JPH08147238A - バスシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】情報処理装置に用いられるバスシステムであっ
て、バス使用権の調停を行うアービタと複数個の接続デ
バイスとから構成され、前記接続デバイスは前記アービ
タにバス使用権の要求の発生と転送を予定するデータ量
を通知する手段を有し、前記アービタは前記接続デバイ
スから通知された情報に基づいて、指定されたアルゴリ
ズムでバス使用権の制御を行う。 【効果】近い将来のバストラフィックを先読みした上
で、最適なバス使用権の調停を行うことが可能になる。
パラレル転送方式を用いた場合には制御が簡略化でき、
またシリアル転送方式を用いた場合には信号線の本数を
削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピュー
タ・ワークステーション・オフィスコンピュータ等の情
報処理装置に用いられるバスシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年情報処理装置では、バス接続デバイ
ス（以下接続デバイス）間のデータ転送の手法として一
般にバス方式が用いられている。多くのパソコンメーカ
によってサポートされた業界標準的なバスは、例えば
「ピーシーアイ ローカルバス・仕様書 製品版 第
２．０版」、ピーシーアイ スペシャル インタレスト
グループ、１９９３年４月３０日（「ＰＣＩローカル
・バス仕様書製品版第２．０版、ＰＣＩ Ｓｐｅｃｉａ
ｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｇｒｏｕｐ、１９９３年４月３
０日）に記載されているピーシーアイバス等がある。

【０００３】一般にバス接続によるデータ転送方式で
は、バス使用率がある限界を越えると、バス接続デバイ
スがバス使用権を要求してから実際にデータ転送を開始
するまでの待ち時間の平均値である平均レイテンシと、
バス接続デバイスがバス使用権を要求してからデータ転
送が終了するまでに要する時間の平均値である平均アク
セス所要時間とが急激に増加するという特性が見られ
る。

【０００４】この平均レイテンシ・平均アクセス所要時
間の増加を防ぐための手法の一つとして、従来はバスタ
イマ等を設けて、あるデバイスがバスを使用中に一定時
間が経過したら、強制的にバス使用許可を取り上げて別
のデバイスへバス使用権を与える、というような手法が
用いられてきた。しかし、この方式ではバスタイマに固
定値を設定するため、同じ情報処理装置が、ある時は高
スループットを重視する用途に用いられたり、またある
時は平均レイテンシ・平均アクセス所要時間を低く抑え
ることを重視する用途に用いられたりする場合に、柔軟
に対応できないという欠点がある。

【０００５】こういった問題を解決するための手法の一
つとして、従来、特開平５−２９８２４３号公報で説明
されているバス競合制御方法がある。

【０００６】この方式では、共通バスの中にバス競合制
御用信号線を設けるという、分散アービトレーション方
式を採用している。すなわち、バスアクセスを行おうと
するデバイスは、自デバイスの優先順位・残りパケット
数・自デバイスのアドレスといった情報をバス競合制御
用信号線に送出する。そして調停の結果、その時点で最
も優先度が高いと判定されたデバイスがバス使用権を獲
得し、バスアクセスを行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】分散アービトレーショ
ン方式では、各々のバス接続デバイスは、互いに他のデ
バイスがあとどれだけデータ転送を行うのか、というこ
とを知ることができない。

