JP5092109B2 - シリアル・バス・デバイス及びその差分クロック補償方法 - Google Patents

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Description

この出願は、2009年12月31日付けで出願された台湾特許出願第098146396号に基づく優先権を主張し、該台湾特許出願は引用を以て本明細書の一部となす。
本発明は、シリアル・バス・デバイスに関し、より詳細には、差分クロック補償用のシリアル・バス・デバイスに関する。
ユニバーサル・シリアル・バス(USB)は、外部装置を接続するためのシリアルバス規格であり、ホットプラグ、プラグアンドプレイ及び他の関連機能を提供する。
現在、USB2.0規格は、それぞれ1.5Mbps、12Mbps及び480Mbpsのデータ転送速度をサポートするロースピード、フルスピード及びハイスピードの3つの転送速度を提供する。しかし、電子装置は、絶えず進歩する技術的発展を背景として、外部装置からのデータに素早くアクセスし、引き続いて関連作業を実行し得るように、さらに高速な転送速度が要求されている。
従って、USBインプリメンターズ・フォーラムは、次世代USB業界標準であるUSB3.0を制定した。USB3.0規格は、スーパースピード・データ転送及び非スーパースピード(すなわちUSB2.0)データ転送を同時に行うことができ、スーパースピード・データ転送は5Gbpsのデータ転送速度をサポートする。
USB3.0規格等に対応する2つのリンク・パートナー間におけるスーパースピード・データ通信を達成する。
シリアル・バス・デバイス及びその差分クロック補償方法が提供される。パケットをリンク・パートナー(link partner)に送信するためのシリアル・バス・デバイスの或る実施形態が提供される。シリアル・バス・デバイスには、処理装置及び処理装置に結合された差分クロック補償装置が含まれる。処理装置は、パケットを生成する。差分クロック補償装置は、リンク・パートナーに対する差分クロックを補償するために、パケットより前に少なくとも1つのスキップ順序集合をリンク・パートナーに送信するか否かをパケットのタイプに基づいて判定する。
さらに、シリアル・バス・デバイスのための差分クロック補償方法の或る実施形態が提供される。リンク・パートナーに送信されるパケットがデータ・パケットであるか否かが判定される。パケットがデータ・パケットであり、パケットのデータ長が特定値より長いかまたは等しいとき、シリアル・バス・デバイスとリンク・パートナーとの差分クロックを補償するために、少なくとも1つのスキップ順序集合がパケットより前にリンク・パートナーに送信される。
以下の実施形態において添付図面を参照しながら詳細な説明を行う。
データ・パケットが受信側のリンク・パートナーに送信されるときのデータオーバーフローまたはデータアンダーフローを防止することができる。また、送信側のリンク・パートナーと受信側のリンク・パートナーとの差分クロックが補償されることによって、2つのリンク・パートナー間の伝送効率が上がる。
2つのユニバーサル・シリアル・バス(USB)デバイス間のスーパースピード・データ通信を示す概略図。 USB3.0仕様に準拠するデータ・パケットのフォーマット。 様々なタイプのパケットのコンテンツ値を示すタイプ・フィールドの表。 本発明の或る実施形態に従うUSBデバイス。 本発明の或る実施形態に従うデータ・パケットのデータ長とスキップ・シンボル生成器によって挿入されるスキップ順序集合の量との関係を示す表。 本発明の或る実施形態に従うスーパースピード・データ通信を提供することができるUSBデバイスに対する差分クロック補償方法。
以下の説明は、本発明を実行する最良と思われるモードの説明である。この説明は、本発明の一般原理を説明するためになされるものであり、限定的な意味で解釈されるべきではない。本発明の範囲は、添付の請求項を参照することにより最も良く決定される。
