレジスタへの書込アクセスは必要ではない。したがって、ステータスレジスタstat0およびstat1は併せてグループ化されて、レジスタアドレス範囲の下位の末端に対応するアドレスを割当てられる。たとえば、ステータスレジスタstat0およびstat1はそれぞれ16進法でのアドレス30および34を割当てられ得る。
【0030】
ネットワークインターフェイス10の通常の動作の間に、コマンドレジスタおよび割り込みイネーブルレジスタはCPU102によってデータ書込のためにのみアクセスされる。CPU102によるこれらのレジスタへの読出アクセスは必要ではない。よって、コマンドレジスタと割込みイネーブルレジスタは併せてグループ化されて、レジスタアドレス範囲の高位の末端に対応するアドレスを割当てられる。たとえば、コマンドレジスタcmd3,cmd2,cmd1およびcmd0はそれぞれ16進法でアドレス54、50、4c、および48を割当てられ得る。割込みイネーブルレジスタinten1およびinten0もまた、それぞれ16進法でアドレス44および40を割当てられる。
【0031】
CPU102は、読出アクセスを割込みレジスタint0およびint1に対して行ない、割込み事象を示す割込みステータスビットを読出す。割込みレジスタint0およびint1の読出しの後で、CPU102はこれらのレジスタへの書込アクセスを行なって、割込みステータスビットをクリアする。よって、割込みレジスタint0およびint1は頻繁にCPU102により読出および書込を行なわれなければならない。したがって、これらのレジスタはグループ化されてステータスレジスタを組合せたグループに割当てられた下位のアドレスと、コマンドおよび割込みイネーブルレジスタを組合せたグループに割当てられた上位のレジスタとの間のアドレスを割当てられる。たとえば、割込みレジスタint0およびint1はそれぞれ16進法のアドレス38および3cを割当てられ得る。
【0032】
レジスタは、ネットワークインターフェイス10の状態またはレジスタ内のどのビットの値を変化させることもなく、レジスタへの読出アクセスを提供するよう設計される。
【0033】
この発明のレジスタ構成は、CPU120が単一のバースト転送を用いて連続アドレスを有するレジスタのグループにアクセスすることを可能にする。特定的には、CPU102によって読出のみを行なわれるべき第1のグループのレジスタは、PCIバス12を介して単一のバースト読出転送によってアクセスされ得る。CPU102によって書込みのみを行なわれるべき第2のグループは、PCIバス12を介して単一のバースト読出転送によってアクセスされる。
【0034】
さらに、CPU102によって読出および書込みされるべき第3のグループのレジスタは、第1のグループへのバースト読出転送が行なわれている間に読出のためにアクセスされ、第2のグループへのバースト書込転送が行なわれている間に書込のためにアクセスされる。
【0035】
たとえば、割込み要求ピンINTA/の活性化に応答して、CPU102はPCIバスを介して単一のバースト読出転送を用いて連続アドレスを有するstat0,stat1,int0およびint1レジスタを読み出す。次いで、CPU102は、int0およびint1レジスタへ、およびもし必要であれば、inten0,inten1,cmd0,cmd1,cmd2およびcmd3レジスタへ、PCIバス12を介して単一のバースト書込転送を用いて書込アクセスを行なう。
【0036】
ここまで、ネットワークインターフェイス12におけるレジスタへのホストCPUの最適化を可能にし、そのようなアクセスのCPU性能への影響を減じるための、レジスタ構成が説明されてきた。CPUによって頻繁に読出されねばならないレジスタは第1のグループに組合され、レジスタアドレス範囲の一方の末端に対応する連続アドレスを割り当てられる。CPUによって頻繁に書込まれねばならないレジスタは第2のグループに組合され、レジスタアドレス範囲の反対側の末端に対応する連続アドレスを割当てられる。CPUによって頻繁に読出しおよび書込みの両方が行なわれねばならないレジスタは、第3のグループに組合されて、第1のグループのアドレスと第2のグループのアドレスとの間の連続アドレスを割当てられる。
