JP4685800B2 - スケーラブルなバス構造 - Google Patents

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Description

本発明は、一般的にはデジタルシステムに関し、より詳細にはスケーラブルなバス構造に関する。
洗練された処理タスクが素早く実行されることを可能にすることにより、計算機は電子産業界に革命を起こしてきた。これらの洗練されたタスクは、バスを用いる速く効率的な方法で互いと通信する多くの複雑な要素を含むシステムにより実行されることができる。バスは計算機、計算機サブシステム、計算機システム、あるいは他の電子システム内の要素間のチャネルあるいはパス(path)である。
計算機内にある(resident)多くのバスは伝統的に共有バスとして実現されてきた。共有バスは、いずらかの数の要素が共通のパスあるいはチャネル上で通信するための手段を提供する。近年、共有バス技術は1対1(point−to−point)スイッチング接続により補われてきた。1対1スイッチング接続はバス上の2要素間での直接接続を提供し、同時にそれらはお互いに通信する。マルチプル直接リンクはいくつかの要素が同時に通信できるようにするために使用されることができる。
計算機向けの共通の構成はシステムメモリを持つマイクロプロセッサを含む。高帯域システムバスがそれら2つの間の通信をサポートするために使用されることができる。加えて、データを周辺機器に転送させるために使用される周辺バスも存在できる。ある場合には、様々な資源(resource)を規定する(programming)目的で使用されるコンフィギュレーション(configuration)バスもありえる。必要なプロトコル変換を提供するためだけでなく、より高帯域幅のバスとより低帯域幅のバスとの間でデータを効率的に転送するために、ブリッジ(bridges)が使用されることができる。これらのバスのそれぞれは異なるプロトコルで実現されてきており、それらの間の性能要件(requirement)において幅広い変種を持つことができる。
計算機におけるマルチプルバス構造の利用は長年の間、実行できる解決策を提供してきた。しかし、面積と電力とが集積回路向けの主要な設計考慮事項として出現しているため、バス構造の複雑さを減らすことがますます望ましくなってきた。
本発明の第1の観点では、バス上における送信要素と受信要素との間で通信する方法は、読み出しアドレス情報及び書き込みアドレス情報と、読み出し制御信号及び書き込み制御信号と、書き込みデータとを前記バスの第1チャネル上で前記送信要素からブロードキャストすることを含む。前記方法は、前記第1チャネル上でブロードキャストされた、前記書き込みデータと、前記読み出し制御信号及び前記書き込み制御信号と、前記読み出しアドレス情報及び前記書き込みアドレス情報とを前記受信要素が区別できるように、前記送信要素から前記受信要素へシグナリングすることも含む。前記方法はさらに、前記書き込みアドレス情報と前記書き込み制御信号とに基づいて、前記受信要素において前記第1チャネル上でブロードキャストされた書き込みデータを格納し、前記読み出しアドレス情報と前記読み出し制御信号とに基づいて、前記受信要素から読み出しデータを引き出し、引き出された読み出しデータを第2チャネル上で前記受信要素からブロードキャストすることを含む。
本発明の別の観点では、処理システムは第1チャネルと第2チャネルとを有するバスを含む。前記処理システムは、前記第1チャネル上で、読み出しアドレス情報と、書き込みアドレス情報と、読み出し制御信号と、書き込み制御信号と、書き込みデータとをブロードキャストするよう構成された送信要素を含む。前記処理システムはさらに、前記書き込みアドレス情報と前記書き込み制御信号とに基づいて、前記第1チャネル上でブロードキャストされた書き込みデータを格納し、前記読み出しアドレス情報と前記読み出し制御信号とに基づいて、読み出しデータを引き出し、前記送信要素に前記第2チャネル上で前記引き出された読み出しデータをブロードキャストするよう構成された受信要素を含む。前記送信要素はさらに、前記第1チャネル上でブロードキャストされた、前記書き込みデータと、前記読み出し制御信号及び前記書き込み制御信号と、前記読み出しアドレス情報及び前記書き込みアドレス情報とを区別できるように、前記受信要素をシグナリングするよう構成される。
本発明のさらに別の観点では、処理システムは第1チャネルと第2チャネルとを有するバスを含む。前記処理システムは、前記第1チャネル上で、読み出しアドレス情報と、書き込みアドレス情報及び読み出しアドレス制御信号と、書き込みアドレス制御信号及び書き込みデータとをブロードキャストするための送信手段も含む。前記処理システムはさらに、前記書き込みアドレス情報と前記書き込み制御信号とに基づいて、前記第1チャネル上でブロードキャストされた書き込みデータを格納し、前記読み出し信号と前記読み出し制御信号とに基づいて、読み出しデータを引き出し、前記送信要素に前記第2チャネル上で前記引き出された読み出しデータをブロードキャストするための受信手段を含む。前記送信手段はさらに、前記受信要素が、前記第1チャネル上でブロードキャストされた、前記書き込みデータと、前記読み出し制御信号及び前記書き込み制御信号と、前記読み出しアドレス情報及び前記書き込みアドレス情報とを区別できるように、前記受信手段をシグナリングするための手段を含む。
本発明の他の実施形態は、図解の方法で本発明の様々な実施形態が示されそして記述されている以下の詳細な記述から当業者にとって容易に明白となることが理解されるであろう。すべて本発明の精神と範囲とから逸脱することなく、理解されるように、本発明は他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は様々な他の側面における変更が可能である。したがって、図面と詳細な記述とは、本質的に例として、そして制限的でないとしてみなされるべきである。
発明の詳細な説明
本出願は、2004年2月4日に出願された米国特許出願第60/542114号の優先権を主張する。
本発明の側面は例として図解されているのであり、添付図面に制限されない。
添付された図面と関連して以下の詳細な記載は、本発明の様々な実施形態の記載とみなされ、本発明が実践される可能性のある実施形態のみを表現することを意図したものではない。詳細な記載は本発明の完全な理解を提供する目的のために具体的な詳細を含む。しかし、当業者にとってはこれらの具体的な詳細がなくても本発明が実践できることが明白であろう。いくつかの例では、本発明の概念を不明瞭にすることを避けるため、よく知られた構造と要素とがブロック図の形式で示されている。略語と他の叙述的な用語とが単に便宜と明快さとのためのみで使用される可能性があり、本発明の範囲を制限することは意図されていない。