図1は、2つのユニバーサル・シリアル・バス(USB)デバイス10と20間のスーパースピード・データ通信を示す概略図を示している。図1では、USBデバイス10はケーブル30を介してUSBデバイス20にデータを送信し、ここでUSBデバイス10及び20はそれぞれ送信側及び受信側のリンク・パートナーである。リンク・パートナー10は、処理装置11、スクランブラ12、エンコーダ13、及び電気物理ユニット(electrical physical unit)14を含み、スクランブラ12には、線形フィードバックシフトレジスタ15が含まれる。先ず、処理装置11は、スクランブラ12に送信される未加工データTXDataを供給し、ここでデータTXDataの長さは8ビットである。次に、スクランブラ12は、線形フィードバックシフトレジスタ15によって与えられるシードに従ってデータTXDataにスクランブルをかけて暗号化データSSCRを生成する。次に、エンコーダ13は、暗号化データ SSCRを符号化して符号化データSENCを生成し、その後、符号化データSENCを電気物理ユニット14に送信する。エンコーダ13は、8b/10b符号化技術を用いて暗号化データSSCRを符号化する。それゆえ、符号化データSENCは10ビット長のシンボルである。次に、電気物理ユニット14は、符号化データSENCをパラレル形式からシリアル形式に変換し、その後、ケーブル30を介して符号化データSENCをリンク・パートナー20に送信する。電気物理ユニット14は、USB規格に準拠した差分信号を送受信するI/Oインタフェース・ユニットである。
図1を参照すると、リンク・パートナー20は、処理装置21、デスクランブラ22、デコーダ23、差分クロック補償装置26、及び電気物理ユニット24を含み、デスクランブラ22には線形フィードバックシフトレジスタ25が含まれる。リンク・パートナー10からの一連のビット・データ(またはビット・データ流)がリンク・パートナー20によって受信されると、電気物理ユニット24は、受信ビット・データをシリアル形式からパラレル形式に変換し、複数の入力データSINを含むシンボル・ストリングを生成する。ここで、各入力データSINは10ビット長のシンボルである。次に、差分クロック補償装置26は、リンク・パートナー10の送信データ速度とリンク・パートナー20の受信データ速度を同期させるために、リンク・パートナー20の第1のクロックとリンク・パートナー10の第2のクロックとの差分クロックに応じて、補償手順を実行する必要があるか否かを判定する。第1のクロックと第2のクロックとの差分クロックが小さいとき、差分クロック補償装置26は、補償手順を実行することなしに入力データSINをデコーダ23に直接渡す。すなわち、データSCOMPはSINと同一である。従って、2つのリンク・パートナー10と20のデータ通信間に歪みがないとき、リンク・パートナー20のデータSCOMPはリンク・パートナー10の符号化データSENCと同一である。次に、デコーダ23は、8b/10b復号化技術を用いてデータSCOMPを復号化し、データSDECを生成する。その一方で、2つのリンク・パートナー10と20の間のデータ通信が正しいとき、リンク・パートナー20の復号化データSDECはリンク・パートナー10のデータSSCRと同一である。次に、デスクランブラ22は、線形フィードバックシフトレジスタ25によって与えられるシードに従って復号化データSDECのスクランブルを解除して、データRXDataを生成し、データRXDataを後続の利用のために処理装置21に送信する。
USB3.0仕様においては、スーパースピード・データ転送は、4つの基本的なパケットタイプ、すなわち、リンク・マネージメント・パケット(LMP)、トランザクション・パケット(TP)、データ・パケット(DP)、及びアイソクロナス・タイムスタンプ・パケット(ITP)を含む。トランザクション・パケットは、データ・ペイロードを有しない。データ・パケットには、USB3.0仕様に準拠するデータ・パケットのフォーマットを示す図2に示すように、データ・パケット・ヘッダ(DPH)及びデータ・パケット・ペイロード(DPP)が含まれる。USB3.0仕様においては、各スーパースピード・ヘッダは、5ビットのフィールドであるタイプ・フィールド(例えば図2のフィールド210)から始まり、このフィールドを用いて、スーパースピード・パケットがどのように使用または転送されることになるかを決定するために、スーパースピード・パケットのフォーマットを識別する。図3は、USB3.0仕様に準拠する様々なタイプのパケットのコンテンツ値(content value)を示すタイプ・フィールドの表を示しており、ここで、コンテンツ値は2進数で表記されている。図3では、リンク・マネージメント・パケットのコンテンツ値は「00000」であり、トランザクション・パケットのコンテンツ値は「00100」であり、データ・パケットのコンテンツ値は「01000」であり、アイソクロナス・タイムスタンプ・パケットのコンテンツ値は「01100」である。