【０００８】そのため、現時点でバス使用権を要求して
いるデバイスそれぞれの残り転送データ量を把握した上
で、平均レイテンシや平均アクセス所要時間をできるだ
け小さくするようにバス使用権を承認するというように
バスの制御を行うことは難しい。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、前述の課題
を解決し、情報処理装置の用途に応じてバス全体のトラ
フィックの状況を把握して、動的にバス使用権の制御を
行うバスシステムを与えるための手段の一つとして、バ
ス使用権の調停処理を専門に行うバスアービタをバス接
続デバイスとは別に設ける集中アービトレーション方式
を採用し、各バス接続デバイスはアービタへのバス使用
権要求と同時に、アービタへ１対１に接続した信号線を
用いて転送予定データ量を通知するようにする。この転
送予定データ量の通知方法には、パラレル転送またはシ
リアル転送のいずれかを使用する。また、アービタにス
ループット重視モード・レイテンシ重視モードの二つの
動作モードを設定できる機能を加える。アービタは、バ
スの性能特性をモニタして、バースト長をパラメータと
したスループットと平均レイテンシの対応テーブルを作
成・記憶しておく。そして、レイテンシ重視モードに設
定されている場合は、アービタは各デバイスの転送予定
データ量の集計・レイテンシテーブルの参照を行い、で
きるだけ平均レイテンシ・平均アクセス所要時間が小さ
くなるように、バス使用権を要求しているデバイスに対
してバス使用権の承認を与えるというように動的にバス
を制御する。さらに、アービタは必要に応じて、平均レ
イテンシ・平均アクセス所要時間ができるだけ小さい値
になるように、各接続デバイスに許可する転送データ量
を動的に変えることもできるようにする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、各バス接続デバイスが転送予
定データ量をアービタに通知することにより、近い将来
のバストラフィックを先読みした上で、最適なバス使用
権の調停を行うことが可能になる。その転送予定データ
量の通知方法にパラレル転送方式を用いた場合には制御
が簡略化でき、また転送方式にシリアル転送方式を用い
た場合には信号線の本数を削減できる。また、アービタ
に二つの動作モードを設け、バス全体のバス使用権要求
状況を把握して動的にバスを制御することにより、情報
処理装置の使用用途に適したデータ転送性能を持つバス
システムを実現することが可能になる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図７によって説
明する。図１は本発明によるバスシステムの構成例を示
すシステムブロック図、図２は本発明によるバスシステ
ムのアービタに格納されるバースト長・スループット・
平均レイテンシの関係を表すテーブル、図３は本発明に
よるバスシステムにおけるタイミング仕様の一例を示す
タイミングチャート、図４は本発明によるバスシステム
におけるタイミング仕様の一例を示すタイミングチャー
ト、図５は従来方式のバスシステムにおけるタイミング
仕様の一例を示すタイミングチャート、図６は本発明に
よるバスシステムにおけるタイミング仕様の一例を示す
タイミングチャート、図７は本発明によるバスシステム
におけるバス制御処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【００１２】まず、図１を用いて、本発明におけるバス
システムの構成を説明する。

【００１３】図１で、１は本実施例のバスシステムでバ
ス使用権の調停を行うバスアービタ、２は本実施例のバ
スに接続される０番のバス接続デバイス、３は本実施例
のバスシステムで動作基準となる共通クロックを生成す
るクロックジェネレータ、４は本実施例のバスに接続さ
れる１番のバス接続デバイス、５は本実施例のバスに接
続される２番のバス接続デバイス、６は本実施例のバス
に接続される３番のバス接続デバイス、１０１はアドレ
ス信号とデータ信号が多重化されるｍビットのアドレス
／データバス（Ａ／Ｄ）、１０２はバスを制御するため
の信号をやりとりするｎビットのコントロールバス（Ｃ
ＮＴＬ）、１０３はバス動作の基準となる共通クロック
を供給するクロック線（ＣＬＫ）、１０４はバス接続デ
バイス０番からのバス使用権要求をアービタへ伝達する
信号線（ＲＥＱ０）、１０５はアービタからのバス使用
権承認をバス接続デバイス０番へ伝達する信号線（ＧＮ
Ｔ０）、１０６はバス接続デバイス０番の転送予定デー
タサイクル数をアービタへ伝達する６ビットのデータバ
ス（Ｄａｔａ＿Ｃｙｃｌｅｓ０）、１０７はバス接続デ
バイス１番からのバス使用権要求をアービタへ伝達する
信号線（ＲＥＱ１）、１０８はアービタからのバス使用
権承認をバス接続デバイス１番へ伝達する信号線（ＧＮ
Ｔ１）、１０９はバス接続デバイス１番の転送予定デー
タサイクル数をアービタへ伝達する６ビットのデータバ
ス（Ｄａｔａ＿Ｃｙｃｌｅｓ１）、１１０はバス接続デ
バイス２番からのバス使用権要求をアービタへ伝達する
信号線（ＲＥＱ２）、１１１はアービタからのバス使用
権承認をバス接続デバイス２番へ伝達する信号線（ＧＮ
Ｔ２）、１１２はバス接続デバイス２番の転送予定デー
タサイクル数をアービタへ伝達する６ビットのデータバ
ス（Ｄａｔａ＿Ｃｙｃｌｅｓ２）、１１３はバス接続デ
バイス３番からのバス使用権要求をアービタへ伝達する
信号線（ＲＥＱ３）、１１４はアービタからのバス使用
権承認をバス接続デバイス３番へ伝達する信号線（ＧＮ
Ｔ３）、１１５はバス接続デバイス３番の転送予定デー
タサイクル数をアービタへ伝達する６ビットのデータパ
スである（Ｄａｔａ＿Ｃｙｃｌｅｓ３）。

