JP4793138B2 - Signal transmission system, signal transmission method and program - Google Patents
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Description
本発明は、シリアル(直列)伝送路を用いて1対多ノード間でデータ転送を行う信号伝送システム、信号伝送方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a signal transmission system, a signal transmission method, and a program for transferring data between one-to-many nodes using a serial transmission line.
近年、半導体集積化技術の向上により、LSIのデータ処理速度が飛躍的に速くなってきた。これに伴い、半導体集積回路を実装する配線基板に対して、信号伝送能力向上が求められている。特に最近ではパーソナルコンピュータにおいても、上位機種にあたるサーバタイプのシステムにおいては高速CPUチップを複数備える、いわゆる並列処理アーキテクチャが採用されている。 In recent years, the data processing speed of LSI has been dramatically increased due to improvements in semiconductor integration technology. Along with this, an improvement in signal transmission capability is required for a wiring board on which a semiconductor integrated circuit is mounted. In particular, recently, a so-called parallel processing architecture including a plurality of high-speed CPU chips has been adopted in a personal computer as well, in a server type system corresponding to a higher model.
並列処理アーキテクチャ技術に関しては、例えば、非特許文献1に記載されているものがある。
For example, Non-Patent
これによると、CPUなどデータ処理を行うモジュールを複数含むシステムを構成する場合、モジュール間の結合方法はバス結合型、スイッチ結合型、結合網型に分類される。このうちバス結合型は、多数のモジュールの結合には適さないが、他に比べて構造がシンプルであり、ハードウェア量が少ない、拡張性にも優れるといったメリットがある。パーソナルコンピュータを始めとする商用の計算機や、ページプリンタ等の計算機応用製品において多く用いられている。 According to this, when configuring a system including a plurality of modules that perform data processing such as a CPU, the coupling method between modules is classified into a bus coupling type, a switch coupling type, and a coupling network type. Of these, the bus coupling type is not suitable for coupling a large number of modules, but has advantages such as a simple structure, a small amount of hardware, and excellent extensibility compared to other modules. It is widely used in commercial computers such as personal computers and computer application products such as page printers.
並列処理システムのモジュール間結合部の実装においては、多数の接続コネクタと配線を必要とするため、配線の多層化や微細化による通信能力や配線密度の向上が計られてきた。しかし、配線間容量や接続配線抵抗に起因する信号遅延や伝送波形の歪みにより、限界に達しつつある。また動作速度の上昇により電磁ノイズ(EMI:Electro Magnetic Interference)も大きな問題となる。 The mounting of the inter-module coupling part of the parallel processing system requires a large number of connection connectors and wirings, so that the communication capacity and wiring density have been improved by multilayering and miniaturization of the wirings. However, the limit is being reached due to signal delay and transmission waveform distortion caused by inter-wiring capacitance and connection wiring resistance. Moreover, electromagnetic noise (EMI: Electro Magnetic Interference) becomes a big problem due to the increase in operating speed.
このようにデータ処理装置の処理能力は、しばしば配線基板のバスの伝送能力によって制限されるようになってきた。そこで電気式バスの限界を打破するために、光インターコネクションと呼ばれる、システム内光接続技術を用いることが検討されている。 As described above, the processing capability of the data processing apparatus is often limited by the transmission capability of the wiring board bus. In order to overcome the limitations of electric buses, the use of an in-system optical connection technology called optical interconnection has been studied.
光インターコネクション技術の概要は、システムの構成内容により様々な形態が提案されている(例えば、非特許文献2、3参照)。
As the outline of the optical interconnection technology, various forms have been proposed depending on the contents of the system configuration (for example, see Non-Patent
この技術によれば、電気式以上の高周波動作が可能でありながら電磁ノイズが低減できること、バス信号線の物理的な結線が不要となること、波長や強度等を用いた多重化により伝送バンド幅を拡張できること、同時双方向通信が可能であること、といったメリットがある。 According to this technology, it is possible to reduce electromagnetic noise while being able to operate at a higher frequency than electric, eliminating the need for physical connection of bus signal lines, and transmission bandwidth by multiplexing using wavelength, strength, etc. Can be expanded, and simultaneous bidirectional communication is possible.
特に、空間光伝送技術は光ファイバによる伝送技術と異なり、多ノード間の同時通信を可能とするため、上述のバス結合型の並列処理アーキテクチャとの整合性がよい。関連する技術として、特許文献1に記載されている。
In particular, unlike the optical fiber transmission technology, the spatial optical transmission technology enables simultaneous communication between multiple nodes, and therefore has good consistency with the above-described bus-coupled parallel processing architecture. As a related technique, it is described in
この技術は平板型の導光路の端面に設置されたノード間での光通信を実現するものであり、入射信号光を拡散して対向する端面に伝送し、ブロードキャスト通信を実現する。多重伝送を用いることにより、複数の独立なブロードキャスト通信が同時に実行される。 This technology realizes optical communication between nodes installed on the end face of a flat light guide, and diffuses incident signal light and transmits it to the opposite end face to realize broadcast communication. By using multiple transmissions, multiple independent broadcast communications are performed simultaneously.
このような空間光伝送を応用した信号伝送システム技術としては、信号間の伝送スキューの問題を緩和し、かつ伝送路の数を削減するために、複数の電気信号線を並列直列変換して得られるシリアル信号(直列データ信号)を光化し、空間光伝送媒体を介して伝送するシリアルバスシステムが提案されている。
一般に、シリアル伝送においては8B10B符号といった符号化技術によりクロック信号をデータ信号に埋め込んで送信し、受信回路においてクロックデータリカバリ回路がクロック信号とデータ信号を抽出することで、クロック〜データ間の同期が実現されている。 In general, in serial transmission, a clock signal is embedded in a data signal by an encoding technique such as 8B10B code and transmitted, and a clock data recovery circuit extracts a clock signal and a data signal in a receiving circuit, thereby synchronizing clock to data. It has been realized.