処理システムにおける様々な要素はバス上で通信できる。様々な要素の帯域幅の必要条件をサポートするため、このバスは幅とクロック周波数とに関してスケーラブル(scalable)であってもよい。このバスはまた、すべてのスケーラブルな構成のために、共通のアーキテクチャとシグナリングプロトコルとを使用できる。これは、そのバスのシグナリングプロトコルを、情報を送信あるいは受信することのどちらか一方に必要なそれらの信号のみに減らすことにより達成されることができる。
そのバスは、時分割多重の仕方と同一のシグナリングプロトコルを用いて、送信要素から受信要素へ情報をブロードキャストするための一般的な媒体を提供する「送信チャネル」と共に構成されることができる。「受信チャネル」は同一のシグナリングプロトコルを用いて受信要素から送信要素へ情報をブロードキャストすることもできる。
図1はこの基本的概念を説明する概念的なブロック図である。2つの要素間のバス上の1対1接続が処理システム内に示されている。処理システム100は1あるいは2以上の処理機能を実行するために協力する要素の集合であってもよい。典型的には、処理システムは計算機であり、あるいは計算機の中にあって、情報の処理、引き出し、格納ができるであろう。処理システムはスタンドアロンであることが可能である。あるいは、処理システムは例として携帯電話を含む、いずれかの装置に組み込まれることができる。
この処理システム100の1実施形態では、バス106は送信要素102と受信要素との間の専用バスである。処理システム100の別の実施形態では、送信要素102は受信要素104と、(図示しない)バス相互接続を介してバス106上での1対1接続で通信する。その上、当業者には容易に認識できるであろうに、本明細書のいたるところに記載されている独創的な側面は専用バスあるいは1対1スイッチング接続に限られるものではなく、例として共有バスを含むあらゆる種類のバス技術に適用されることができる。
送信要素102は、例としてマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、直接メモリアクセスコントローラ、ブリッジ、プログラマブル論理要素、ディスクリートゲートあるいはトランジスタロジック、あるいは任意の他の情報処理要素を含む、任意の種類のバスマスタリング(mastering)要素であってもよい。
受信要素104は例として、レジスタ、メモリ、ブリッジ、あるいは、情報を引き出し格納できる任意の他の要素を含む任意の格納要素であることができる。その受信要素の各アドレス位置での記憶容量は特定のアプリケーションと全体の設計制約とに依存して変わってもよい。説明の目的のため、受信要素はアドレス位置ごとに1バイトの記憶容量を持って記述されよう。
送信要素102は受信要素104から読み出され、あるいは受信要素104に書き込まれることができる。送信要素102が受信要素104に書き込む場合、送信要素は、送信チャネル108上で受信要素104へ、アドレス位置と適切な制御信号とペイロード(payload)とをブロードキャストすることができる。「ペイロード」は特定の読み出し動作あるいは書き込み動作、この場合では書き込み動作、と関連づけられたデータのことを指す。
制御信号は転送修飾句(transfer qualifier)を含むことができる。用語「転送修飾句」は、書き込み動作、読み出し動作、あるいは別のバスに関連した動作の属性(attribute)を記述するパラメータのことを指す。この場合、転送修飾句は、そのペイロード内に含まれるデータバイトの数を示すために「ペイロードサイズ信号」を含めることができる。そのペイロードが複数のバイトである場合、受信要素104は送信チャネル108上でブロードキャストされたアドレス位置で始まる連続したアドレス位置のブロック内にそのペイロードを格納できる。例として、送信デバイス102が4バイトの書き込みデータが続くアドレス位置100HEXをブロードキャストした場合、受信要素104は100HEXで始まり、103HEXで終わる連続したアドレス位置のブロックにそのペイロードを書き込むことができる。
制御信号は書き込みバイトイネーブル(write byte enables)も含むことができる。「書き込みバイトイネーブル」は、書き込み動作に関しペイロードをブロードキャストするために送信チャネル108上のどのバイトレーンが使用されるかを示すために使用されることができる。例として、32ビットの送信チャネル108上でブロードキャストされる2バイトのペイロードは4つのバイトレーンのうち2つを使用できる。書き込みバイトイネーブルは、そのペイロードをブロードキャストするため送信チャネル108上のどの2つのバイトレーンが使用されるかを受信要素104に示すために使用できる。
送信要素102が受信要素104から読み出す場合、アドレス位置と適切な転送修飾句とは、送信チャネル108でブロードキャストされる必要のある情報のみであってもよい。その転送修飾句は、ペイロード内に含まれるデータバイトの数を示すためのペイロードサイズ信号を含むことができる。受信要素104はそのブロードキャストを受け取ったことを知らせ、受信チャネル110上にそのペイロードを送信してもよい。そのペイロードが複数のバイトである場合、受信要素104は送信チャネル108上でブロードキャストされたアドレス位置で始まる連続したアドレス位置のブロックからペイロードを読み出せる。例として、送信デバイス102がアドレス位置200HEXをブロードキャストし4バイトの読み出しパイロードを要求する場合、受信要素104は200HEXで始まり、203HEXで終わる連続したアドレス位置のブロックからペイロードを引き出すことができる。
ここまでに(thus far)記述された処理システムの実施形態において、送信要素102は送信チャネル108の全体の(total)制御を有し、活動中の書き込み動作、に先立って、の間、あるいは、の後に、それらの関連づけられた制御信号と共に、1あるいは2以上のアドレス位置をブロードキャストすることができる。その上、送信チャネル108と受信チャネル110とはまったく独立しており、送信要素によるアドレス位置と制御信号と書き込みデータとのブロードキャストは、受信要素104による読み出しデータのブロードキャストと同時に起こることがあってもよい。「書き込みデータ」は送信要素102によりブロードキャストされたデータのことを指し、「読み出しデータ」は受信要素104から読み出され受信チャネル110上でブロードキャストされたデータのことを指す。