【００１４】図１は本発明によるバスシステムのブロッ
ク図である。バスシステムは一般にプロセッサ・メモリ
・各種入出力システム等の複数の接続デバイスを共通バ
スで接続することによって構成される。本実施例では共
通バス線としてアドレス／データ多重化バス１０１、コ
ントロールバス１０２を定義している。

【００１５】バス使用権の要求１０４，１０７，１１
０，１１３と承認１０５，１０８，１１１，１１４の信
号線は、各接続デバイス２，４，５，６とバスアービタ
１との間で１対１に接続される。

【００１６】また、本発明によるバスシステムの特徴で
ある転送予定データサイクル数の通知線１０６，１０
９，１１２，１１５も、各接続デバイスとバスアービタ
との間で１対１に接続される。本実施例では、この転送
予定データサイクル数をアービタへ通知するためにパラ
レルなデータパスを使用しているが、このデータサイク
ル数をシリアル転送で通知する方法によって信号線を削
減することも可能である。

【００１７】また、本実施例では、この転送予定データ
サイクル数通知線をバス接続デバイスからバスアービタ
への単方向の通知線としているが、これをデバイス・ア
ービタ間の双方向の通信線として、転送予定データサイ
クル数以外にも様々な情報をやり取りすることも可能で
ある。

【００１８】本発明によるバスアービタは、スループッ
トをできるだけ高めるようにバスを制御するスループッ
ト重視モードと、平均レイテンシ・平均アクセス所要時
間をできるだけ低く抑えるようにバスを制御するレイテ
ンシ重視モードの二つの動作モードを持つ。アービタが
レイテンシ重視モードに設定されている場合には、各接
続デバイスからバス使用権要求と同時に通知される転送
予定データサイクル数を集計し、平均レイテンシ・平均
アクセス所要時間がもっとも低くなるようにバス使用権
の調停を行う。

【００１９】次に、図２を用いて、本発明によるバスア
ービタがレイテンシ重視モードで動作するときに、バス
システムの動的制御のために参照するレイテンシテーブ
ルについて説明する。

【００２０】図２は、本発明によるバスシステムのアー
ビタに格納される、バースト長をパラメータとしたスル
ープットと平均レイテンシとの関係を表すテーブルの例
である。以下、図２のテーブルの作成方法について説明
する。

【００２１】起動時に、まずバースト長を１とし、各バ
ス接続デバイスに命令して、あるバス要求間隔のときの
スループットと発生したバスアクセス全部の平均レイテ
ンシを算出する。同様に、いくつかの異なるバス要求間
隔でスループットと平均レイテンシの関係を記録し、参
照テーブルを作成する。以上の作業をバースト長１，
２，４，８，１６，３２，６４サイクルについて行う。
これにより、バースト長をパラメータとしたスループッ
トと平均レイテンシとの関係がわかるので、このデータ
転送性能特性をもとにしてバスの動的制御を行うことが
できる。

【００２２】次に、図３から図６を用いて本実施例にお
けるバスシステムの具体的なデータ転送動作例について
説明する。

【００２３】まず、図３と図４を用いて、アービタの動
作モードがスループット重視モードに設定されている場
合の動作例について説明する。

【００２４】図３は本実施例におけるバスシステムの具
体的なデータ転送動作を示すタイムチャートである。以
下、図３のタイムチャート例に従って、バスシステムの
動作について説明する。

