KR100465343B1 - 동적 시분할 공유버스 구조 - Google Patents

동적 시분할 공유버스 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적 시분할 공유버스 구조에 관한 것으로서 특히, 다수의 사용자가 공유버스를 사용하는 경우 버스 사용권에 대한 제어를 통해 다수의 사용자가 균등한 버스 사용권을 행사할 수 있도록 동적 시분할 방식을 통해 버스의 사용 효율을 높일 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 다수(N개)의 버스사용자가 균등하게 공유버스 사용권을 점유할 수 있도록 하는 시분할 공유버스 구조에 있어서, 슬롯번호를 검토하고 자신의 슬롯에서 공유버스를 사용하도록 제어하는 버스사용자와; 상기 공유버스를 통해 데이터를 전송하기 위한 데이터전송버스; 상기 버스사용자의 버스 사용 요청 처리 및 슬롯 할당 처리를 수행하는 버스관리자; 및 상기 버스사용자가 버스관리자에게 슬롯을 요청하거나 자신이 공유버스를 사용할 수 있는 시점을 확인하기 위해 필요한 정보를 제공하는 슬롯관리버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조를 제시한다.

Description

동적 시분할 공유버스 구조{Shared bus structure for dynamic time division}
본 발명은 중앙처리장치(CPU)와 같은 반도체 칩 및 시스템 보드에서 데이터 전송을 위해 사용되는 버스에서 다수의 사용자가 버스를 공유하는 방식에 대한 것이다. 특히, 다수의 사용자가 공유버스를 사용하는 경우 버스 사용권에 대한 제어를 통해 다수의 사용자가 균등한 버스 사용권을 행사할 수 있도록 동적 시분할 방식을 통해 버스의 사용 효율을 높일 수 있는 기술에 관한 것이다.
기존의 공유버스는 도1과 같은 구조를 가진다. 버스사용자(20a,20b,…,20n)는 버스마스터(Bus Master)라는 개념으로 사용 되고, 버스종속자(40a,40b,…,40n)는 버스슬레이브(Bus Slave)라는 개념으로, 버스관리자(10)는 버스아비터(Bus Arbiter)라는 개념으로 사용된다. 버스사용자(20a,20b,…,20n)는 다른 버스사용자나 버스 종속자(40a,40b,…,40n)에게 공유버스(30)를 통해 데이터를 전송하거나 데이터의 전송을 요청하기 위해 공유버스(30)를 점유한다.
이러한 버스사용자(20a,20b,…,20n)의 동작에 대응하는 다른 버스사용자나 버스종속자(40a,40b,…,40n)는 데이터 전송의 경우에는 수신된 데이터를 각각의 처리 방식에 따라 처리하며, 데이터의 전송 요청을 받은 경우에는 정해진 방식에 따라서 공유버스(30)를 점유하여 데이터를 요청한 버스사용자(20a,20b,…,20n)에게 보내게 된다. 버스종속자(40a,40b,…,40n)는 버스사용자(20a,20b,…,20n)와 달리 공유버스 점유를 요청할 수 없으며, 버스사용자(20a,20b,…,20n)의 관리를 받는 장치를 말한다.
기존의 기술에서는 도 1과 같이 버스사용자가 다수인 경우, 동일 시점에 다수의 버스사용자가 공유버스를 점유를 시도하는 경우가 발생하며, 이 경우에는 버스사용자 간의 버스점유에 대한 우선권에 따라 우선권이 높은 버스사용자가 버스를 사용하게 된다. 버스 사용권이 높은 버스사용자가 공유버스를 점유하는 동안 다른 버스사용자들은 공유버스를 사용하지 못하게 된다. 버스관리자는 이러한 버스 관리 기능을 수행하며, 이를 위해 버스사용자로부터 버스사용 요청 신호를 받고 이에 대한 응답을 제공한다.
버스사용자는 버스관리자의 개입으로 인하여 공유버스가 다른 버스사용자에 의하여 점유되고 있는지에 상관없이 버스관리자의 제어에 따라 일정시간 공유버스를 점유하고 사용할 수가 있게 된다.
기존의 기술에서 동일 시점에 두개 이상의 버스사용자가 공유버스를 사용하기 위해 버스관리자에게 버스사용 요청을 하게 되면 우선권이 높은 버스사용자에게 공유버스 사용권을 할당하는 방식을 사용한다. 우선권이 높은 버스사용자(버스사용자 A)가 도 2와 같이 장시간(T1) 공유버스를 점유하면, 다른 버스사용자(버스사용자 B)는 이 시간(T1)동안 공유버스 사용이 불가능하다.