送信チャネル108と受信チャネル110との上での読み出し動作と書き込み動作とのシーケンスを制御するため、暗黙のアドレッシングスキーム(scheme)が使用できる。例として、送信要素102が、送信チャネル108上で適切な制御信号と共に一連のアドレス位置をブロードキャストすることで、マルチプルな(multiple)書き込み動作を開始する場合、送信要素102はアドレス位置がブロードキャストされたのと同一のシーケンスで、各書き込み動作のためのペイロードをブロードキャストするであろう。同様に、送信要素102が適切な制御信号と共に一連のアドレス位置をブロードキャストすることで、マルチプルな読み出し動作を開始する場合、受信要素104はアドレス位置を受け取ったのと同一のシーケンスで、各読み出し動作のためのペイロードを引き出すであろう。
「転送タグ」は、この暗黙のアドレッシングスキームの代案として使用されてもよい。送信要素102はそれぞれの書き込み動作と読み出し動作とのために転送タグを割り当てることができる。その転送タグは送信チャネル108上でブロードキャストされた転送修飾句に含めることができる。書き込み動作の場合、送信要素102はペイロードと共に転送タグを送信でき、受信要素104はそのペイロードを同定するためにその転送修飾句から取り出された(recovered)転送タグを使用できる。読み出し動作の場合、受信要素104はそのペイロードと共に取り出された転送タグを送信でき、送信要素はそのペイロードを同定するために転送タグを使用できる。
ここまでに(thus far)記述された様々な概念はいずれかの数のプロトコルを使用しても実現されてもよい。続く詳細な記述において、バスプロトコルの例が提示されるであろう。処理システムの独創的な側面を説明するため、そのような独創的な側面が任意の相応しいプロトコルと共に使用されうるという理解と共に、このバスプロトコルは提示されている。送信チャネルに関する基本シグナリングは以下の表1に示される。当業者はここに記載するバス構造の現実の実現において、容易にこのプロトコルに対し信号を変更、及び/あるいは追加できるであろう。
Figure 0004685800
以下の表2に示されるように、受信チャネルに関する同一のシグナリングプロトコルが使用できる。
Figure 0004685800
このシグナリングプロトコルで使用される種類フィールドの定義は表3に示される。
Figure 0004685800
このシグナリングプロトコルにおける有効信号と転送要請信号との定義は表4に示される。
Figure 0004685800
図2は、32ビットの送信チャネルと32ビットの受信チャネルとの上での読み出し動作と書き込み動作とを図解するタイミング図である。システムクロック202は、送信要素と受信要素との間の通信を同期させるために使用されてもよい。システムクロック202は、11クロックサイクルで示され、説明しやすくするため各サイクルは連続的に番号が付けられている。
第2クロックサイクル203の間に、送信要素により書き込み動作が開始されることができる。これは、書き込み動作用のアドレス位置のブロードキャストをシグナリングする(signal)ために、有効信号204をアサートし、種類フィールド206を設定することにより達成されることができる。アドレス位置は、受信要素に向けて送信チャネル208上でブロードキャストされることもできる。このブロードキャストに応答して、受信要素はそのアドレスキュー(queue)中に当該アドレス位置を格納する。
アドレス位置のブロードキャストに、第3クロックサイクル205において書き込み動作用にブロードキャストされた制御信号が続いてもよい。送信要素は、有効信号204がアサートされた状態に保ち、種類フィールド206を適切に変更することで、ブロードキャストされたその制御信号について受信要素に警報を出せ(alert)る。ブロードキャストされた制御信号は、書き込み動作のため書き込みバイトイネーブルと転送修飾句とを含んでもよい。この場合、転送修飾句は8バイトペイロードを示しているペイロードサイズ信号を含めることができる。書き込みバイトイネーブルは、その8バイトペイロードが送信チャネル208のすべてのバイトレーン上で送信されるであろうことを示すことができる。受信要素はブロードキャストされたペイロードが2クロックサイクルにわたってブロードキャストされるであろうことをこの情報から判別できる。
書き込み動作用のペイロードの最初の4バイトは、第4クロックサイクルの間、送信チャネル208上でブロードキャストされることができる。送信要素は、ブロードキャストされたペイロードをシグナリングするため種類フィールド206を変更し、有効信号204をアサートされた状態に保つことで、ブロードキャストされたペイロードについて受信要素に警報を出せる。転送タグがない場合、受信要素は、その書き込みデータを、先に議論された暗黙のアドレッシングスキームに基づくペイロードの最初の4バイトとして認識する。このブロードキャストに応答して、ペイロードの最初の4バイトは受信要素に書き込むことができる。
続くクロックサイクル209において、送信チャネル208上でペイロードの第2の4バイトがブロードキャストされるように、有効信号204と種類フィールド206とは不変のままである。しかし、受信要素は、当該ブロードキャストを受け入れられないことを示している転送要請信号210を論じる(disserted)。送信要素はこの第5クロックサイクル209の終わりに転送要請信号210がアサートされていないことを検出し、続くクロックサイクル211において、そのペイロードの第2の4バイトのブロードキャストを再度行うことができる。送信要素は、送信要素が受信要素からの転送要請信号210のアサーションを検出するまで、クロックサイクルごとにペイロードの第2の4バイトをブロードキャストし続けてもよい。この場合、ただ1つの繰り返しのブロードキャストが要求される。ペイロードの第2の4バイトは第6クロックサイクルにおいて受信要素に書き込まれることができる。第6クロックサイクル211の終わりに、送信要素は転送要請信号210のアサーションを検出し、当該ブロードキャストが受け取られたことを判別する。
第7クロックサイクル213の間に送信要素により読み出し動作が開始されることができる。これは、読み出し動作のためのアドレス位置のブロードキャストをシグナリングするために、有効信号204をアサートし、種類フィールド206を設定することにより達成されることができる。そして、アドレス位置が受信要素へ送信チャネル208上でブロードキャストされることができる。このブロードキャストに応答して、受信要素はそのアドレスキューに当該アドレス位置を格納する。