【００２５】なお、アービタのバス使用権調停アルゴリ
ズムにはラウンドロビンを採用する。これには他のアル
ゴリズムを採用してもよい。

【００２６】図３に示す例では、接続デバイスが要求す
る転送サイクルがそのまま認められ、データ転送が行わ
れている。

【００２７】まず、クロックエッジ０でデバイス０番か
らバス使用権要求が発生し、同時に４サイクルのバース
ト転送を行う予定であることをアービタへ通知する。ア
ービタではこれを受け、他にバス使用権を要求している
デバイスがないため、次のクロックエッジ１でデバイス
０番に対してバス使用権承認を通知する。そこでデバイ
ス０番は、クロックエッジ２からバースト長４のライト
サイクルを実行する。

【００２８】同様に、デバイス１番、２番、３番の順に
バス使用権要求が発生し、その順番でバス使用権が承認
され、データ転送が行われる。

【００２９】ここで、本実施例のバスシステムではスプ
リット転送方式を採用しており、リードアクセスでアド
レスサイクルのみのリード要求サイクルと、その要求に
対する応答としてデータサイクルのみから構成されるリ
ード応答サイクルを分離することができる。

【００３０】クロックエッジ２とクロックエッジ６で発
生したバス使用権要求で、転送予定データサイクル数が
０となっているのは、デバイスが予定しているアクセス
種類がアドレスサイクルのみから構成されるリード要求
アクセスであることを表している。

【００３１】図３のバス動作例では、アービタの動作モ
ードはスループット重視モードになっているので、スル
ープットをできるだけ高めるようにバス使用権の調停・
承認を行っている。

【００３２】次に、図４に示されているタイムチャート
の例を元に、バス動作について説明する。

【００３３】図４では、発生するアクセス種類がバース
ト長８サイクルのライトバースト転送とリード要求の二
つである動作例を示している。

【００３４】図４に示す例でも、接続デバイスが要求す
る転送サイクルがそのまま認められ、データ転送が行わ
れている。

【００３５】まず、クロックエッジ０でデバイス０番か
らバス使用権要求が発生し、同時に８サイクルのバース
ト転送を行う予定であることをアービタへ通知する。ア
ービタではこれを受け、他にバス使用権を要求している
デバイスがないため、次のクロックエッジ１でデバイス
０番に対してバス使用権承認を通知する。そこでデバイ
ス０番は、クロックエッジ２からバースト長８のライト
サイクルを実行する。

【００３６】同様に、デバイス１番、２番、３番の順に
バス使用権要求が発生し、その順番でバス使用権が承認
され、データ転送が行われる。

【００３７】この図４のバス動作例でも、アービタの動
作モードはスループット重視モードになっているので、
スループットをできるだけ高めるようにバス使用権の調
停、承認を行っている。

【００３８】次に、図５と図６を用いて、アービタの動
作モードがレイテンシ重視モードに設定されている場合
の動作例について説明する。例は、発生するアクセス種
類がバースト長８サイクルと４サイクルのライトバース
ト転送とリード要求の二つの場合を取り上げる。