즉, 도 2와 같이 시간 t1의 지점에서 버스사용자 A가 공유버스 사용에 대한 요청을 버스관리자에게 하고 공유버스를 할당을 받으면 버스사용자 A는 공유버스를 원하는 시간(T1)만큼 사용하게 된다. t2시점에서 버스사용자 B가 짧은 시간(T2)동안 공유버스를 사용하고자 하여도 버스사용자 A가 공유버스 사용을 끝내는 t3시점까지 대기하고 t3시점 이후에 짧은 시간(T2)동안 사용하게 된다.
이 경우 버스사용자 A의 경우에는 T1 시간만큼 공유버스를 사용하기 위해 T1 시간을 소모하지만, 버스사용자 B는 T2 시간만큼 공유버스를 사용하기 위해 (t3-t2) 시간을 추가로 소모하게 된다. 공유버스 사용 우선권을 가진 버스사용자의 버스를 점유하는 시간이 긴 경우 다른 버스사용자의 즉시 수행되어야 하는 긴급한 작업이 수행되지 못하는 문제도 발생된다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 다수의 사용자가 공유버스를 사용할 때 버스 사용권에 대한 제어를 통해 다수의 사용자가 균등한 버스 사용권을 행사할 수 있도록 동적 시분할 방식을 통해 버스의 사용 효율을 증대시키는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은
다수(N개)의 버스사용자가 균등하게 공유버스 사용권을 점유할 수 있도록 하는 시분할 공유버스 구조에 있어서,
슬롯번호를 검토하고 자신의 슬롯에서 공유버스를 사용하도록 제어하는 버스사용자와;
상기 공유버스를 통해 데이터를 전송하기 위한 데이터전송버스;
상기 버스사용자의 버스 사용 요청 처리 및 슬롯 할당 처리를 수행하는 버스관리자; 및
상기 버스사용자가 버스관리자에게 슬롯을 요청하거나 자신이 공유버스를 사용할 수 있는 시점을 확인하기 위해 필요한 정보를 제공하는 슬롯관리버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 공유버스에 대한 구조도이다.
도 2는 종래 버스사용자의 공유버스 사용에 대한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명에 의한 공유버스 사용권 허가에 대한 타이밍도이다.
도 4는 본 발명에 의한 공유버스 사용방식에 대한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명에 의한 동적 시분할 공유버스에 대한 구조도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동적 시분할 공유버스의 사용방식에 대한 타이밍도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 기존의 공유버스 사용에서 발생하는 사용권 점유 문제를 해결하기 위해 도 3과 같이 버스사용자가 버스를 점유할 수 있는 시간을 T라는 일정한 시간으로 정의하는 것을 기본으로 한다. 버스사용자는 T 기간 동안만 버스를 점유할 수있고 N개의 버스사용자가 있는 경우 N개의 버스사용자는 T*N 기간 동안 모두 동일하게 T 기간 동안 버스를 점유할 권리가 주어진다.
각 버스사용자가 공유버스를 사용하는 시간 T를 슬롯이라고 하며 T*N 시간을 슬롯군이라 한다. 다수(N개)의 공유버스 버스사용자가 공유버스 사용 시점을 알리기 위해 슬롯할당번호가 0부터 (N-1)까지 순차적으로 증가하며, 버스사용자는 이 슬롯할당번호를 참조하여 자신에게 할당된 슬롯번호와 동일한 경우 다음 슬롯기간 동안 공유버스를 사용하게 된다.
도 3의 공유버스 사용권 허가 방식은 모든 버스사용자에게 균등한 공유버스 사용을 보장하는 대신 공유버스 사용율을 낮추게 된다. 즉, N개의 버스사용자중에 일부만이 버스를 사용하는 경우 버스 사용가능 시간의 대부분이 사용되지 않게 된다. 도 4는 이러한 문제를 해결한 공유버스 사용 방식이다. 초기에는 N개의 모든 버스사용자(B0, B1, B2,…,BN-1)에게 슬롯(S0, S1, S2, S3,…SN-1)을 할당하여 균등한 버스 사용을 보장하고, 버스사용자 중에 버스 사용 빈도가 높은 버스사용자(B0)에 의해 추가 슬롯 할당을 요청 받으면 사용 빈도가 낮은 버스사용자(BN-2)의 슬롯(SN-2)을 추가로 할당하여 사용하게 한다.
