KR20050090849A

KR20050090849A - 병렬성을 증대시키는 버스 구조 및 중재 방식

Info

Publication number: KR20050090849A
Application number: KR1020040016122A
Authority: KR
Inventors: 장경선
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-14

Abstract

본 발명은 온 칩 버스에 관한 것으로, 원래 전력 소모를 줄일 목적으로 만들어진 세그멘티드 버스의 구조를 확장하고 새로운 중재 방식을 채용하여 병렬성을 증대시킴으로써 전체적인 버스 시스템의 성능을 최대화 시키는 방법에 관한 것이다.

Description

병렬성을 증대시키는 버스 구조 및 중재 방식 { Bus Structures and Arbitration Scheme To Enhance Parallelism }

본 발명은 온 칩 상에서 사용될 수 있는 세그멘티드 버스 구조와 관련된 버스 구조 및 중재 방식에 관한 것이다.

원래 세그멘티드 버스는 도 1과 같이 긴 버스 라인을 스위치를 이용하여 몇 개의 세그먼트로 분할하고, 같은 세그먼트 안에 있는 하드웨어 모듈 간에 통신할 경우에는 해당 세그먼트에 속하는 버스 라인만 구동함으로써 평균적인 전력 소모를 줄이기 위한 방법이다. _{[J.Y. Chen, W. B. Jone, J. S. Wang, H.-I. Lu, and T. F. Chen, "Segmented bus design for low-power systems" IEEE Tran. VLSI Systems, vol. 7, no.1, Mar. 1999].}

세그먼티드 버스를 온 칩 버스에 적용하기 위해서 세그먼트 내의 지역 중재기와 지역 중재기와 통신하여 세그먼트 간 통신을 조정하여 주는 중앙 중재기가 있는 구조가 제안된 바 있으나, 이 구조는 도 1과 같은 선형적인 세그멘티드 버스 구조만을 가정하고 있다._{[T. Seceleanu, J. Plosila, and P. Liljeberg, "On-Chip Segmented Bus: A Self-timed approach",IEEE ASIC SoC Conference 2002].}

본 발명의 주요 내용은 그런 단순한 선형 구조 외에 도 2와 같은 링 구조나, 도 3과 같은 완전 연결형 구조 등 비선형 구조를 허용하여 세그먼트 간의 통신 경로를 추가적으로 확보함으로써 더 많은 버스 트랜잭션이 병렬적으로 수행될 수 있게 하는 것이다.

본 발명은 세그먼트 버스 구조의 병렬성의 한계를 극복하고, 삼상태 버퍼 등을 사용함으로써 발생하는 전력 소모를 줄일 수 있는 방법을 고안하고, 클락 주기가 지나치게 늘어나서 시스템 성능을 저하시키는 문제를 해결하려고 한다.

본 발명은 세그멘티드 버스 구조를 확장하여 하드웨어 자원을 추가하거나, 새로운 중재 방식을 사용하고 클락 주기 증가를 최소화하여 시스템의 성능을 증대시키는 방식을 보여준다.

일반적인 세그멘티드 버스 구조는 도 1과 같이, 스위치를 통해서 하나의 버스가 여러 개의 세그먼트로 나뉘어져 사용되는 것이다. 본 발명에서 제안하는 버스 구조는 단순히 선형적으로 세그먼트를 나누는 버스 구조가 아니라, 도 2와 같이 링 구조나, 도 3과 같은 완전 연결형 구조 등 다양한 비선형 구조로 확장한다.

도 1, 도 2, 도 3과 같은 세그멘티드 버스 구조를 확장해서 세그먼트를 구현하는 지역 버스를 삼상태 버스를 사용하지 않고 MUX 기반 버스를 사용하고, 지역 버스 간의 통신에만 세그멘티드 버스를 사용하는 도 5와 같은 구조를 사용할 수 있다.

도 5와 같은 구조를 다시 확장해서 지역 버스 간의 통신에 사용되는 세그멘티드 버스를 하나 이상의 MUX에 기반한 공유 데이터 경로로 대치하여 사용하는 도 6과 같은 2 계층 MUX 버스 구조 방식을 사용할 수도 있다.

도 1, 도 2, 도 3과 같은 세그멘티드 버스 구조나, 도 5과 같은 구조나, 도 6과 같은 2 계층 MUX 버스 구조에서 지역 버스 또는 세그먼트 내의 지역 중재기와 중앙 중재기 간에 통신 시에, 지역 중재기는 단 하나의 마스터 요구만 보내는 것이 아니라, 목적지가 되는 지역 버스 별로 마스터를 하나씩 선정하고, 중앙 중재기에는 목적지 지역 버스 별로 선정된 마스터가 있는지 없는 지를 나타내는 정보만을 보내며, 중앙 중재기는 모든 지역 버스로부터 요구를 받아들여서 가장 병렬성이 많아지도록 각 지역 버스별 마스터를 선정해주는 중앙 중재기의 중재 방식을 사용하면 병렬성을 더 증가시킬 수 있다.

도 6에서 한 지역 버스의 슬레이브 부분과 마스터 부분이 서로 다른 지역 버스와 통신할 수 있도록 하고, 마스터와 슬레이브의 주소 공간을 그대로 유지하기 위해서는 각각의 MUX 기반 지역 버스 내에 그림 7에서 검정색으로 표시된 것과 같은 추가적인 MUX의 삽입이 필요하다.