アドレス位置のブロードキャストに、第8クロックサイクル215において読み出し動作用にブロードキャストされた制御信号が続くことが可能である。送信要素は、有効信号204をアサートされた状態に保ち、種類フィールド206を適切に変更することで、ブロードキャストされた制御信について受信要素に警報を出せる。ブロードキャストされた制御信号は、読み出し動作のために転送修飾句を含んでもよい。この場合、転送修飾句は4バイトペイロードを示しているペイロードサイズ信号を含むことができる。受信要素はブロードキャストされたペイロードが1クロックサイクルにわたってブロードキャストされうることをこの情報から判別できる。
受信要素の読み出し遅延時間のため、読み出しデータが利用可能となる前に、数クロックサイクルの遅延が経験され(experienced)てもよい。ひとたび4バイトのペイロードが利用可能となると、受信要素は有効信号212をアサートし、受信チャネル216上をブロードキャストされたペイロードをシグナリングする種類フィールド214をアサートできる。送信要素により転送要請信号218がアサートされるため、そのペイロードのブロードキャストが1クロックサイクル内で完了させられることができる。受信要素は第10クロックサイクル219の終わりにおいて転送要請信号218のアサーションを検出し、それによりそのペイロードのブロードキャストが成功したことを判別する。
図3は高性能バス上での2要素間の1対1接続を図解する概念的なブロック図である。高性能バスの送信チャネル108と受信チャネル110とは、各副チャネルが32ビット幅であるマルチプル副チャネルとして実現されることができきる。現実の実装において、副チャネルの数と各副チャネルの幅とは特定の応用の性能要件に依存して変化してもよい。この例では、送信チャネルは4つの32ビット副チャネル108a−108dを含み、受信チャネルは2つの32ビット副チャネル110a−110bを含む。この実装は、例として、計算機内のシステムバスあるいは任意の他の高性能バスに相応しいかもしれない。用語「副チャネル」はチャネル内の他のワイヤあるいは導線から独立して制御されてもよいワイヤあるいは導線の集まりを指す。これは、副チャネルが独立したシグナリング能力が提供されることができることを意味する。
いくつかの情報の組み合わせを同時にブロードキャストするため、この高性能バスが送信要素102により使用されることができる。例として、単一のクロックサイクル内で32ビットのアドレス位置と、転送修飾句と書き込みバイトイネーブルとを含む制御信号の32ビットと、書き込みデータの8バイトとを送信要素はブロードキャストできる。受信チャネル110の場合は、単一のクロックサイクル内で、読み出しデータの8バイトが受信要素104から送信要素102へブロードキャストされることができる。
ここまでに記述された処理システムの様々な実施形態は、読み出しデータ以外の、受信チャネル110上でブロードキャストされるあらゆる他の種類の情報を含まないため、副チャネルの必要がない。シグナリング要件(すなわち、副チャネルなし(no sub−channels))を減らすため、単一の64ビット受信チャネルが実現されてもよい。しかし、処理システムのある種の実施形態では、他の情報のブロードキャストを可能にするためにシグナリングプロトコルにおける種類フィールドが拡張されてもよい。例として、そのデータが受信要素104に書き込まれたことを送信要素にシグナリングするため、「書き込み応答」が受信チャネル110上にブロードキャストされることができる。書き込み応答は予約された種類フィールドの1つを用いて受信チャネル110上にブロードキャストされてもよい。この場合、読み出しデータと書き込み応答とが同時に受信チャネル110上にブロードキャストされうるために、2つの独立して制御された32ビットの副チャネルを有することが有益でありうる。そのうえ、2つの32ビット副チャネルで、読み出しデータの4バイト、読み出しデータの2バイト及び32ビットの書き込み応答、あるいは2つの32ビットの書き込み応答を同時にブロードキャストできる可能性もある。他方、単一の64ビット受信チャネル110は、いずれかの与えられたクロックサイクルにおいて、読み出しデータあるいは書き込み応答をサポートできるのみである可能性がある。
同様の方法で、標準コマンドのような、多くのバスプロトコルに共通する他の種類の情報のブロードキャストを含むために送信チャネルが拡張されることもできる。例として、バスに付属したマイクロプロセッサは、システム内の他の要素に、例えば、TAB同期コマンドやTAB無効コマンドのような、情報をブロードキャストする必要があってもよい。これらのコマンドは、付加的なシグナリングの必要性なしに種類フィールド内に分類されることができる。
図4は、4つの副チャネル108a−108dを持つ送信チャネル108の時分割多重の性質を図解するブロック図である。この例では、完全な8バイトのペイロードのブロードキャストが、単一のクロックサイクル内で4つの副チャネルにわたって完了させられる。より詳細には、第1クロックサイクル401の間に、第1の書き込み動作のために、第1の副チャネル108a上で32ビットのアドレス位置を、第2の副チャネル108b上で制御信号の32ビットを送信要素はブロードキャストすることができる。送信要素も、同じクロックサイクルの間に、第3の副チャネル108c上でペイロードのより高い順序の4バイトを、第4の副チャネル108d上でそのペイロードのより低い順序の4バイトをブロードキャストすることができる。副チャネル108a−108dのそれぞれは独立したシグナリング能力と共に提供されることが可能であり、上述した場合には、各副チャネルに関して適切な種類フィールドを持つ有効信号をアサートする。
第1クロックサイクル401の終わりに各副チャネル108a−108dに関して転送要請がアサートされた状態で、第2クロックサイクル403の間に2つの書き込み動作が送信要素により開始されることができる。これは、各副チャネル108a−108bに関する適切なシグナリングと共に、第1の読み出し動作のために、第1の副チャネル108a上で32ビットのアドレス位置を、第2の副チャネル108b上で制御信号の32ビットをブロードキャストすることにより達成されることができる。再び各副チャネル108c−108dに関する適切なシグナリングと共に、第2の読み出し動作のために、第3の副チャネル108c上で32ビットのアドレス位置を、第4の副チャネル108d上で制御信号の32ビットを送信要素がブロードキャストできる。