再び図1を参照すると、2つのリンク・パートナー10と20との差分クロック(または異なるビット・レート)を補償するために、USB3.0仕様に従って、リンク・パートナー10は、354個のシンボル毎の平均で1つのスキップ順序集合をリンク・パートナー20に送信することになる。USB3.0仕様においては、スキップ順序集合(すなわちいわゆるSKP ordered set)には、2つのスキップ・シンボル(skip symbol)が含まれる。例えば、第1のスキップ・シンボルが「0011111001」であり、第2のスキップ・シンボルが「1100000110」であるか、または第1のスキップ・シンボルが「1100000110」であり、第2のスキップ・シンボルが「0011111001」である。大容量のファイルは複数のデータ・パケットに分けられることになり、スキップ順序集合は、データ・パケット内には挿入されないが、2つの隣接するデータ・パケットの間に挿入され得ることに留意されたい。それゆえ、リンク・パートナー10は、データ・パケット通信中にスキップ順序集合をバッファリングすることが許される。データ・パケット通信完了後、リンク・パートナー10は、バッファリングされたスキップ順序集合をリンク・パートナー20に送信する。リンク・パートナー10では、エンコーダ13は、8b/10b符号化技術を用いてスキップ・データ(skip data)「00111100」を符号化し、それによって第1及び第2のスキップ・シンボルを得る。さらに、スキップ・データは、リンク・パートナー10のスクランブラ12によってスクランブルをかけられない。同様に、スキップ順序集合は、リンク・パートナー20のデスクランブラ22によってスクランブルを解除されない。その上、リンク・パートナー20の差分クロック補償装置26は、2つのリンク・パートナー10と20との非同期クロックを回避するようにスキップ順序集合の量を増加または減少させ得る。
図4は、本発明の或る実施形態に従うUSBデバイス40を示している。図4では、リンク・パートナー40は、ケーブル30を介してリンク・パートナー20にデータを送信する。図1のリンク・パートナー10と比較すると、リンク・パートナー40には、処理装置11とスクランブラ12の間に結合された差分クロック補償装置41がさらに含まれ、差分クロック補償装置41には、処理装置11とスクランブラ12の間に結合された調停器42及び調停器42に結合されたスキップ・シンボル生成器44が含まれる。処理装置11からの受信データTXDataがパケットであるとき、調停器42は、先ず、パケットTXDataのヘッダ内のタイプ・フィールドに基づいてパケットTXDataを識別する。次に、パケットTXDataがデータ・パケットでないとき、すなわちパケットTXDataがリンク・マネージメント・パケット、トランザクション・パケットまたはアイソクロナス・タイムスタンプ・パケットであるとき、調停器42は、パケットTXDataを後続処理(例えば、スクランブルをかける、符号化する、など)のためにスクランブラ12に直接渡し、その後、処理されたパケットは、ケーブル30を介してリンク・パートナー20に伝送される。一方、調停器42がパケットTXDataのタイプ・フィールド(例えば図2のフィールド210)に基づいてパケットTXDataをデータ・パケットとして識別するとき、調停器42は、調停器42内のバッファ46にパケットTXDataを格納し、パケットTXDataのデータ長フィールド(例えばデータ・パケット・ペイロードの持つバイト数を示す図2のフィールド220など)に基づいてパケットTXDataのデータ長を得る。次に、調停器42は、調停器42への少なくとも1つのスキップ・シンボル・セットSKPSetを生成するようにスキップ・シンボル生成器44を制御するためのスキップ・シンボル生成器44への制御信号Ctrlを生成するか否かを判定する。