しかし、シリアルバスを介して複数のスレーブノードから1つのマスターノードへの信号伝送を行う場合、マスターノード側の受信回路は、異なるスレーブノードからのシリアル信号を選択的に受信する必要がある。シリアルバス伝送において送信ノードが切り替わると、受信ノードにおいてクロック信号を再抽出するためのオーバーヘッドが数十マイクロ秒から数ミリ秒ほど生じ、その間、信号伝送が中断してしまうという問題がある。 However, when signal transmission is performed from a plurality of slave nodes to one master node via a serial bus, the receiving circuit on the master node side needs to selectively receive serial signals from different slave nodes. When the transmission node is switched in the serial bus transmission, there is a problem that the overhead for re-extracting the clock signal in the reception node occurs from several tens of microseconds to several milliseconds, during which the signal transmission is interrupted.
従って、本発明の目的は、上記問題点を解決し、シリアル伝送路を用いた1対多ノード間のデータ転送を簡単な構成で良好に行うことができる信号伝送システム、信号伝送方法及びプログラムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal transmission system, a signal transmission method, and a program that can solve the above-mentioned problems and can perform data transfer between one-to-many nodes using a serial transmission line with a simple configuration. It is to provide.
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の信号伝送システムを提供する。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides the following signal transmission system.
[1]マスターノードと、前記マスターノードとの間でデータ転送を行う複数のスレーブノードとを有する信号伝送システムにおいて、前記マスターノードは、基準クロック信号に同期して動作し、前記複数のスレーブノードからの直列データ信号に埋め込まれたクロック信号を抽出するクロックデータリカバリ部と、前記基準クロック信号と前記クロック信号との間の位相差を検出する位相差検出部とを備え、前記複数のスレーブノードは、それぞれ、前記位相差検出部によって検出された前記位相差が所定の値以下となるように前記直列データ信号の送信タイミングを調整する送信タイミング制御部を備えたことを特徴とする信号伝送システム。 [1] In a signal transmission system including a master node and a plurality of slave nodes that perform data transfer between the master node, the master node operates in synchronization with a reference clock signal, and the plurality of slave nodes A clock data recovery unit that extracts a clock signal embedded in the serial data signal from the signal, and a phase difference detection unit that detects a phase difference between the reference clock signal and the clock signal, and the plurality of slave nodes Each comprising a transmission timing control section for adjusting the transmission timing of the serial data signal so that the phase difference detected by the phase difference detection section is equal to or less than a predetermined value. .
上記構成の信号伝送システムによれば、スレーブノードから送信される直列データ信号に埋め込まれたクロック信号の位相をマスターノードで生成された基準クロック信号に合わせることが可能となるので、信号伝送を中断することなく、スレーブノードを切り替えることができる。 According to the signal transmission system having the above configuration, the phase of the clock signal embedded in the serial data signal transmitted from the slave node can be matched with the reference clock signal generated at the master node, so that the signal transmission is interrupted. Without switching, the slave node can be switched.
[2]前記マスターノード及び前記複数のスレーブノードは、前記直列データ信号をシリアルバスを介して送受信することを特徴とする前記[1]に記載の信号伝送システム。この構成によれば、信号線数を減らすことができ、帯域を増大させることができる。 [2] The signal transmission system according to [1], wherein the master node and the plurality of slave nodes transmit and receive the serial data signal via a serial bus. According to this configuration, the number of signal lines can be reduced and the band can be increased.
[3]前記複数のスレーブノードの前記送信タイミング制御部は、前記直列データ信号の送信タイミングの調整を逐次的に行うことを特徴とする前記[1]に記載の信号伝送システム。 [3] The signal transmission system according to [1], wherein the transmission timing control unit of the plurality of slave nodes sequentially adjusts the transmission timing of the serial data signal.
[4]前記マスターノードは、データ転送を実行していない期間中に、前記マスターノードが出力する直列データ信号の受信タイミングの調整を前記スレーブノード毎に個別に設定する受信調整シーケンスと、前記スレーブノードが出力する直列データ信号の送信タイミングを前記スレーブノード毎に個別に設定する送信調整シーケンスとを実行するマスタータイミング調整部を備え、前記スレーブノードは、前記マスタータイミング調整部からの命令に従い、前記受信調整シーケンスの実行中は受信タイミングの調整を行い、前記送信調整シーケンスの実行中は前記送信タイミング制御部に対して送信タイミングの変化を指示して、送信タイミングの調整を行うスレーブタイミング調整部を備えたことを特徴とする前記[1]に記載の信号伝送システム。 [4] A reception adjustment sequence in which the master node individually sets the adjustment of the reception timing of the serial data signal output from the master node for each slave node during a period when data transfer is not performed, and the slave A master timing adjustment unit that executes a transmission adjustment sequence for individually setting the transmission timing of the serial data signal output by the node for each slave node, the slave node according to a command from the master timing adjustment unit, A slave timing adjustment unit that adjusts transmission timing by adjusting reception timing during execution of the reception adjustment sequence and instructing the transmission timing control unit to change transmission timing during execution of the transmission adjustment sequence. The signal transmission according to the above [1], characterized by comprising: System.
[5]前記マスタータイミング調整部は、前記受信調整シーケンス、前記送信調整シーケンスの順に処理を行うことを特徴とする前記[4]に記載の信号伝送システム。 [5] The signal transmission system according to [4], wherein the master timing adjustment unit performs processing in the order of the reception adjustment sequence and the transmission adjustment sequence.