추가로 할당된 슬롯동안 공유버스를 사용하는 도중에 초기에 해당 슬롯을 할당 받은 버스사용자가 공유 버스를 동시에 사용하고자 시도하는 것을 막기 위해 각 버스사용자는 버스사용상태 신호(access)를 참조한다. 추가로 할당된 슬롯을 사용하는 버스사용자는 추가로 할당된 슬롯을 사용할 때 버스사용상태 신호를 인가(논리 '1')하여 다른 버스사용자가 사용하고 있음을 알린다. 다른 버스사용자에 의해 자신의 슬롯을 점유 당한 버스사용자는 자신의 슬롯에 대한 권리를 다시 요청하며 이에 따라 버스관리자는 추가로 슬롯을 할당 받은 버스사용자에게 공유버스 사용을 중단할 것을 명령한다. 자신의 슬롯을 점유 당한 버스사용자는 다음 슬롯군에서 공유버스를 사용할 수 있게 된다.
모든 버스사용자는 장시간 동안 공유버스를 사용하지 않는 경우 이를 버스관리자에게 알려서 버스관리자가 이 버스사용자에게 할당된 슬롯을 다른 버스사용자에게 사용하도록 허가할 수도 있도록 한다.
이러한 동적 시분할 공유버스는 도 5와 같이 구성된다.
공유버스는 버스관리자(50), 버스사용자(80a,…,80n)를 중심으로 데이터전송버스(data bus)(60)와 슬롯관리버스(slot manage bus)(70) 두 가지 종류의 버스로 구성된다.
버스관리자(50)는 버스사용자(80a,…,80n)의 버스 사용 요청 처리, 슬롯 할당 처리를 수행한다.
버스사용자(80a,…,80n)는 공유버스를 사용하기 위해 슬롯번호를 검토하고 자신의 슬롯에서 공유버스를 사용하도록 제어하는 일을 수행한다.
데이터전송버스(60)는 공유버스를 통해 데이터를 전송하기 위해 사용되는 버스이다. 데이터전송버스(60)에는 데이터(DATA), 주소(ADDRESS), 읽기/쓰기(READ/WRITE), 클럭(CLOCK) 신호가 포함된다.
데이터 신호는 공유버스를 통해 전송하고자 하는 데이터를 전송하기 위해 사용된다.
주소 신호는 전송하고자 하는 데이터가 저장되어야 할 위치를 알리기 위해 사용된다.
읽기/쓰기 신호는 전송하고자 하는 데이터가 읽기를 위한 데이터인지 쓰기를 위한 데이터인지를 알리기 위해 사용된다.
클럭 신호(CLOCK)는 이러한 동작의 동기를 맞추기 위해 사용된다.
슬롯관리버스(70)는 버스사용자(80a,…,80n)가 버스관리자(50)에게 슬롯을 요청하거나 자신이 공유버스를 사용할 수 있는 시점을 확인하기 위해 필요한 정보를 제공하기 위해 사용된다. 슬롯관리버스(70)에는 슬롯번호(SLOT NUMBER), 슬롯사용표시(ACCESS INDICATION), 슬롯반환요청(RELEASE REQUEST), 할당슬롯번호(ALLOCATED SLOT NUMBER), 슬롯요청(SLOT REQUEST), 슬롯휴지(SLOT SLEEP) 신호가 포함된다.
슬롯번호(SLOT NUMBER) 신호는 버스사용자(80a,…,80n)에게 버스 사용 시점을 알리기 위해 사용되는 동기 신호로 슬롯의 길이는 클럭 신호 단위의 길이를 가진다. 버스사용자(80a,…,80n)는 슬롯번호 신호를 공통으로 참조하여 버스 사용 시점에 대한 동기를 유지한다.
슬롯사용표시(ACCESS INDICATION) 신호는 다른 버스사용자의 슬롯을 할당 받아 사용하는 경우 해당 슬롯을 사용할 때 이를 해당 슬롯의 원소유자에게 알리기 위해 사용된다. 해당 슬롯의 원소유자는 슬롯사용표시 신호가 설정되어 있는 경우 다음 슬롯군에 버스를 사용하게 된다.
슬롯반환요청(RELEASE REQUEST) 신호는 버스사용자(80a,…,80n)가 슬롯사용표시 신호를 통해 자신의 할당 슬롯이 다른 버스사용자에 의해 사용되고 있음을 알게 된 경우 해당 슬롯에 대한 권한을 주장하기 위해 사용된다. 슬롯반환요청 신호가 발생하면 해당 슬롯을 사용하던 버스사용자(80a,…,80n)는 할당된 슬롯을 더 이상 사용하지 못하게 된다.