ここで、各スキップ・シンボル・セットSKPSetは2つのスキップ・データ「00111100」を含む。上記したように、8b/10b符号化技術を用いて2つのスキップ・データ「00111100」を符号化することによってスキップ順序集合を得ることができる。次に、スキップ・シンボル・セットSKPSetを受信後、調停器42はスキップ・シンボル・セットSKPSetをスクランブラ12に前もって送信し、その後、バッファ46内に格納されたパケットTXDataを後続処理のためにスクランブラ12に送信する。最後に、リンク・パートナー40は、スキップ順序集合及びパケットをケーブル30を介してリンク・パートナー20に順次送信する。換言すれば、リンク・パートナー40は、データ・パケットより前に少なくとも1つのスキップ順序集合をリンク・パートナー20に送信し、エンコーダ13は、スキップ・シンボル生成器44によって生成されたスキップ・シンボル・セットSKPSetを符号化してスキップ順序集合を生成する。一実施形態では、差分クロック補償装置41は処理装置11内に実装され得る。
図4では、調停器42は、パケットTXDataのデータ長に基づいてスキップ・シンボル生成器44によって生成されるスキップ・シンボル・セットSKPSetの量を制御する。一実施形態では、調停器42は、所定のデータ長に基づいて定量のスキップ・シンボル・セットSKPSetを生成するようにスキップ・シンボル生成器44を制御し得る。例えば、パケットTXDataのデータ長が512バイトより長いかまたは等しければ、調停器42は、調停器42への定量のスキップ・シンボル・セットSKPSetを生成するようにスキップ・シンボル生成器44を制御するための制御信号Ctrlをスキップ・シンボル生成器44に供給する。さらに、調停器42はまた、様々なデータ長、すなわちデータ・パケットより前にリンク・パートナー40によって送信されるスキップ順序集合の量(データ・パケットのデータ長に相当する)に基づいてスキップ・シンボル・セットSKPSetの量を決定し得る。図5は、本発明の或る実施形態に従うデータ・パケットのデータ長とスキップ・シンボル生成器によって挿入されるスキップ順序集合の量との関係を示す表を示している。図4及び図5を参照すると、調停器42は、データ・パケットのデータ長が0ないし511バイトであるときにはスキップ・シンボル生成器44に制御信号Ctrlを供給しないので、スキップ順序集合はリンク・パートナー40によってデータ・パケットより前に挿入されない。データ・パケットのデータ長が512ないし767バイトであるとき、調停器42は、リンク・パートナー40がデータ・パケットより前に1つのスキップ順序集合を挿入するように、制御信号Ctrlをスキップ・シンボル生成器44に供給する。データ・パケットのデータ長が768ないし1024バイトであるとき、調停器42は、リンク・パートナー40がデータ・パケットより前に2つのスキップ順序集合を挿入するように、制御信号Ctrlをスキップ・シンボル生成器44に供給する。図5において、データ・パケットのデータ長範囲及び対応するスキップ順序集合の量が、リンク・パートナー40とリンク・パートナー10との実際の通信状態に基づいてソフトウェアによって調整され得る。
図6は、本発明の或る実施形態に従うスーパースピード・データ通信を提供することができるUSBデバイスに対する差分クロック補償方法を示している。先ず、リンク・パートナーに送信されることになるパケットが受信される(ステップS702)。次に、パケットのヘッダ内のタイプ・フィールドに基づいて、パケットがデータ・パケットであるか否かが判定される(ステップS704)。パケットがデータ・パケットでないときには、パケットはリンク・パートナーに直接送信される(ステップS712)。一方、パケットがデータ・パケットであるときは、パケットのヘッダ内のデータ長フィールドに基づいて、パケットのデータ長が特定の長さより長いかまたは等しいか否かが判定される(ステップS706)。パケットのデータ長が特定の長さより短いときには、パケットはリンク・パートナーに直接送信される(ステップS712)。一方、パケットのデータ長が特定の長さより長いかまたは等しいときは、パケットのデータ長に基づいてスキップ順序集合の量が決定され、その後、決定された量のスキップ順序集合が生成される(ステップS708)。ここで、スキップ順序集合の量は、固定値であり得るかまたはパケットのデータ長に相当し得る。次に、決定された量のスキップ順序集合がリンク・パートナーに送信される(ステップS710)。次に、スキップ順序集合が送信された後にパケットがリンク・パートナーに送信される(ステップS712)。