[6]前記マスターノードと前記スレーブノードとの間のデータ転送は、光伝送媒体を介して行われることを特徴とする前記[1]に記載の信号伝送システム。この構成によれば、耐ノイズ性が向上し、多重伝送が可能となる。 [6] The signal transmission system according to [1], wherein data transfer between the master node and the slave node is performed via an optical transmission medium. According to this configuration, noise resistance is improved and multiplex transmission is possible.
[7]前記基準クロック信号、および前記スレーブノードからの直列データ信号に埋め込まれたクロック信号は、同一の発振源より生成されることを特徴とする前記[1]に記載の信号伝送システム。この構成によれば、クロック信号の位相を高精度に基準クロック信号に合わせることができる。 [7] The signal transmission system according to [1], wherein the reference clock signal and the clock signal embedded in the serial data signal from the slave node are generated from the same oscillation source. According to this configuration, the phase of the clock signal can be matched with the reference clock signal with high accuracy.
[8]マスターノードからスレーブノードに基準クロック信号が埋め込まれた直列データ信号を送信する第1のステップと、前記スレーブノードから前記マスターノードに送信された前記直列データ信号に埋め込まれたクロック信号と前記基準クロック信号との位相差を検出する第2のステップと、前記位相差を所定の値以下となるように前記スレーブノードから前記マスターノードへの前記直列データ信号の送信タイミングを調整する第3のステップとを含むことを特徴とする信号伝送方法。 [8] A first step of transmitting a serial data signal in which a reference clock signal is embedded from a master node to a slave node; and a clock signal embedded in the serial data signal transmitted from the slave node to the master node; A second step of detecting a phase difference with respect to the reference clock signal; and a third step of adjusting a transmission timing of the serial data signal from the slave node to the master node so that the phase difference is not more than a predetermined value. The signal transmission method characterized by including these steps.
[9]前記[8]に記載の前記第1乃至第3のステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。 [9] A program for causing a computer to execute the first to third steps according to [8].
本発明によれば、スレーブノードから送信される直列データ信号に埋め込まれたクロック信号の位相をマスターノードで生成された基準クロック信号に合わせることができるので、シリアル伝送路を用いた1対多ノード間のデータ転送を簡単な構成で良好に行うことができる。本発明の構成を用いることにより、複数のスレーブノードが逐次的にマスターノードへとデータ転送を行う際、スレーブノードが切り換わってもオーバーヘッドを生じないため、転送時間を短縮することができる。例えば、シリアル伝送路の伝送帯域を1GB/秒とし、第1のスレーブノードと第2のスレーブノードから各々32KBのデータをマスターノードに転送する処理を行うものとする。ここで、32KBという数値は市販データベースがストレージ装置とのデータ転送において設定される一般的なブロックサイズを参考にした。従来方法における上記オーバーヘッドを500μ秒とすると、全転送時間は564μ秒(=32KB/1GB×2+500μ)かかるのに対し、本発明では64μ秒(=32KB/1GB×2)で済む。 According to the present invention, since the phase of the clock signal embedded in the serial data signal transmitted from the slave node can be matched with the reference clock signal generated by the master node, the one-to-many node using the serial transmission path The data transfer between them can be satisfactorily performed with a simple configuration. By using the configuration of the present invention, when a plurality of slave nodes sequentially transfer data to the master node, no overhead occurs even when the slave node is switched, so that the transfer time can be shortened. For example, it is assumed that the transmission band of the serial transmission path is 1 GB / second, and 32 KB data is transferred from the first slave node and the second slave node to the master node. Here, the numerical value of 32 KB refers to a general block size that is set in a data transfer with a storage device by a commercially available database. Assuming that the overhead in the conventional method is 500 μsec, the total transfer time takes 564 μsec (= 32 KB / 1 GB × 2 + 500 μ), whereas in the present invention, 64 μsec (= 32 KB / 1 GB × 2) is sufficient.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the signal transmission system according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態に係る信号伝送システムは、CPU2に設けられた1つのマスターノード1と、複数(例えば3つ)のメモリ5A〜5Cにそれぞれ設けられたスレーブノード3b、3c、3dとの間で、シリアルバス4を介してデータ転送を行う。
In the signal transmission system according to the present embodiment, between one
(マスターノード)
マスターノード1は、並列直列変換部10a、送信PLL(Phase Locked Loop)12a、直列並列変換部11a、分周回路13a、位相差検出部19a、CDR部(クロックデータリカバリ部)23a、及びマスタータイミング調整部20aを備える。