슬롯요청(SLOT REQUEST) 신호는 버스관리자(80a,…,80n)에게 추가로 슬롯을 할당해줄 것을 요청하기 위해 사용된다. 슬롯요청 신호는 버스관리자(50)마다 1개씩 주어지게 된다.
할당슬롯번호(ALLOCATED SLOT NUMBER) 신호는 슬롯요청 신호를 받은 버스관리자(50)가 추가로 할당한 슬롯 번호를 전달하기 위해 사용된다. 슬롯요청 신호 다음에 할당슬롯번호 신호가 전달되며 각 버스사용자(80a,…,80n)는 할당슬롯번호와 슬롯요청 신호를 통해 자신의 슬롯이 다른 버스사용자에게 할당되어 있음을 미리 알게 된다.
슬롯휴지(SLOT SLEEP) 신호는 버스사용자(80a,…,80n)가 장시간 버스를 사용하지 않을 경우 자신이 사용 의사가 없음을 버스 관리자(50)에게 알리기 위해 사용된다. 버스 관리자(50)는 휴지 요청이 들어온 버스사용자(80a,…,80n)에게 할당된 슬롯을 먼저 다른 버스사용자에게 할당한다.
도 5의 공유버스 구조를 통해 공유버스 사용, 추가 슬롯 할당, 자신의 슬롯 권한 양도, 자신의 슬롯 권한 회복, 추가 슬롯 할당 반환 동작을 수행해 N개의 버스사용자(80a,…,80n)가 공유버스를 효율적으로 공유한다.
공유버스 사용은 버스사용자(80a,…,80n)가 자신의 슬롯에서 공유버스를 통해 데이터를 전송하는 것을 말한다. 데이터 전송에는 읽기와 쓰기 동작이 가능하다. 공유버스를 사용하기 위해서 버스사용자(80a,…,80n)는 도 6과 같이 슬롯번호(SLOT NUMBER) 신호를 관찰하여 자신의 슬롯번호와 일치하는 시점에 슬롯사용표시(ACCESS INDICATION) 신호를 관찰하고 신호가 인가되어 있지 않는 경우 다음 슬롯 시점에 데이터전송버스(60)에 데이터 전송에 필요한 신호를 전달한다.
추가 슬롯 할당은 버스사용자(80a,…,80n)가 슬롯을 추가로 할당 받는 동작을 말한다. 추가 슬롯 할당은 도 7과 같이 버스관리자(50)에게 슬롯요청 신호를 전달하고 다음 단계에 이에 대한 응답으로 슬롯 번호를 할당 받는 과정으로 이루어진다. 버스관리자(50)는 추가로 할당할 슬롯이 있는 경우 이 슬롯의 번호를 슬롯할당번호 신호로 전달하고 추가로 할당할 슬롯이 없는 경우에는 추가 슬롯 할당을 요청한 버스사용자(80a,…,80n)의 초기 할당 슬롯 번호를 슬롯할당번호 신호로 전달한다.
자신의 슬롯 권한 양도는 장시간 공유버스를 사용하지 않는 경우 해당 슬롯을 다른 버스사용자에게 양도할 것을 버스관리자(50)에게 요청하는 동작을 말한다. 자신의 슬롯 권한 양도는 도 8과 같이 슬롯을 양도하고자 하는 버스사용자(80a,…,80n)가 해당 슬롯 시점에서 슬롯휴지 신호를 인가하는 것으로 이루어진다. 슬롯휴지 신호가 인가된 후에 버스 관리자(50)는 슬롯 권한 양도를 요청한 버스사용자(80a,…,80n)의 슬롯을 다른 버스사용자에게 할당할 수 있다.
자신의 슬롯 권한 회복은 할당 받은 슬롯에 대한 권한을 다른 버스사용자에게 양도한 버스사용자가 자신의 슬롯을 되찾는 동작이다. 자신의 슬롯을 되찾으려는 버스사용자(B0)는 도 9와 같이 슬롯번호가 자신의 슬롯번호와 같은 시점(S0)에서 자신의 슬롯(S0)이 다른 버스사용자(Bk)에 의해 사용되고 있는지 확인한다. 다음 슬롯 시점에서 슬롯반환요청 신호를 인가한다. 슬롯반환요청 신호가 인가되면 추가 슬롯을 사용하고 있던 버스사용자(Bk)는 추가 슬롯 할당 반환 동작을 수행한다.