도 1의 구조는 세그먼트 1과 세그먼트 4 간에 트랜잭션이 수행 중 일때는 전체적으로 1개의 트랜잭션만 수행될 수 있지만, 도 2와 같은 구조에서는 세그먼트 1과 세그먼트 4 간에 트랜잭션이 수행 중이어도, 세그먼트 2와 세그먼트 3의 내부에서 각각 트랜잭션이 수행될 수도 있고, 세그먼트 2와 세그먼트 3 간에 트래잭션이 수행될 수 있어서, 전체적으로 시스템의 병렬성을 증가시킨다.

도 1에서는 세그먼트 1와 세그먼트 4 간에 트랜잭션이 수행 중일 때에는 4개의 세그먼트를 구동해야 하지만, 도 3과 같은 완전 연결형 구조를 사용함으로써 2개의 세그먼트만 구동해도 되므로 도 1의 구조에 비하여 클락 주기를 훨씬 더 작게 할 수 있는 장점이 있다.

도 5와 같이 지역 버스간 통신에 별도의 세그멘티드 버스를 사용함으로써, 버스 간 통신을 하지 않고 있는 지역 버스 내에서의 트랜잭션이 병렬적으로 수행될 수 있도록 허용하여, 병렬성을 더 높일 수 있게 한다.

세그먼트 4개의 경우에 도 6에서 굵은 선으로 보여주는 것과 같이 지역버스간 트랜잭션이 동시에 4개가 수행될 수 있다. 도 6과 같은 구조를 사용하면, 일반적으로는 세그먼트의 수만큼의 버스 간 트랜잭션이 동시에 수행될 수 있게 된다. 이와 같은 구조는 구현 과정에서 삼상태 버퍼를 사용하지않아도 되기 때문에, 전력 소모 효과를 가져오고, 구현된 회로의 테스팅 과정의 단순화에도 도움이 된다. 또한, 도 5와는 달리 버스 간 트랜잭션 수행을 위해 거쳐가야 하는 MUX의 수가 일정하기 때문에 클락 주기를 일정한 범위 내에서만 증가시켜도 되는 장점이 있다.

지역 MUX 버스의 내부에서 도 7과 같이 MUX를 사용함으로써, 외부 마스터가 내부 슬레이브를 사용할 때에 내부 마스터 번호 영역을 사용하지 않아도 되고, 외부 슬레이브가 내부 마스터의 응답을 받을 경우에 슬레이브 주소 영역을 일부 차지하지 않아도 된다.

도 1은 기존의 선형적인 구조를 갖는 세그멘티드 버스 구조이다.

도 2는 링 구조를 갖는 세그멘티드 버스 구조이다.

도 3은 완전 연결형 구조를 갖는 세그멘티드 버스 구조이다.

도 4는 스위치, 지역 중재기, 중앙 중재기로 구성되는 세그멘티드 버스 구조의 일반적인 구성을 보여 준다.

도 5는 지역 버스를 MUX 기반 버스를 사용하고, 지역 버스 간의 통신에만 세그멘티드 버스를 사용하는 구조를 보여준다.

도 6은 지역 버스 간의 통신에 세그멘티드 버스 대신에 4개의 3-1 MUX를 사용하는 2 계층 MUX 버스 구조를 보여준다.

도 7은 MUX 기반 지역 버스를 외부 버스와 연결하기 위해 지역 버스 내에 추가적인 MUX가 사용되는 것을 보여준다.

Claims

온 칩 상에서 동기적인 방법으로 구현되는 세그멘티드 버스 구조에서 링 구조, 완전 연결형 구조 등 비선형 버스 구조를 사용하는 방식
1항의 세그멘티드 버스 구조를 확장해서 세그먼트를 구현하는 지역 버스를 삼상태 버스를 사용하지 않고 MUX 기반 버스를 사용하고, 지역 버스 간의 통신에만 세그멘티드 버스를 사용함으로써 병렬성을 증대시키는 방식.
2항의 구조에서 지역 버스 간 통신에 사용되는 세그멘티드 버스를 하나 이상의 MUX에 기반한 공유 데이터 경로로 대치하여 사용하는 2 계층 MUX 버스 구조 방식.
2항과 3항에서 지역 MUX 버스와 외부 버스 간 연결 위해, 내부에 추가적인 MUX를 도 7과 같이 사용하는 방식.
1항과 2항과 3항에서 지역 버스의 지역 중재기와 중앙 중재기 간에 통신 시에, 지역 중재기는 단 하나의 마스터 요구만 보내는 것이 아니라, 목적지가 되는 지역 버스 별로 마스터를 하나씩 선정하고, 중앙 중재기에는 목적지 지역 버스 별로 선정된 마스터가 있는지 없는 지를 나타내는 정보를 버스 사용 요구 신호로 중앙 중재기에 보내며, 중앙 중재기는 모든 지역 버스로부터 버스 사용 요구를 받아들여서 병렬성이 많아지도록 각 지역 버스별 마스터를 선정해주는 중앙 중재기의 중재 방식.