(Master node)
The
また、マスターノード1は、外部回路とのインタフェースで、並列データ信号100a、同期信号(基準クロック信号)102a、及びタイミング調整の制御信号110aを入力し、並列データ信号101a、及びタイミング調整のステータス信号111aを出力する。また、シリアルバス4とのインタフェースで、直列データ信号201aを入力し、直列データ信号200aを出力する。
The
送信PLL12aは、マスタータイミング調整部20aから同期信号202aを入力し、周波数を逓倍して得られる直列同期信号250aを出力する。
The transmission PLL 12a receives the
並列直列変換部10aは、並列データ信号、同期信号202a、及び直列同期信号250aを入力し、並列データ信号を直列データ信号200aに変換して出力する。例えば、並列データ信号が40ビットで各50Mbps、同期信号202aが50MHz、直列同期信号250aが500MHzであるとすると、出力される直列データ信号は4ビットで各500Mbpsの信号となる。
The parallel /
CDR部23aは、直列データ信号201aを入力し、そこから直列同期信号を抽出して出力する。本実施の形態では直列データ信号201aのみを入力としているが、別途参照クロック信号を入力して抽出することも可能である。
The CDR unit 23a receives the
分周回路13aは、CDR部23aから直列同期信号を入力し、周波数が同期信号202aと等しくなるまで分周した結果を出力する。
The frequency dividing circuit 13a receives the serial synchronization signal from the CDR unit 23a and outputs the result of frequency division until the frequency becomes equal to the
直列並列変換部11aは、直列データ信号201aと、CDR部23aの出力信号、前記分周回路13aの出力信号を入力し、直列データ信号201aを並列データ信号に変換して出力する。例えば、直列データ信号201aが4ビットで各500Mbps、同期信号が50MHz、直列同期信号が500MHzであるとすると、出力される並列データ信号は40ビットで各50Mbpsの信号となる。
The serial /
位相差検出部19aは、CDR部23aの出力信号と、送信PLL12aの出力である直列同期信号との間の位相差を検出し、結果をマスタータイミング調整部20aに対して出力する。本実施の形態においては直列同期信号から位相差を検出しているが、両入力信号を分周した後に位相差を検出する方法も適用することができる。
The phase difference detection unit 19a detects a phase difference between the output signal of the CDR unit 23a and the serial synchronization signal that is the output of the transmission PLL 12a, and outputs the result to the master
マスタータイミング調整部20aは、制御信号110aの指示により、データ転送を実行している期間は何も処理を行わず、並列データ信号100aを並列直列変換部10aへ出力し、直列並列変換部11aの出力を並列データ信号101aに接続し、同期信号102aと同期信号202aを接続し、そして、制御信号110aの指示によりタイミング調整を起動された場合は、後述する図3〜図6に示すフローチャートのうち、マスターノード1に対応する処理を実行する。
The master
(スレーブノード)
一方、スレーブノード3b、3c、3dは、それぞれ、並列直列変換部10b、10c、10d、送信PLL12b、12c、12d、直列並列変換部11b、11c、11d、分周回路13b、13c、13d、スレーブタイミング調整部22b、22c、22d、CDR部23b、23c、23d、送信タイミング制御部24b、24c、24d、受信アライナー31b、31c、31d、及び送信アライナー32b、32c、32dを備える。並列直列変換部部10b、10c、10d、送信PLL12b、12c、12d、直列並列変換部11b、11c、11d、分周回路13b、13c、13d、及びCDR部23b、23c、23dに関しては、マスターノード1に含まれる同モジュールと同様であるため、説明を省略する。
(Slave node)
On the other hand, the
また、スレーブノード3b、3c、3dは、外部回路とのインタフェースで、それぞれ、並列データ信号100b、100c、100d、及びタイミング調整の制御信号110b、110c、110dを入力し、並列データ信号101b、101c、101d、及びタイミング調整のステータス信号111b、111c、111dを出力する。また、シリアルバス4とのインタフェースで、直列データ信号201b、201c、201dを入力し、直列データ信号200b、200c、200dを出力する。
The
また、制御信号110b、110c、110dは、CPU2からシリアルバス4とは異なる伝送路を介して送信されるようになっている。
The control signals 110b, 110c, and 110d are transmitted from the
送信タイミング制御部24b、24c、24dは、それぞれ分周回路13b、13c、13dから抽出された同期信号203b、203c、203dを入力し、スレーブタイミング調整部22b、22c、22dの指示に従って位相をずらして得られる信号を出力する。各々の位相ずらし量は独立に与える。
The transmission timing control units 24b, 24c, and 24d receive the synchronization signals 203b, 203c, and 203d extracted from the
ここでは分周された信号の位相を調整しているが、分周前の信号の位相を調整し、その結果得られた信号を分周するという方法を用いても構わない。 Although the phase of the frequency-divided signal is adjusted here, a method of adjusting the phase of the signal before frequency division and frequency-dividing the resulting signal may be used.
受信アライナー31b、31c、31dは、それぞれ、直列並列変換部11b、11c、11dの出力信号を入力し、スレーブタイミング調整部22b、22c、22dの指示に従ってワードアライメント処理を施した結果を、スレーブタイミング調整部22b、22c、22dに対して出力する。
Receiving
送信アライナー32b、32c、32dは、それぞれ、送信データをスレーブタイミング調整部22b、22c、22dから入力し、スレーブタイミング調整部22b、22c、22dの指示に従ってワードアライメント処理を施した結果を、並列直列変換部10b、10c、10dに出力する。
The
スレーブタイミング調整部22b、22c、22dは、それぞれ、制御信号110b、110c、110dの指示により、データ転送を実行している期間は何も処理を行わず、並列データ信号100b、100c、100dを送信アライナー32b、32c、32dへ出力し、受信アライナー31b、31c、31dの出力を並列データ信号101b、101c、101dに接続し、そして、制御信号110b、110c、110dの指示によりタイミング調整を起動された場合は、後述する図3〜図6に示すフローチャートのうち、スレーブノード3に対応する処理を実行する。
The slave
(アライメント処理)
図2(a)は、受信時のアライメントシーケンスの一例、(b)は送信時のアライメントシーケンスの一例、(c)はアライナーの構成の一例をそれぞれ示す図である。
(Alignment processing)
2A shows an example of an alignment sequence at the time of reception, FIG. 2B shows an example of an alignment sequence at the time of transmission, and FIG. 2C shows an example of the configuration of the aligner.