送信側のリンク・パートナーと受信側のリンク・パートナーとの差分クロックは、本発明の実施形態に従って、送信側のリンク・パートナーにおける差分クロック補償装置の使用によって補償される。その上、差分クロック補償装置の調停器は、送信されるパケットがデータ・パケットであるか否かを識別することができ、スキップ順序集合を生成するかまたは生成しないようにスキップ・シンボル生成器を制御しかつデータ・パケットのデータ長に基づいて生成されるスキップ順序集合の量を決定することができる。データ・パケットより前にスキップ順序集合を送信することによって、データ・パケットが受信側のリンク・パートナーに送信されるときのデータオーバーフローまたはデータアンダーフローを防止することができる。データオーバーフローまたはデータアンダーフローが生じた場合には、送信側のリンク・パートナーは、受信側のリンク・パートナーにデータ・パケットを再送する必要がある。従って、送信側のリンク・パートナーと受信側のリンク・パートナーとの差分クロックが補償され、それによって2つのリンク・パートナー間の伝送効率が上がる。
USB3.0デバイスに加えて、本発明は、PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)規格などの他のシリアル伝送規格またはシリアル・バス・デバイス、またはUSB3.0やPCIeプロトコルのような他の規格にも適用され得る。同様に、データ・パケットが送信される前に特定のデータ(例えばスキップ順序集合)を送信するか否かを判定することによって、送信側のデバイスと受信側のデバイスとの差分クロックが補償されるので、送信側のデバイスから受信側のデバイスへのデータ・パケット伝送中のデータオーバーフローまたはデータアンダーフローが回避される。
本発明について、例としてかつ好適実施形態の観点から説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではないことを理解されたい。当業者は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなしに、さらに様々な変更及び改変を行うことができる。従って、本発明の範囲は、以下の請求項及びそれと等価なものによって画定されかつ保護されるものとする。
10、20、40 USBデバイス(リンク・パートナー)
11、21 処理装置
12 スクランブラ
13 エンコーダ
14 電気物理ユニット
15 線形フィードバックシフトレジスタ
22 デスクランブラ
23 デコーダ
26、41 差分クロック補償装置
30 ケーブル
42 調停器
44 スキップ・シンボル生成器
46 バッファ
210、220 フィールド

Claims (17)

  1. パケットをリンク・パートナーに送信するためのリンク・パートナーに平均で354シンボルごとにスキップ順序集合を送信するシリアル・バス・デバイスであって、
    前記パケットを生成する処理装置と、
    前記処理装置に結合されており、前記リンク・パートナーに対する差分クロックを補償するために、該リンク・パートナーに送信されるパケットがデータ・パケットであるかどうかを判定し、該パケットがデータ・パケットである場合には前記パケットを送信するより前に少なくとも1つのスキップ順序集合を前記リンク・パートナーに送信する差分クロック補償装置とを含むことを特徴とするシリアル・バス・デバイス。
  2. 前記差分クロック補償装置が、
    2つのスキップ・シンボルを含む前記スキップ順序集合を生成するスキップ・シンボル生成器と、
    前記処理装置と前記スキップ・シンボル生成器の間に結合されており、前記パケットがデータ・パケットである場合には、前記パケットを送信するより前に前記スキップ順序集合を前記リンク・パートナーに送信することを決定する調停器とを含むことを特徴とする請求項1のシリアル・バス・デバイス。