第2クロックサイクルの終わりに各副チャネル108a−108dに関して転送要請がアサートされた状態で、第3クロックサイクル405の間に、第2の書き込み動作と第3の読み出し動作とが送信要素により開始されることができる。これは、各副チャネル108a−108bに関する適切なシグナリングと共に、第2の書き込み動作のために、第1の副チャネル108a上で32ビットのアドレス位置を、第2の副チャネル108b上で制御信号の32ビットをブロードキャストすることにより達成されることができる。再び各副チャネル108c−108dに関する適切なシグナリングと共に、第3の読み出し動作のために、第3の副チャネル108c上で32ビットのアドレス位置を、第4の副チャネル108d上で制御信号の32ビットを送信要素がブロードキャストできる。
この例において、第3クロックサイクル405の終わりに、第1の副チャネル108aと第2の副チャネル108bとの上で転送要請信号がアサートされるが、第3の副チャネル108cと第4の副チャネル108dとの上ではアサートされない。送信要素は、第3の副チャネル108cと第4の副チャネル108dとの上で、転送要請信号がアサートされていないことを検出し、第3の読み出し動作のための制御信号とアドレス位置とが再びブロードキャストされるべきことを判別できる。第3の読み出し動作のための制御信号とアドレス位置とが、それぞれ第4の副チャネル108dと第3の副チャネル108cとで、第4クロックサイクル407の間にブロードキャストされていることが示されているが、その後のいずれかのクロックサイクルの間にいずれの副チャネル上でも再びブロードキャストされてもよい。
上述の例において、受信要素は、第3の読み出し動作に関し制御信号とアドレス位置との双方とを受け入れるかあるいは拒否するかのように構成される。しかし、処理システムのある種の実施形態では、同一の読み出し動作あるいは書き込み動作に関し、受信要素はアドレス位置を受け入れ制御信号を拒否する、あるいはその逆を行うように構成されてもよい。同様に、受信要素が個々にペイロードのより高い順序のバイトあるいはより低い順序のバイトを受け入れるあるいは拒否するように構成されてもよい。この場合、第3の読み出し動作のための制御信号を言うの再ブロードキャストを以前ブロードキャストされた同一の動作のためのアドレス位置と結びつける方法である必要がある。これは様々な方法で達成されることができる。例として、ひとたび読み出し動作あるいは書き込み動作のためのアドレス位置が送信され受信要素により受け取ったことを知らされる(acknowledged)と、次の読み出し動作あるいは書き込み動作のためのアドレスは、現在の読み出し動作要求あるいは書き込み動作要求と関連づけられた制御信号が受け取られ受信要素により受け取ったことが知らされるまでブロードキャストされない。
第4クロックサイクル407の間に、送信要素は第2の書き込み動作のためのペイロードをブロードキャストし、第3の読み出し動作を開始するために2回目を試みることができる。これは、各副チャネル108a−108bに関する適切なシグナリングと共に、第2の書き込み動作のために、第1の副チャネル108a上でペイロードのより高いオーダの4バイトを、第2の副チャネル108b上でペイロードのより低いオーダの4バイトをブロードキャストすることにより達成されることができる。第3の読み出し動作に関する、第3の副チャネル108c上で32ビットのアドレス位置を、第4の副チャネル108d上で制御信号の32ビットを送信要素が再びブロードキャストできる。
この高性能バスの実施形態において、書き込み/読み出し要求の順序は状況により暗に示されてもよい。送信要素は、第1の副チャネル108a上で第1の書き込み/読み出し要求を、第2の副チャネル108b上で第2の書き込み/読み出し要求を、第3の副チャネル108c上で第3の書き込み/読み出し要求を、第4の副チャネル108d上で第4の書き込み/読み出し要求をブロードキャストできる。受信要素は連続した一貫性を維持するためこの暗黙のポジショニング(positioning)に基づいて要求を処理できる。例として、第3クロックサイクル405の間に開始された読み出し動作に関するアドレス位置と書き込み動作とに関するアドレス位置が同一である場合、受信要素は、送信要素への送信のためにこのアドレス位置に新たに書き込まれたデータを受信チャネルに供給する前に、第4クロックサイクルの間に第1の副チャネル108aと第2の副チャネル108bとの上でブロードキャストされたデータがそのアドレス位置に書き込まれるまで待つことができる。
ここまでで記述された高性能バスの実施形態において、書き込み動作の要求(すなわち、アドレス位置と制御信号と)のブロードキャストに続いて書き込みデータが直ちにブロードキャストされる必要はない。他のより高い優先順位を持つ読み出し動作要求、および/あるいは命令は、送信チャネル108上でブロードキャストされた書き込みデータにインターリーブされる(interleaved)ことができる。しかし、送信要素が読み出し動作要求、および/あるいは命令を、書き込みデータにインターリーブした場合、送信要素はアドレスバックオフ機構と共に構成されるべきである。
図2と関連して先に記載したように、送信要素は送信チャネル208でのブロードキャストに続く転送要請信号210をサンプリング(sample)する。送信要素がアサートされた転送要請信号210を検出し損ねた場合、続くクロックサイクルの間そのブロードキャストを繰り返してもよい。アサートされた転送要請信号210を送信要素が検出するまで、そのブロードキャストがクロックサイクルごとに繰り返されることが可能である。アドレスキューが読み出し動作要求の間一杯で、したがってそれ以上のアドレス位置の受け取りができない時には、問題が生じる可能性がある。同時に、受信要素はそのアドレスキュー内の空きを解放するため中断している書き込み動作を完了させる必要がある。この場合、受信要素はデッドロックであると言われる。
アドレスバックオフ機構は、受信要素がデッドロック状態にある際に書き込み動作を完了するように計画される。これは、読み出し動作要求に関連して送信要素によるブロードキャストの繰り返し回数を制限することにより達成されることができる。あるクロックサイクル数内に転送要請信号と共に読み出し動作要求を受け取ったことを受信要素が知らせない場合、現在の読み出し動作要求に関するアドレス位置の代わりに残っている書き込みデータを送信することにより送信要素はその要求を中止できる。完了させる必要のある中断している書き込み動作がない場合、その読み出し動作要求のブロードキャストが中止させられる必要はない。そのブロードキャストは受信要素がその要求を受け取ったことを知らせるまで続けられるかもしれない。