スレーブノード3におけるデータ受信時には、次のようにしてアライメント処理が行われる。まず、図2(a)に示すように、マスターノード1における並列データ信号「1/2/・・・/10」は、並列直列変換部(P/S)により直列データ信号「1−2−・・・−10」に変換されて送信される。スレーブノード3で受信された直列データ信号「1−2−・・・−10」は、直列並列変換部(S/P)により並列データ信号に変換される。この際、同期信号と直列データ信号の位相が異なると、元の並列データ信号のビット順がずれて、例えば、並列データ信号は、図示のように「5/6/・・・/4」となる。受信アライナー31は、スレーブタイミング調整部22からの指示により、データ信号が元通りの並列データ信号「1/2/・・・/10」に整列するようにアライメント処理を行う。
When data is received by the
スレーブノード3におけるデータ送信時には、図2(b)に示すようにアライメント処理が行われる。シリアル伝送路は図2(a)と同様であり、同期信号と直列データ信号の伝送遅延時間のずれにより、直列データ信号は4ビットずれて受信されるものとする。マスターノード1は、後述するタイミング調整シーケンスを用いて、このずれによるアライメント情報をスレーブノード3にあらかじめ伝達しておく。これを受けて、スレーブタイミング調整部22は、送信アライナー32に所定のアライメント処理を指示する。まず、スレーブノード3における並列データ信号「1/2/・・・/10」は、送信アライナー32により信号が「5/6/・・・/4」となるようにアライメント処理を行う。並列直列変換部(P/S)により直列データ信号「5−6−・・・−4」に変換されて送信される。マスターノード1で受信された直列データ信号「5−6−・・・−4」は、直列並列変換部(S/P)により元通りの並列データ信号「1/2/・・・/10」に整列される。
At the time of data transmission in the
このように、ワードアライメント処理を各送信ノードにおいて行うことにより、受信ノードは送信ノードの切換えを意識することなくデータを受信できるので、回路構成が簡素化される。 Thus, by performing the word alignment process at each transmitting node, the receiving node can receive data without being aware of switching of the transmitting node, so that the circuit configuration is simplified.
送信アライナー32および受信アライナー31は、本例では、図2(c)に示すように、10ビットのレジスタ30a、分岐回路30b、10入力1出力のセレクタSL1〜SL10を用いて構成することができる。本回路により、シリアルバス4上を伝送される連続2ワード分の信号19ビットから、連続する10ビットの信号を出力することができる。レジスタ30aは、入力される1−10の各信号をクロックに同期して保持する。分岐回路30bは、入力信号1−9を各々コピーして得られる信号11−19と、レジスタ30aから出力される信号1−10の合計19ビットの信号を入力し、セレクタSL1〜SL10への各入力信号を生成する。セレクタSL1〜SL10には、それぞれ選択信号が与えられ、これに従って各セレクタSL1〜SL10から出力が1つずつ出され、所定のアライメント処理が実行される。これらの選択信号は、スレーブタイミング調整部22から与えられる。
In this example, the
(第1の実施の形態の動作)
次に、図3〜図6を用いて、上記以外のタイミング調整シーケンスの説明を行う。これらはいずれもマスタータイミング調整部20a、スレーブタイミング調整部22b〜22dが実行する。タイミング調整シーケンスの全部または一部をプログラムによって実現することができる。
(Operation of the first embodiment)
Next, a timing adjustment sequence other than the above will be described with reference to FIGS. All of these are executed by the master
(全体フロー)
図3は、シーケンス全体のフローチャートを示す。処理が開始され(ST30)、タイミング調整の制御信号110a(110b〜110d)の検知を行うと(ST31)、ステータス信号111a(111b〜111d)をアクティブとし、外部に対してビジー状態を通知する(ST32)。これにより、タイミング調整処理中は並列データ信号100a(100b〜100d)、101a(101b〜101d)の入出力は禁止される。
(Overall flow)
FIG. 3 shows a flowchart of the entire sequence. When the processing is started (ST30) and the timing
次に、受信調整シーケンスを実行し(ST33)、次に、送信調整シーケンスを実行する(ST34)。これらが終了すると、外部に対するビジー状態を解除し(ST35)、全体を終了する(ST36)。 Next, a reception adjustment sequence is executed (ST33), and then a transmission adjustment sequence is executed (ST34). When these are finished, the busy state for the outside is canceled (ST35), and the whole is finished (ST36).
(受信調整シーケンス)
図4は、受信調整シーケンスのフローチャートを示す。以下の図4〜図6においては、各処理ブロック名のうちMで始まるものはマスタータイミング調整部20aが行う処理を表し、Sで始まるものはスレーブタイミング調整部22b〜22dが行う処理を表す。また太い矢印は、マスターノード1とスレーブノード3間の信号のやり取りを表す。
(Reception adjustment sequence)
FIG. 4 shows a flowchart of the reception adjustment sequence. In the following FIGS. 4 to 6, each processing block name starting with M represents a process performed by the master
マスターノード1のマスタータイミング調整部20aで受信調整シーケンスが開始されると(M40)、マスタータイミング調整部20aが起動され、テストパターン信号を並列直列変換部10aから全スレーブノード3に送信する(M41)。このテストパターンは、マスタータイミング調整部20a、スレーブタイミング調整部22b〜22dの両方において予めメモリ等の記憶手段に格納されているものとする。
When the reception adjustment sequence is started in the master
テストパターンとして、例えば10ビット信号の場合であれば、以下の繰り返しパターンを用いることができる。
ビット列1.“0001110101”
ビット列2.“0011010101”
テストパターンに必要な条件は伝送路の仕様に依存するが、例えば、以下が必要である。
条件1.ビット列の中に論理値“1”が4割から6割を占めていること
条件2.先頭ビットがどれであるかをパターン自身から判定できること
ビット列1と2はいずれも条件1と2を満たしている。また、イーサネット(登録商標)の通信確立に用いられるカンマディテクション用のビット列も適用可能である。
As a test pattern, for example, in the case of a 10-bit signal, the following repetitive pattern can be used.
Bit string “0001110101”
The conditions required for the test pattern depend on the transmission path specifications, but for example, the following is required.
次に、マスタータイミング調整部20aは、一定時間だけテストパターン信号を送信し続けた後(M42)、処理を終了する(M43)。ここでの一定時間とは、以下で説明するスレーブタイミング調整部22b〜22dの処理S41〜S52の処理時間よりも十分に長い時間を表す。
Next, the master
続いてスレーブタイミング調整部22b〜22dの処理を説明する。以下は全スレーブノード3において実行する。
Next, processing of the slave
処理を開始すると(S40)、処理M41により送信されたテストパターン信号を受信する(S41)。 When the process is started (S40), the test pattern signal transmitted by the process M41 is received (S41).