【0037】
こうして、ホストCPUはPCIバスを介して単一のバースト読出トランザクションで第1および第3のグループのレジスタに読出アクセスを行ない、単一のPCIバースト書込転送で第2および第3のグループのレジスタに書込アクセスを行なうことができる。単一のPCIバーストトランザクションでの連続アドレスを有するレジスタへのアクセスは、各レジスタへの個々のPCIアクセスよりも速く行なわれるので、この発明はコンピュータシステムの性能を実質的に向上させる。
【0038】
当業者においては、この発明が、発明の概念の精神および範囲の中に多数の変更を認めることが認識されるであろう。たとえば、レジスタアドレスはいくつもの異なった態様で構成されてもよい。
【0039】
以上、この発明の好ましい実施例と考えられるものが説明されたが、この中でさまざまな変更が可能であり、この発明はさまざまな形および実施例で実現することができ、いくつもの用途に適用され得るものであるが、その中の一部のみがここで説明されたことを理解されたい。発明の真の範囲に含まれるそのような変更および展開例のすべては、前掲の特許請求の範囲によって主張されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明を実現し得る例示的なネットワークインターフェイスのブロック図である。
【図2】 この発明のレジスタアクセス方式を示すブロック図である。
【図3】 この発明の例示的なレジスタアドレス範囲を示すブロック図である。
Claims (14)
- ホストプロセッサによって直接アクセス可能であるレジスタを有するデータ処理システムにおけるレジスタブロックのレジスタへホストプロセッサがアクセスするための方法であって、
レジスタブロックにおいて、
ホストプロセッサによって読出されねばならないレジスタを第1のグループにグルーピングするステップと、
ホストプロセッサによって書込まれねばならないレジスタを第2のグループにグルーピングするステップと、
ホストプロセッサによって読出しおよび書込みの両方が行なわれねばならないレジスタを第3のグループにグルーピングするステップと、
第1のグループにおけるレジスタにアドレス範囲の第1の末端に対応する連続アドレスを割当てるステップと、
第2のグループにおけるレジスタに、アドレス範囲の第1の末端に対して反対側の第2の末端に対応する連続アドレスを割当てるステップと、
第3のグループにおけるレジスタに、第1のグループのアドレスと第2のグループのアドレスとの間の連続アドレスを割当てるステップと、
ホストプロセッサにおいて、
第1のグループにおけるレジスタに単一のバースト読出転送でアクセスするステップと、
第2のグループにおけるレジスタに単一のバースト書込転送でアクセスするステップと、
第1および第3のグループにおけるレジスタに単一のバースト読出転送でアクセスするステップと、
第2および第3のグループにおけるレジスタに単一のバースト書込転送でアクセスするステップとを含む、方法。 - データ処理システムであって、
ホストプロセッサと、
ホストプロセッサによってアクセス可能である多数のレジスタを含むレジスタブロックとを含み、レジスタブロックは、
ホストプロセッサによって読出されねばならないレジスタをグルーピングした第1のレジスタグループと、
ホストプロセッサによって書込まれねばならないレジスタをグルーピングした第2のレジスタグループとを含み、
レジスタブロックは、ホストプロセッサが第1のレジスタグループにおけるレジスタに単一のバースト読出転送でアクセスすることを可能にするよう構成され、
レジスタブロックは、ホストプロセッサが第2のレジスタグループにおけるレジスタに単一のバースト書込転送でアクセスすることを可能にするよう構成され、
レジスタブロックは、ホストプロセッサによって読出しおよび書込みの両方が行なわれねばならないレジスタをグルーピングした第3のレジスタグループを含み、レジスタブロックは、ホストプロセッサが第1および第3のレジスタグループにおけるレジスタに単一のバースト読出転送でアクセスし、かつ第2および第3のレジスタグループにおけるレジスタに単一のバースト書込転送でアクセスすることを可能にするよう構成される、データ処理システム。 - 第3のレジスタグループにおけるレジスタは、第1のレジスタグループのアドレスと第2のレジスタグループのアドレスとの間の連続アドレスを割当てられる、請求項2に記載のデータ処理システム。