【００３９】本発明によるバス制御方式によって、従来
行われてきた方式に比べてデータ転送性能を向上させる
ことができる。

【００４０】なお、本実施例ではバスのデータ転送性能
を表す数値として、平均レイテンシ・平均アクセス所要
時間の二つの値を用いる。

【００４１】また、以下の議論では、バスの１クロック
サイクルを２０ｎｓ（周波数５０ＭＨｚ）、バス幅を８
バイトと仮定する。

【００４２】まず、図５を用いて、従来のバス制御方式
によるバス動作例を説明する。

【００４３】図５に示されるように、従来のバス制御方
式では、デバイスからのバス使用権要求をもとにアービ
タが調停を行いバス使用権を承認していた。

【００４４】図５の従来例で、平均レイテンシは１３０
ｎｓ・平均アクセス所要時間は１９０ｎｓとなる。

【００４５】次に、本発明によるバス制御方式で、アー
ビタがレイテンシ重視モードに設定されている場合、ど
のようにバス動作が行われるかについて説明する。

【００４６】図６に、本発明によるバス制御方式でのバ
ス動作例を説明する。

【００４７】図６で、バス使用権要求発生は図５と同じ
タイミングで発生している。

【００４８】まず、クロックエッジ０でデバイス０番か
らバス使用権要求が発生し、同時に８サイクルのバース
ト転送を行う予定であることをアービタへ通知する。ア
ービタではこれを受け、他にバス使用権を要求している
デバイスがないため、次のクロックエッジ１でデバイス
０番に対してバス使用権承認を通知する。そこでデバイ
ス０番は、クロックエッジ２からバーストライトサイク
ルを実行する。ここまでは図５の従来例と同じ動作を行
う。

【００４９】次に、デバイス０番がバーストライトサイ
クルを行っている間に、クロックエッジ４でデバイス１
番からリード要求アクセスのバス使用権要求が発生す
る。本発明のバス制御方式では、アービタでは転送予定
データサイクル数情報を元にスループットを予想し、図
２に示したようなレイテンシテーブルを参照して、その
予想スループットで平均レイテンシ・平均アクセス所要
時間ができるだけ小さくなるバースト長を算出する。

【００５０】このような処理の結果、図６の例では、バ
ースト長４サイクルのほうが平均レイテンシがより小さ
くなることがわかったので、デバイス０番のバス使用を
いったん中断させ、デバイス１番にバスアクセスを行わ
せている。

【００５１】次に、デバイス１番のバスアクセス中に、
デバイス２番からバースト長４サイクルの使用権要求が
発生する。これを受けてアービタは、再び、レイテンシ
テーブルを参照して、デバイス２番に先にバスアクセス
を行わせた方が平均レイテンシが小さくなると判断す
る。そこで、デバイス１番のバスアクセス終了後、デバ
イス０番に対するバスアクセス処理再開を延期させ、デ
バイス２番のバスアクセスを許可する。

【００５２】次に、デバイス２番のバスアクセス中に、
デバイス３番からリード要求アクセスの使用権要求が発
生する。これを受けてアービタは、再度、レイテンシテ
ーブルを参照して、デバイス３番に先にバスアクセスを
行わせた方が平均レイテンシが小さくなると判断し、デ
バイス２番のバスアクセス終了後、デバイス０番に対す
るバスアクセス処理再開を延期させ、デバイス３番のバ
スアクセスを許可する。

【００５３】そして、デバイス３番のバスアクセスが終
了した後、延期していたデバイス０番のバースト転送を
再開させる。

【００５４】以上のようなバス制御を行う結果、本実施
例では平均レイテンシは７０ｎｓ・平均アクセス所要時
間は１８５ｎｓとなり、どちらの値も従来制御方式に比
べ改善することができる。特に平均レイテンシは、従来
方式に比べて４６％も向上している。

【００５５】以上に説明したような、本実施例における
バス制御方式についてまとめたものを、図７のフローチ
ャートに示す。

【００５６】以上のように、アービタにスループット重
視モード・レイテンシ重視モードの二つの動作モードを
を持たせ、アービタがバス全体のバス使用権要求状況を
把握して動的にバスを制御することにより、情報処理装
置の使用用途に適したデータ転送性能を持つバスシステ
ムを実現できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明では、各バス接続デバイスはアー
ビタへのバス使用権要求と同時に、アービタへ１対１に
接続した信号線を用いて転送予定データ量を通知するよ
うにする。これにより、近い将来のバストラフィックを
先読みした上で、最適なバス使用権の調停を行うことが
可能になる。

【００５８】この転送予定データ量の通知方法には、パ
ラレル転送またはシリアル転送のいずれかを使用する。
パラレル転送方式を用いた場合には制御が簡略化でき、
またシリアル転送方式を用いた場合には信号線の本数を
削減できる。