  3. 前記調停器が、前記パケットヘッダの内のタイプ・フィールドに基づいて前記パケットのタイプを識別することを特徴とする請求項2のシリアル・バス・デバイス。
  4. 前記パケットがデータ・パケットであるとき、前記調停器が、前記パケットを送信するより前に前記スキップ順序集合を前記リンク・パートナーに送信するか否かを前記パケットのデータ長に基づいて判定することを特徴とする請求項2のシリアル・バス・デバイス。
  5. 前記調停器が、前記パケットが前記データ・パケットでないとき、前記パケットを前記リンク・パートナーに直接送信することを特徴とする請求項2のシリアル・バス・デバイス。
  6. 前記パケットが前記データ・パケットでありかつ前記パケットの前記データ長が特定値より長いかまたは等しいとき、前記調停器が、前記パケットを送信するより前に前記スキップ順序集合を前記リンク・パートナーに送信することを特徴とする請求項4のシリアル・バス・デバイス。
  7. 前記パケットが前記データ・パケットでありかつ前記パケットのデータ長が特定値より短いとき、前記調停器が、前記パケットを前記リンク・パートナーに直接送信することを特徴とする請求項のシリアル・バス・デバイス。
  8. 前記調停器が、前記パケットのヘッダ内のデータ長フィールドに基づいて、前記パケットの前記データ長を得ることを特徴とする請求項4のシリアル・バス・デバイス。
  9. 前記パケットが前記データ・パケットであり、前記パケットの前記データ長が特定値より長いかまたは等しいとき、前記調停器が、前記スキップ順序集合を生成するように前記スキップ・シンボル生成器を制御し、前記スキップ・シンボル生成器によって生成される前記スキップ順序集合の量が前記パケットの前記データ長に相当することを特徴とする請求項4のシリアル・バス・デバイス。
  10. リンク・パートナーに平均で354シンボルごとにスキップ順序集合を送信するシリアル・バス・デバイスのための差分クロック補償方法であって、
    リンク・パートナーに送信されるパケットがデータ・パケットであるか否かを判定するステップと、
    前記パケットが前記データ・パケットでありかつ前記パケットのデータ長が特定値より長いかまたは等しいとき、前記シリアル・バス・デバイスと前記リンク・パートナーとの差分クロックを補償するために、前記パケットを送信するより前に少なくとも1つのスキップ順序集合を前記リンク・パートナーに送信するステップとを含むことを特徴とする差分クロック補償方法。
  11. 前記パケットが前記データ・パケットでないとき、前記パケットを前記リンク・パートナーに直接送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項10の差分クロック補償方法。
  12. 前記パケットが前記データ・パケットでありかつ前記パケットの前記データ長が前記特定値より短いとき、前記パケットを前記リンク・パートナーに直接送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項10の差分クロック補償方法。
  13. 前記リンク・パートナーに送信される前記スキップ順序集合の量を前記パケットの前記データ長に基づいて決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項10の差分クロック補償方法。
  14. 前記スキップ順序集合の前記量が、前記パケットの前記データ長に相当することを特徴とする請求項13の差分クロック補償方法。
  15. 前記スキップ順序集合の前記量が、固定値であることを特徴とする請求項13の差分クロック補償方法。
  16. 前記判定するステップが、
    前記パケットが前記データ・パケットであるか否かを前記パケットのヘッダ内のタイプ・フィールドに基づいて判定するステップと、
    前記パケットが前記データ・パケットであるとき、前記パケットの前記ヘッダ内のデータ長フィールドに基づいて前記パケットの前記データ長を得るステップとをさらに含むことを特徴とする請求項10の差分クロック補償方法。
  17. 前記スキップ順序集合が、2つのスキップ・シンボルを含むことを特徴とする請求項10の差分クロック補償方法。
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