추가 슬롯 할당 반환은 추가로 할당 받은 슬롯의 원 소유자(B0)가 해당 슬롯의 반환을 요청한 경우에 수행되는 동작이다. 추가 슬롯 할당 반환은 도 9와 같이 데이터전송 버스에 데이터를 전송하는 시점에서 슬롯반환요청 신호가 존재하는 경우 해당 슬롯(S0)에 대한 사용 권한을 포기하는 것으로 수행된다. 추가 슬롯을 포기한 버스사용자(Bk)는 다음 슬롯군에서 해당 슬롯에 대한 사용권을 주장하지 않는다
이상에서와 같이 본 발명에 의한 동적 시분할 공유버스 구조에 따르면, 다수의 버스사용자가 공유버스를 슬롯 시간동안만 점유하도록 하여 공유버스 사용에 있어서 단일 버스사용자가 공유버스를 장기간 함으로써 다른 버스사용자가 공유버스를 장기간 사용하지 못해 공유버스를 사용하는 시스템의 성능이 저하되는 문제를 해결하였다.
또한, 버스사용자에게 슬롯을 고정적으로 할당함에 따라 공유버스 접근 주기가 길어지고 이에 따라 공유버스 사용빈도가 높은 버스사용자의 버스 사용에 지연이 발생하는 것을 막기 위해 버스사용자의 요청에 따라 동적으로 슬롯을 추가 배분하도록 하는 동적 시분할 버스를 제안하여 버스 사용 효율을 높이도록 하였다.

Claims (11)

  1. 다수(N개)의 버스사용자가 균등하게 공유버스 사용권을 점유할 수 있도록 하는 시분할 공유버스 구조에 있어서,
    슬롯번호를 검토하고 자신의 슬롯에서 공유버스를 사용하도록 제어하는 버스사용자와;
    상기 공유버스를 통해 데이터를 전송하기 위한 데이터전송버스;
    상기 버스사용자의 버스 사용 요청 처리 및 슬롯 할당 처리를 수행하는 버스관리자; 및
    상기 버스사용자가 버스관리자에게 슬롯을 요청하거나 자신이 공유버스를 사용할 수 있는 시점을 확인하기 위해 필요한 정보를 제공하는 슬롯관리버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 다수의 버스사용자가 균등하게 공유버스 사용권을 점유할 수 있도록 T*N 주기를 가지는 슬롯군 내에 T주기를 가지는 슬롯을 N개의 버스사용자에게 할당하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 공유버스를 사용하지 않는 다른 버스사용자의 슬롯을 추가로 할당하여 공유버스 사용 빈도가 높은 버스사용자에게 보다 많은 버스 사용 권한을 제공하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 슬롯의 추가 할당을 동작 중에 동적으로 할당하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 버스사용자는 슬롯번호 관찰을 통한 추가 슬롯 요청, 슬롯 반환 요청 처리를 더 수행하며, 자신에게 할당된 슬롯 시점에서 공유버스를 사용하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서, 상기 버스사용자가 버스관리자에게 추가 슬롯 할당을 요청하고, 추가 할당 가능한 슬롯이 있는 경우 해당 슬롯 번호를 요청하는 버스사용자에게 전달하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 자신의 슬롯이 양도되는 버스사용자는 슬롯 양도를 관찰하고 자신의 슬롯이 다른 버스사용자에 의해 사용됨을 인지하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 슬롯 사용 여부를 감지하고 다른 버스사용자에 의해 슬롯이 사용되고 있는 경우 슬롯 반환 요청을 하며 추가 슬롯을 사용하는 버스사용자는 슬롯 반환 요청을 관찰하여 반환 요청이 감지된 경우 슬롯을 반환하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  9. 청구항 1에 있어서, 장기간 공유버스를 사용하지 않는 경우 버스사용자에 의해 슬롯양도를 요청하고 양도가 요청된 슬롯을 다른 버스사용자에게 양도하는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  10. 청구항 1에 있어서, 데이터전송버스에는 데이터(DATA), 주소(ADDRESS), 읽기/쓰기(READ/WRITE), 클럭(CLOCK) 신호가 포함되는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 슬롯관리버스에는 슬롯번호(SLOT NUMBER), 슬롯사용표시(ACCESS INDICATION), 슬롯반환요청(RELEASE REQUEST), 할당슬롯번호(ALLOCATED SLOT NUMBER), 슬롯요청(SLOT REQUEST), 슬롯휴지(SLOT SLEEP) 신호가 포함되는 것을 특징으로 하는 동적 시분할 공유버스 구조.
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