- ホストプロセッサのレジスタブロックへのアクセスを提供するPCIインターフェイスをさらに含む、請求項3に記載のデータ処理システム。
- レジスタブロックは、ホストプロセッサが単一のPCIバースト読出トランザクションで第1のレジスタグループのレジスタにアクセスすることを可能にするよう構成される、請求項4に記載のデータ処理システム。
- レジスタブロックは、ホストプロセッサが単一のPCIバースト書込トランザクションで第2のレジスタグループのレジスタにアクセスすることを可能にするよう構成される、請求項4に記載のデータ処理システム。
- レジスタブロックは、ホストプロセッサが単一のPCIバースト読出トランザクションで第1および第3のレジスタグループのレジスタにアクセスすることを可能にするよう構成される、請求項4に記載のデータ処理システム。
- レジスタブロックは、ホストプロセッサが単一のPCIバースト書込トランザクションで第2および第3のレジスタグループのレジスタにアクセスすることを可能にするよう構成される、請求項4に記載のデータ処理システム。
- 第1のレジスタグループは、ホストプロセッサによる読出アクセスのみを必要とするレジスタを含み、第2のレジスタグループは、ホストプロセッサによる書込アクセスのみを必要とするレジスタを含み、第3のレジスタグループは、ホストプロセッサによる読出および書込アクセスの両方を必要とするレジスタを含む、請求項2に記載のデータ処理システム。
- ホストにPCIインターフェイスを介してレジスタブロックのレジスタへアクセスさせる方法であって、
レジスタブロックにおいて、
ホストによってアクセスされねばならないレジスタをグループにグルーピングするステップを含み、
グルーピングするステップは、
ホストによって読出されねばならないレジスタを第1のグループにグルーピングするステップと、
ホストによって書込まれねばならないレジスタを第2のグループにグルーピングするステップと、
ホストによって読出しおよび書込みの両方が行なわれねばならないレジスタを第3のグループにグルーピングするステップとを含み、
方法は、
ホストにおいて、
単一のPCIバーストトランザクションを用いて、グループのすべてのレジスタにアクセスを行なうステップをさらに含み、
アクセスを行なうステップは、
単一のPCIバースト読出トランザクションを用いて、第1のグループのすべてのレジスタにアクセスを行ない、かつ単一のPCIバースト書込トランザクションを用いて、第2のグループのすべてのレジスタにアクセスを行なうステップと、
単一のPCIバースト読出トランザクションを用いて、第1および第3のグループのすべてのレジスタにアクセスを行なうステップとをさらに含む、方法。 - ホストにおいて、単一のPCIバースト書込トランザクションを用いて、第2および第3のグループのすべてのレジスタにアクセスを行なうステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- レジスタブロックにおいて、ホストに、単一のPCIバースト読出トランザクションで、第1および第3のグループのレジスタへの読出アクセスを許可するステップと、
その後に、ホストに、単一のPCIバースト書込トランザクションで、第3のグループのレジスタへの書込アクセスを許可するステップとをさらに含む、請求項11に記載の方法。 - ホストは、単一のPCIバースト書込トランザクションで、第2および第3のグループのレジスタへの書込アクセスを許可される、請求項12に記載の方法。
- 第1のグループはホストプロセッサによる読出アクセスのみを必要とするレジスタを含み、第2のグループはホストプロセッサによる書込アクセスのみを必要とするレジスタを含み、第3のグループはホストプロセッサによる読出および書込アクセスの両方を必要とするレジスタを含む、請求項10に記載の方法。
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