送信要素が読み出し動作要求に書き込みデータをインターリーブしない場合、アドレスバックオフ機構が必要とされない可能性がある。すなわち、書き込み動作に関するアドレス位置に直ちに制御信号が続き、そして直ちに書き込みデータが続く場合、受信要素は決してデッドロックに遭遇しないであろう。しかし、送信要素が、ずっと読み出し動作のパイプラインを受信チャネルの帯域幅をフルに利用するのに十分であるように維持できない可能性があるため、受信チャネルの性能を悪化させるかもしれない。
図5は、低帯域幅バス上での2要素間の1対1接続を図解する概念的なブロック図である。その低帯域幅バスは、より少ない信号を要求し、より少ない電力消失(dissipation)に帰着する、単一の送信チャネル108と単一の受信チャネル110とで実現できる。図5に示された例において、32ビット送信チャネル108上で受信要素104への情報を送信要素102がブロードキャストし、32ビット受信チャネル110上で受信要素104への情報を受信要素104が元の場所へ(back)ブロードキャストできる。代わりに、この同一のバス構造がより低いバス幅で実現されてもよい。
この構成は送信チャネル108と受信チャネル110とが同時に情報をブロードキャストできることを可能にし続けるが、読み出し動作あるいは書き込み動作のおのおのは、図6のブロック図に示されているようにただちに(now)複数のクロックサイクルを必要とすることができる。この例では、読み出し動作を開始するために2クロックサイクルが使用される。より詳細には、第1クロックサイクル601において送信チャネル108上で32ビットのアドレス位置がブロードキャストされることができ、続くクロックサイクル603において、制御信号の32ビットが続くことができる。4バイトのペイロードがこの要求に応答して受信要素から読み出され、第3クロックサイクル605において受信チャネル上でロードキャストされることができる。
受信チャネル上でのペイロードのブロードキャストと同時に、送信要素は書き込み動作を開始できる。この場合、その書き込み動作は3クロックサイクルを要する。第3クロックサイクル605において、第5クロックサイクル609における4バイトのペイロードに伴われた、第4クロックサイクル607における制御信号の32ビットに伴われた、32ビットのアドレス位置を、送信要素は送信チャネル108上でブロードキャストする。
多くの処理システムにおいて、あるデバイスが高帯域幅の相互接続を要求する可能性がある一方で、他のデバイスはずっと低い帯域幅の相互接続で十分に動作できる。スケーラブルなバスアーキテクチャを使用することで、ブリッジの実装が共通のシグナリングプロトコルと共に実現されることができる。図7はブリッジを通過する2つの要素間の1対1接続を図解する概念的なブロック図である。高性能バスに取りつけられた送信要素102を、より低帯域幅のバスに取りつけられた受信要素とインターフェイスするためにブロック702が使用されることができる。その高性能バスは、4つの32ビット副チャネル108a−108dを有する送信チャネル108と、2つの32ビット受信チャネル110aと110bとを有する受信チャネル110とで実現されることができる。低帯域幅のバスは、単一の32ビット送信チャネル108´と単一の32ビット受信チャネル110´とで実現されることができる。
この例において、図3と図4とに関連して先に述べたように、アドレス位置と制御信号と8バイトのペイロードとをブロードキャストするために、高性能バスの4つの送信副チャネル108a−108dを用いて、単一のクロックサイクル内でブリッジ702と送信デバイス102との間で書き込み動作を完了させることができる。図5と図6とに関連して先に述べたように、ブリッジ702は、4クロックサイクル中でより低帯域幅のバスの32ビット送信チャネル108´上で受信要素104への情報をブロードキャストし、バッファできる。
読み出し動作の場合、単一のクロックサイクル内で高性能バスの2つの送信副チャネル上で送信要素102によりブリッジ702へアドレス位置と制御信号とがブロードキャストされることができる。ブリッジ702は、この情報をバッファし、2クロックサイクルのうちに32ビット送信チャネル108´上で受信要素104へブロードキャストできる。そして、受信要素104からブリッジ702へ32ビット受信チャネル110´上で8バイトのペイロードがブロードキャストされ、ブリッジ702において一時記憶領域へ入れられ、そして、単一のクロックサイクルにおいて2つの受信副チャネル110aと110bとの上でブリッジ702により送信要素102にブロードキャストされることができる。
ここに開示された実施形態と関連して述べた、様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)あるいは他のプログラマブル論理要素、ディスクリートゲートあるいはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア要素、あるいはここに記載された機能を実行するように設計されたこれらのあらゆる組み合わせにより実現され、あるいは実行されることが可能である。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、別の例では、そのプロセッサは、任意の従来プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、あるいは状態機械であってもよい。また、プロセッサは、計算要素の組み合わせ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、DSPコアと連動する1あるいは2以上のマイクロプロセッサの組み合わせ、あるいは任意の他のそのような構成として実現されることができる。
ここにおいて開示された実施形態と関連して記載された方法あるいはアルゴリズムは、直接にプロセッサにより実行されるソフトウェアモジュールで、ハードウェアであるいはそれら2つの組み合わせで具体化されることができる。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD−ROM、あるいは当技術分野で既知の任意の他の記憶媒体の形態内にあって(reside)もよい。記憶媒体は、プロセッサがその記憶媒体から情報を読み出したり、その記憶媒体へ情報を書き込んだりするように、プロセッサと結合されてもよい。別の例では、記憶媒体はそのプロセッサと一体であってもよい。そのプロセッサとその記憶媒体とがあるASIC内にあってもよい。そのASICが送信要素および/あるいは受信要素、もしくはその他の場所にあってもよい。別の例では、そのプロセッサとその記憶媒体とが、送信要素および/あるいは受信要素、もしくはその他の場所に個別の要素としてあってもよい。