CDR部23b〜23dにより最適な信号受信タイミングが設定され(S42)、受信されたテストパターンと、予め格納されている正解パターンとの照合を行い、照合結果をメモリに格納する。ここで例えば上記のビット列1が正解パターンである場合に、受信されたテストパターンが、
ビット列3.“1000111010”
であったとする。この場合、各ビットは正しく受信されているが、先頭ビットの位置が1ビット下位側にずれているだけであり、ワードアライメントを行えば正解となる。よって照合結果としては、以下の2つを記憶する。
結果1.全ての個別ビットは正しく受信されているかどうか。
結果2.もし結果1がOKであれば、何ビットシフトすれば正解となるか。
Optimal signal reception timing is set by the CDR units 23b to 23d (S42), the received test pattern is collated with the correct pattern stored in advance, and the collation result is stored in the memory. Here, for example, when the
2. Bit string “10000111010”
Suppose that In this case, each bit is received correctly, but the position of the first bit is only shifted to the lower side by 1 bit, and a correct answer is obtained if word alignment is performed. Therefore, the following two are stored as the collation results.
もしも受信結果がNGの場合は受信タイミングを設定できなかったものとして、エラー信号を外部に出力する(S50)。OKである場合は、最適な受信タイミングに対応する上記結果2(シフト数)を、受信アライナー31b、31c、31dに対して設定する。
以上でスレーブタイミング調整部22b〜22dの処理が終了する。
If the reception result is NG, it is determined that the reception timing cannot be set, and an error signal is output to the outside (S50). In the case of OK, the above result 2 (number of shifts) corresponding to the optimal reception timing is set for the
This completes the processing of the slave
(送信調整シーケンス)
次に、図5および図6により、送信調整シーケンスの説明を行う。図5はマスターノード1について、図6はスレーブノード3についてそれぞれ示しており、両図は各図中の「A」、「B」、「C」同士で接続される。
(Transmission adjustment sequence)
Next, the transmission adjustment sequence will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the
マスターノード1のマスタータイミング調整部20aで送信調整シーケンスが開始されると(M80)、マスタータイミング調整部20aが起動され、ID信号(=各スレーブノード3を識別するために予め設定されたID番号を、データ信号とした信号)を、並列直列変換部10aから全スレーブノード3に送信する(M81)。送信調整シーケンスは、個々のスレーブノード3とマスターノード1との1対1の伝送により実行するため、マスターノード1側からスレーブノード3を1つずつ指定するために処理M81が必要となる。
When the transmission adjustment sequence is started in the master
マスタータイミング調整部20aは、一定時間だけID信号を送信し続けた後(M82)、スレーブノード3から送信されるテストパターンを受信する(M83)。ここでの一定時間とは、以下で説明するスレーブタイミング調整部22b〜22dによる処理S81〜S85の処理時間よりも十分に長い時間を表す。続いてスレーブタイミング調整部22b〜22dの処理を説明する。以下でのスレーブタイミング調整部22b〜22dの処理は全てのスレーブノード3において実行する。
The master
図6において、処理が開始されると(S80)、まず送信タイミングの初期化が行われる(S92)。処理M81により送信されたID信号を受信し(S81)、それがID信号であるか、終了通知信号であるかを判別する。終了通知信号を受信した場合は、処理を終了する(S91)。ID信号を受信した場合は、各スレーブノード3のID番号との照合を行い(S82)、自ノードが指定されているか否かを判定する(S83)。この判定結果はレジスタ等の記憶手段により保持するものとする。
In FIG. 6, when processing is started (S80), transmission timing is first initialized (S92). The ID signal transmitted by the process M81 is received (S81), and it is determined whether it is an ID signal or an end notification signal. If an end notification signal is received, the process ends (S91). When the ID signal is received, the ID number of each
処理S83の結果、ID信号によって指定されたスレーブノード3は、テストパターン信号をマスターノード1に対して送信する(S84)。テストパターン信号については図4の処理M41と同様であるため、説明を省略する。またID信号によって指定されていないスレーブノード3は、全ての論理値が“0”であるテストパターン信号を送信する(S85)。処理S84と処理S85は同様のタイミングで実行され、かつ各信号がシリアルバスにおいて合流される。よって、処理S84のテストパターン信号が合流による影響を受けず、正しくマスターノード1に伝送されるように、処理S85の信号を選ぶことが必要である。
As a result of the process S83, the
次に、マスタータイミング調整部20aの処理を説明する。マスタータイミング調整部20aは、テストパターンを受信すると(M83)、CDR部23aにより最適な信号受信タイミングを設定し(M84)、受信されたテストパターンと、予め格納されている正解パターンとの照合を行い、照合結果をメモリに格納する。
Next, processing of the master
次に、現在指定中のスレーブノード3に関して、位相差検出部19aの出力値が所定値以下か否かの判定を行い(M86)、所定値を越えている場合は、タイミング変更指示信号を位相差の値と共にスレーブノード3に送信する(M90)。ここでタイミング変更指示信号とは、スレーブノード3からの送信タイミングを変更して再度テストを行う指示信号である。次に、一定時間だけタイミング変更指示信号を送信し続けた後(M95)に処理M83に戻り、処理M83〜M86を実行する。処理M95における一定時間とは、後述するスレーブタイミング調整部22b〜22dによる処理S86〜S87、S83〜S85の処理時間よりも十分に長い時間とする。
Next, for the currently designated
一方、処理M86により位相差が所定値以下である場合は、タイミング固定指示信号を送信する(M89)。 On the other hand, when the phase difference is equal to or smaller than the predetermined value by the process M86, a timing fixing instruction signal is transmitted (M89).