【００５９】また、アービタにスループット重視モード
・レイテンシ重視モードの二つの動作モードを設定でき
る機能を加える。アービタは、バスの性能特性をモニタ
して、バースト長をパラメータとしたスループットと平
均レイテンシの対応テーブルを作成・記憶しておく。そ
して、レイテンシ重視モードに設定されている場合は、
アービタは各デバイスの転送予定データ量の集計・レイ
テンシテーブルの参照を行い、できるだけ平均レイテン
シ・平均アクセス所要時間が小さくなるように、バス使
用権を要求しているデバイスに対してバス使用権の承認
を与えるというように動的にバスを制御する。また、ア
ービタは必要に応じて、平均レイテンシが最も小さい値
になるように、各接続デバイスに許可する転送データ量
を動的に変えることができるようにする。これらのこと
により、マルチメディアサーバ等のように応答速度が重
視される用途の場合には平均レイテンシ・平均アクセス
所要時間をできるだけ低く抑え、ファイルサーバ等のよ
うに高スループットが要求される用途の場合にはできる
だけスループットを高めるというように、情報処理装置
の使用用途に応じた柔軟なバス制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のバスシステムのブロック
図。

【図２】レイテンシテーブルの一例の説明図。

【図３】本発明の一実施例のタイムチャート。

【図４】本発明の第二実施例のタイムチャート。

【図５】従来のタイムチャート。

【図６】本発明の第三実施例のタイムチャート。

【図７】バス制御のフローチャート。

【符号の説明】

１…アービタ、 ３…クロックジェネレータ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報処理装置に用いられるバスシステムで
   あって、バス使用権の調停を行うアービタと複数個の接
   続デバイスとから構成され、前記接続デバイスは前記ア
   ービタにバス使用権の要求の発生と転送を予定するデー
   タ量を通知する手段を有し、前記アービタは前記接続デ
   バイスから通知された情報に基づいて、指定されたアル
   ゴリズムでバス使用権の制御を行うことを特徴とするバ
   スシステム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記転送予定データ量
   を通知する手段としてｎ本の信号線を用い、パラレル通
   信を行うバスシステム。
3. 【請求項３】請求項１において、前記転送予定データ量
   を通知する手段として１本の信号線を用い、シリアル通
   信を行うバスシステム。
4. 【請求項４】請求項１において、前記各接続デバイスに
   対して様々なバス使用権要求発生間隔と転送データ量を
   設定してバスアクセスを発生させ、バスのデータ転送性
   能を測定して、その結果をテーブル化して記憶する機能
   を有するアービタ。
5. 【請求項５】請求項４において、前記バス使用権要求発
   生間隔と転送データ量に応じて自動的にバスアクセスを
   発生する機能を有するバス接続デバイス。
6. 【請求項６】請求項４において、動作モードとしてバス
   のデータ転送速度をできるだけ高めるようにバス制御を
   行うスループット重視モードと、接続デバイスがバス使
   用権を要求してから実際にデータ転送を開始するまでの
   レイテンシの平均値である平均レイテンシと、接続デバ
   イスがバス使用権を要求してからデータ転送が終了する
   までに要するアクセス所要時間の平均値である平均アク
   セス所要時間とをできるだけ小さくするようにバス制御
   を行うレイテンシ重視モードの二つの動作モードを有す
   るアービタ。
7. 【請求項７】請求項６において、前記レイテンシ重視モ
   ードで動作する場合には、前記各接続デバイスから通知
   された転送予定データ量をもとに、テーブル化したバス
   性能情報を参照して、平均レイテンシ・平均アクセス所
   要時間をできるだけ小さくするように、バス使用権の承
   認と転送データ量の制御を動的に行うアービタ。
8. 【請求項８】請求項７において、前記各接続デバイスで
   発生したバス使用権要求を入力する入力信号線と、前記
   各接続デバイスの転送予定データ量を入力する入力信号
   線と、前記各接続デバイスにバス使用権許可を通知する
   出力信号線と、アドレス線・データ線・クロック線・バ
   ス制御線等の共通バス線信号の入出力を行う入出力信号
   線を有するアービタ。
9. 【請求項９】請求項５において、前記アービタへバス使
   用権要求発生を通知する出力信号線と、前記アービタへ
   転送予定データ量を通知する出力信号線と、前記アービ
   タからのバス使用権許可通知を入力する入力信号線と、
   アドレス線・データ線・クロック線・バス制御線等の共
   通バス線信号の入出力を行う入出力信号線を有する接続
   デバイス。