開示した実施形態の先行する記載はいかなる当業者でも本発明を構成あるいは利用できるように提供される。これらの実施形態に対する様々な変形例は、当業者にとっては容易に明白であり、ここで定義された一般的な原理は、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用可能である。したがって、本発明は、ここで示した実施形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示した原理と新規な特徴と合致する最も広い範囲と一致すべきものである。
処理システム内の2要素間2チャネルバス上での1対1接続の例を説明する概念的なブロック図である。 2チャネルバス上での1対1接続を有する処理システムにおいて2要素間での書き込み動作と読み出し動作とを示すタイミング図である。 処理システム内の2要素間高性能2チャネルバス上での1対1接続の例を説明する概念的なブロック図である。 図3の高性能バスの時分割多重の性質を説明する概念的なブロック図である。 処理システム内の2要素間低帯域幅2チャネル上での1対1接続の例を説明する概念的なブロック図である。 図5の低帯域幅バスの時分割多重の性質を説明する概念的なブロック図である。 ブリッジを通した高性能要素と低帯域幅要素との間の1対1接続の例を説明する概念的なブロック図である。
符号の説明
102…送信要素、104…受信要素、106、108、108a、108b、108c、108d、108´、208…送信チャネル、108、110、110a、110b、110´、216…受信チャネル、108、108a、108b、108c、108d…32ビット送信チャネル、108a…送信チャネル1、108b…送信チャネル2、108c…送信チャネル3、108d…送信チャネル4、110、110a、110b…32ビット受信チャネル、202…クロック、204、212…有効、206、214…種類、210、218…転送確認、401、601…クロックサイクル1、403、603…クロックサイクル2、405、605…クロックサイクル3、407、607…クロックサイクル4、609…クロックサイクル5、702…バスブリッジ

Claims (20)

  1. バス上で送信要素と受信要素との間での通信方法であって、
    前記バスは、第1チャネルと第2チャネルとを備え、
    前記方法は、
    読み出しアドレス情報及び書き込みアドレス情報と、読み出し制御信号及び書き込み制御信号と、書き込みデータとを前記第1チャネル上で前記送信要素からブロードキャストし、
    前記第1チャネル上でブロードキャストされた、前記書き込みデータと、前記読み出し制御信号及び前記書き込み制御信号と、前記読み出しアドレス情報及び前記書き込みアドレス情報とを前記受信要素が区別できるように、前記送信要素から前記受信要素へ時分割多重のシグナリングプロトコルを用い、第1チャネルの複数の副チャネルを使用して伝送し、
    前記書き込みアドレス情報と前記書き込み制御信号とに基づいて、前記受信要素において前記第1チャネル上でブロードキャストされた前記書き込みデータを格納し、
    前記読み出しアドレス情報と前記読み出し制御信号とに基づいて、前記受信要素から読み出しデータを引き出し、
    前記引き出された読み出しデータを前記第2チャネル上で前記受信要素からブロードキャストする、
    ここにおいて、前記第1チャネルは複数の副チャネルを備え、前記複数の副チャネルのうちの第1副チャネルは、第1タイムピリオドの間に前記アドレス情報の一部を伝送し、それと並行して、前記複数の副チャネルのうちの第2副チャネル上で同一のタイムピリオドの間に前記複数の制御信号の一部をブロードキャストするために使用可能であり、第2タイムピリオド中に、前記複数の副チャネルのうちの第1副チャネルは、書き込みデータの一部を伝送するために使用可能である、
    を備える、上記方法。
  2. 前記複数の副チャネルのうちの第2副チャネルが前記第2タイムピリオドの間に前記書き込みデータの第2の部分を伝送するために使用可能である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記複数の書き込み信号と読み出し信号とは複数の転送修飾句と書き込みバイトイネーブルとを備える、請求項1に記載の方法。
  4. 前記書き込みデータは複数のペイロードを備える、
    ここにおいて、前記送信要素は、前記複数のペイロードのうちの1つの第1の部分と第2の部分との間に前記読み出しアドレス情報あるいは前記書き込みアドレス情報の一部をブロードキャストする、
    請求項1に記載の方法。
  5. さらに、前記受信要素から前記送信要素へ、前記第1チャネル上の前記ブロードキャストを受け取ったことを知らせるためにシグナリングする、を具備する請求項1に記載の方法。
  6. さらに、確認を受け取っていない場合、前記受信要素から前記送信要素への前記シグナリングに応答して、前記読み出しアドレス情報あるいは前記書き込みアドレス情報、前記読み出し制御信号あるいは前記書き込み制御信号、もしくは書き込みデータの同一部分のブロードキャストを繰り返す、を具備する請求項5に記載の方法。
  7. バス上で送信要素と受信要素との間での通信の方法であって、
    前記バスは、第1チャネルと第2チャネルとを備え、
    前記方法は、
    読み出しアドレス情報及び書き込みアドレス情報と、読み出し制御信号及び書き込み制御信号と、書き込みデータとを前記第1チャネル上で前記送信要素からブロードキャストする、
    前記第1チャネル上でブロードキャストされた、前記書き込みデータと、前記読み出し制御信号及び前記書き込み制御信号と、前記読み出しアドレス情報及び前記書き込みアドレス情報とを前記受信要素が区別できるように、前記送信要素から前記受信要素へ時分割多重のシグナリングプロトコルを用い、第1チャネルの複数の副チャネルを使用して伝送する、
    前記書き込みアドレス情報と前記書き込み制御信号とに基づいて、前記受信要素において前記第1チャネル上でブロードキャストされた前記書き込みデータを格納する、