続いて、全てのスレーブノード3に関して送信タイミング調整を終えたかどうかの判定を行う(M91)。まだ終えていない場合は、スレーブノード3のID番号を更新し(M92)、次のスレーブノード3の送信タイミング調整を行う(M81)。調整終了の場合は、処理M96とM97により、終了通知信号を一定時間だけスレーブノード3に送信し続ける。ここで一定時間とは、スレーブタイミング調整部22b〜22dによるS81の処理時間よりも十分に長い時間を示す。最後に最終結果とステータスを出力し(M93)、終了する(M94)。
Subsequently, it is determined whether or not the transmission timing adjustment has been completed for all slave nodes 3 (M91). If not finished yet, the ID number of the
スレーブタイミング調整部22b〜22dは、マスタータイミング調整部20aによる処理M89もしくはM90により送信された信号を受信する(S86)。
The slave
受信信号がタイミング変更指示信号である場合、位相差に基づくデータ送信タイミングの変更を送信タイミング制御部24b〜24dに対して指示し(S87)、更に処理S83に戻る。 When the received signal is a timing change instruction signal, the transmission timing control units 24b to 24d are instructed to change the data transmission timing based on the phase difference (S87), and the process returns to step S83.
受信信号がタイミング固定指示信号である場合、その結果をメモリに格納し(S88)、送信タイミング制御部24b〜24dに対して設定する(S89)。更にマスターノード1に対するテストパターンの送信を中止した後(S90)、処理S81に戻る。 If the received signal is a timing fixing instruction signal, the result is stored in the memory (S88) and set for the transmission timing control units 24b to 24d (S89). Further, after stopping the transmission of the test pattern to the master node 1 (S90), the process returns to S81.
また処理S86において上記以外の信号を受信している場合は、処理S83に戻りテストパターン信号の送信を継続する。 If a signal other than the above is received in process S86, the process returns to process S83 and the transmission of the test pattern signal is continued.
(伝送タイミング)
図7は、本発明の信号伝送システムが実行するタイミング調整シーケンスによる、伝送タイミングの改善効果を示す図である。例としてスレーブノード3bとマスターノード1との間の伝送タイミングを示しているが、他のスレーブノード3c、3dにおいても同様である。
(Transmission timing)
FIG. 7 is a diagram showing the improvement effect of the transmission timing by the timing adjustment sequence executed by the signal transmission system of the present invention. The transmission timing between the
図7(a)にタイミング調整を行わない場合のタイムチャートを示す。この場合、スレーブノード3からマスターノード1への信号伝播遅延、素子通過遅延等により、直列同期信号250aと直列データ信号201aの間に位相差が生じている。この位相差は各スレーブノード3によって異なるため、もしも送信するスレーブノード3が切り換わると、マスターノード1のCDR部23aはその都度、直列同期信号を抽出する必要があり、その間の伝送は中断される。
FIG. 7A shows a time chart when the timing adjustment is not performed. In this case, a phase difference is generated between the serial synchronization signal 250a and the serial data signal 201a due to a signal propagation delay from the
図7(b)にタイミング調整後のタイムチャートを示す。直列同期信号250bの位相を調整することにより、マスターノード1においては直列同期信号250aと直列データ信号201aの間の位相差がなくなっている。CDR部23aは、どのスレーブノード3から信号送信されても、いずれも直列同期信号250aと同じタイミングで受信することができるため、スレーブノード3が切り換わっても伝送の中断が起こらない。
FIG. 7B shows a time chart after timing adjustment. By adjusting the phase of the serial synchronization signal 250b, the
なお、本実施の形態においては、いずれのスレーブノード3が送信しても、信号201aの位相が信号250aと同程度になるようにタイミングを調整しているが、必ず信号250aに合わせる必要はない。何らかの基準となる信号と信号201aとの位相差が同程度になる方法であれば適用可能である。
In the present embodiment, the timing is adjusted so that the phase of the
(第1の実施の形態の効果)
上述した第1の実施の形態によれば、シリアルバス4により1対多ノード間の信号伝送を実現することができる。特に、複数のスレーブノード3側からマスターノード1側へのシリアルデータ伝送において、シリアルデータ信号に埋め込まれたクロック信号の位相を、予めマスターノード側の基準クロック信号に合わせ込むことにより、マスターノード1はスレーブノード3が切り換わっても伝送中断することなくデータを受信することができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment described above, signal transmission between one-to-many nodes can be realized by the
[第2の実施の形態]
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る信号伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第1の実施の形態におけるシリアルバスの部分を、光分波器60、光合波器61、電気光変換部62(62a〜62d)、光電気変換部63(63a〜63d)で置き換えた構成となっている。その他のマスターノード1、スレーブノード3b〜3d、および各部における信号は、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a signal transmission system according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the serial bus portion in the first embodiment is divided into an
第2の実施の形態においては、各部から送信されるシリアルデータ信号およびフレーム信号は光信号に変換され、それぞれ光ファイバや後述する光バス等の光伝送媒体を介して伝送され、受信側で電気信号に変換される。 In the second embodiment, serial data signals and frame signals transmitted from the respective units are converted into optical signals, which are respectively transmitted via optical transmission media such as optical fibers and an optical bus described later, and are electrically transmitted on the receiving side. Converted to a signal.
光分波器60は、光信号の入射ポート1つと、出射ポート3つを備えている。入射ポートからの光信号入射に対して、各出射ポートにおいて同様の光量の光信号が得られるように導光路を構成する。光分波器60としては例えばスターカプラなどを用いることができ、また特開平10−123350号公報や特開平10−123374号公報に記載された光バスを用いることもできる。これらの光バスは、シート状の光伝送媒体の内部または入射端面で信号光を拡散することによって、出射端面において一様な光強度レベルの信号光を得るものである。
The
光合波器61は、光信号の入射ポート3つと、出射ポート1つを備えている。いずれの入射ポートから光信号が入射されても、出射ポートにおいて同様の光量の光信号が得られるように導光路を構成する。光合波器61としては上述の光分波器60と同様にスターカプラや光バスを用いることができる。
The optical multiplexer 61 includes three optical signal incident ports and one outgoing port. The light guide is configured so that an optical signal having a similar light quantity can be obtained at the exit port regardless of which optical signal is incident from any of the entrance ports. As the optical multiplexer 61, a star coupler or an optical bus can be used as in the
電気光変換部62は、各ノードから出力される電気信号を光信号に変換して出力するものであり、発光ダイオード、LED等の発光素子とその駆動回路を含み構成される。 The electro-optical converter 62 converts an electrical signal output from each node into an optical signal and outputs the optical signal, and includes a light-emitting element such as a light-emitting diode or an LED and a drive circuit thereof.
光電気変換部63は、光分波器60、光合波器61から出力される光信号を電気信号に変換して各ノードに接続するものであり、フォトダイオード等の受光素子と、その出力信号の増幅回路を含み構成される。
The photoelectric conversion unit 63 converts the optical signal output from the
第2の実施の形態によれば、シリアル伝送路に光伝送媒体を用いているので、耐ノイズ性が向上し、多重伝送が可能となる。 According to the second embodiment, since the optical transmission medium is used for the serial transmission path, noise resistance is improved and multiplex transmission is possible.
なお、図8においては、電気光変換部62と光電気変換部63が各ノードとは別ブロックとなっているが、各々を各ノード内に含める構成としてもよい。 In FIG. 8, the electro-optic converter 62 and the opto-electric converter 63 are separate blocks from each node, but each may be included in each node.
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、発明の要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。また、発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態間の構成要素を任意に組み合わせることができる。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In addition, the constituent elements between the respective embodiments can be arbitrarily combined within the scope not changing the gist of the invention.
1 マスターノード
3,b〜3d スレーブノード
4 シリアルバス
5A〜5C メモリ
10,10a〜10d 並列直列変換部
11a〜11d 直列並列変換部
12a〜12d 送信PLL
13a〜13d 分周回路
19a 位相差検出部
20a マスタータイミング調整部
22,22b〜22d スレーブタイミング調整部
23a〜23d CDR部
24b〜24d 送信タイミング制御部
30a レジスタ
30b 分岐回路
31,31b 受信アライナー
32,32b 送信アライナー
60 光分波器
61 光合波器
62a〜62d 電気光変換部
63a〜63d 光電気変換部
100a〜100d,101a〜101d 並列データ信号
102a 同期信号
110a〜110d 制御信号
111a〜111d ステータス信号
200a,200b 直列データ信号
201a,201b 直列データ信号
202a 同期信号
203b 同期信号
250a,250b 直列同期信号
SL1〜SL10 セレクタ
DESCRIPTION OF
13a to 13d Frequency dividing circuit 19a Phase
Claims (9)
前記マスターノードは、基準クロック信号に同期して動作し、前記複数のスレーブノードからの直列データ信号に埋め込まれたクロック信号を抽出するクロックデータリカバリ部と、前記基準クロック信号と前記クロック信号との間の位相差を検出する位相差検出部とを備え、
前記複数のスレーブノードは、それぞれ、前記位相差検出部によって検出された前記位相差が所定の値以下となるように前記直列データ信号の送信タイミングを調整する送信タイミング制御部を備えたことを特徴とする信号伝送システム。 In a signal transmission system having a master node and a plurality of slave nodes that perform data transfer between the master node,
The master node operates in synchronization with a reference clock signal, extracts a clock signal embedded in serial data signals from the plurality of slave nodes, and includes a reference clock signal and the clock signal. A phase difference detection unit that detects a phase difference between
Each of the plurality of slave nodes includes a transmission timing control unit that adjusts the transmission timing of the serial data signal so that the phase difference detected by the phase difference detection unit is a predetermined value or less. Signal transmission system.
前記スレーブノードは、前記マスタータイミング調整部からの命令に従い、前記受信調整シーケンスの実行中は受信タイミングの調整を行い、前記送信調整シーケンスの実行中は前記送信タイミング制御部に対して送信タイミングの変化を指示して、送信タイミングの調整を行うスレーブタイミング調整部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の信号伝送システム。 The master node outputs a reception adjustment sequence for individually setting the adjustment of the reception timing of the serial data signal output from the master node for each slave node during a period when data transfer is not performed, and the slave node outputs A master timing adjustment unit that executes a transmission adjustment sequence for individually setting the transmission timing of the serial data signal for each slave node;
The slave node adjusts a reception timing during execution of the reception adjustment sequence according to a command from the master timing adjustment unit, and changes a transmission timing to the transmission timing control unit during the execution of the transmission adjustment sequence. The signal transmission system according to claim 1, further comprising a slave timing adjustment unit that instructs transmission of the transmission timing.
前記スレーブノードから前記マスターノードに送信された前記直列データ信号に埋め込まれたクロック信号と前記基準クロック信号との位相差を検出する第2のステップと、
前記位相差を所定の値以下となるように前記スレーブノードから前記マスターノードへの前記直列データ信号の送信タイミングを調整する第3のステップとを含むことを特徴とする信号伝送方法。 A first step of transmitting a serial data signal in which a reference clock signal is embedded from a master node to a slave node;
A second step of detecting a phase difference between the clock signal embedded in the serial data signal transmitted from the slave node to the master node and the reference clock signal;
And a third step of adjusting a transmission timing of the serial data signal from the slave node to the master node so that the phase difference is equal to or less than a predetermined value.
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