    前記読み出しアドレス情報と前記読み出し制御信号とに基づいて、前記受信要素から読み出しデータを引き出す、
    前記引き出された読み出しデータを前記第2チャネル上で前記受信要素からブロードキャストする、
    前記受信要素から前記送信要素へ、前記第1チャネル上の前記ブロードキャストを受け取ったことを知らせるためにシグナリングする、
    確認を受け取っていない場合、前記受信要素から前記送信要素への前記シグナリングに応答して、前記読み出しアドレス情報あるいは前記書き込みアドレス情報、前記読み出し制御信号あるいは前記書き込み制御信号、もしくは書き込みデータの同一部分のブロードキャストを繰り返す、
    ここにおいて、前記書き込みデータは複数のペイロードを備える、ここにおいて、前記複数のペイロードのうちの1つと関連づけられた前記書き込みアドレス情報の部分の前記ブロードキャストに続くが、前記複数のペイロードのうちの前記1つが前記受信要素に完全にブロードキャストされる前のタイムピリオドの間に、前記読み出しアドレス情報あるいは前記読み出し制御信号の前記同一部分が、繰り返しブロードキャストされ、前記方法は、さらに、前記タイムピリオドの終わりに前記繰り返されたブロードキャストを中断し、前記複数のペイロードのうちの前記1つの前記ブロードキャストを完了し、前記複数のペイロードのうちの前記1つの前記ブロードキャストの完了に続いて、前記読み出しアドレス情報あるいは前記読み出し制御信号の前記同一部分のブロードキャストを繰り返す、を具備する、上記方法。
  8. さらに、前記受信要素から前記送信要素へ、前記受信要素がいつ前記読み出しデータをブロードキャストしているかを示すためシグナリングする、を具備する請求項1に記載の方法。
  9. さらに、
    前記第2チャネル上で前記受信要素から複数の命令をブロードキャストし、
    前記送信要素が前記読み出しデータと前記複数の命令とを区別できるよう、前記受信要素から前記送信要素へシグナリングする、
    を具備する請求項8に記載の方法。
  10. 前記第2チャネルは複数の副チャネルを備え、
    前記複数の副チャネルのうちの第1副チャネルが1つのタイムピリオドの間に前記読み出しデータの一部をブロードキャストし、それと並行して、前記複数の副チャネルのうちの第2副チャネル上で同一のタイムピリオドの間に前記複数の命令の一部のブロードキャストをする、
    請求項9に記載の方法。
  11. 下記を備える、処理システム、
    第1チャネルと第2チャネルとを有するバスと、
    前記第1チャネル上で、読み出しアドレス情報と、書き込みアドレス情報と、読み出し制御信号と、書き込み制御信号と、書き込みデータとをブロードキャストするよう構成されている送信要素と、
    前記書き込みアドレス情報と前記書き込み制御信号とに基づいて前記第1チャネル上でブロードキャストされた前記書き込みデータを格納し、前記送信要素に引き出された読み出しデータを前記第2チャネル上でブロードキャストする、よう構成されている受信要素と、
    ここにおいて、前記送信要素はさらに、前記第1チャネル上でブロードキャストされた、前記書き込みデータと、前記読み出し制御信号及び前記書き込み制御信号と、前記読み出しアドレス情報及び前記書き込みアドレス情報とを区別できるように、前記受信要素へ時分割多重のシグナリングプロトコルを用い、第1チャネルの複数の副チャネルを使用して伝送するよう構成されている、
    ここにおいて、前記第1チャネルは複数の副チャネルを備え、ここにおいて、前記送信要素はさらに、前記複数の副チャネルのうちの第1副チャネル上で1つのタイムピリオド中に前記アドレス情報の一部をブロードキャストし、それと並行して、前記複数の副チャネルのうちの第2副チャネル上で同一のタイムピリオド中に複数の制御信号の一部をブロードキャストするよう構成され、第2タイムピリオド中に、前記複数の副チャネルのうちの第1副チャネルは、書き込みデータの一部を伝送するために使用可能である。
  12. 前記送信要素はさらに、前記複数の副チャネルの第2副チャネル上で前記第2タイムピリオドの間に前記書き込みデータの第2の部分をブロードキャストするよう構成されている、請求項11に記載の処理システム。
  13. 前記複数の読み出し信号と前記複数の書き込み信号とは、複数の転送修飾句と書き込みバイトイネーブルとを備える、請求項11に記載の処理システム。
  14. 前記書き込みデータは複数のペイロードを備える、
    前記送信要素はさらに、前記複数のペイロードのうちの1つの第1の部分と第2の部分との間に読み出しアドレス情報あるいは書き込みアドレス情報の一部をブロードキャストするよう構成されている、
    請求項11に記載の処理システム。
  15. 前記受信要素はさらに前記第1チャネル上の前記ブロードキャストを受け取ったことを知らせるために、前記送信要素に対してシグナリングするよう構成されている、請求項11に記載の処理システム。
  16. 前記送信要素はさらに、前記受信要素からそのようなブロードキャストに関する確認を受け取っていない場合、書き込みデータ、複数の読み出し制御信号あるいは複数の書き込み制御信号、もしくは読み出しアドレス情報あるいは書き込みアドレス情報の前記同一部分のブロードキャストを繰り返すよう構成されている、請求項15に記載の処理システム。
  17. 前記送信要素がさらにアドレスバックオフ機構を備える、請求項15に記載の処理システム。
  18. 前記受信要素がさらに前記受信要素がいつ前記読み出しデータをブロードキャストしているかを示すために前記送信要素にシグナリングするよう構成されている、請求項11に記載の処理システム。
  19. 前記受信要素がさらに、前記第2チャネル上で複数の命令をブロードキャストし、前記送信要素が前記読み出しデータと前記複数の命令とを区別できるように前記送信要素にシグナリングする、よう構成されている、請求項18に記載の処理システム。
  20. 前記第2チャネルは複数の副チャネルを備え、
    前記受信要素はさらに、前記複数の副チャネルのうちの第1副チャネル上で1つのタイムピリオドの間に読み出しデータの一部をブロードキャストし、それと並行して、前記複数の副チャネルのうちの第2副チャネル上で同一のタイムピリオドの間に前記複数の命令の一部をブロードキャストするよう構成されている、
    請求項19に記載の処理システム。
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