SE520102C2 - Applikationsspecifik integrerad krets och sändtagarkrets - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 5:20 1()2 åhïkïš fišfï 2 överföring till perifera enheter, såsom magnetskivor, band, CD-ROM, skannrar, medieväxlar och kommunikationsenheter.

SCSI-standarderna beskrivs i ANSI X3.l3l-1994: Small Com- (SCSI-2) och ANSI X3.277-1996: skrivare, processorer, optiska diskar, magnetband, puter Systems Interface-2 Information Technology - SCSI-3 Fast-20.

Attention Attachment (ATA) är ett gränssnittsproto- koll som huvudsakligen används för minnesenheter, och som även kallas Integrated Device Electronics (IDE), specificeras i ANSI X3.279-1996: AT Attachment Interface (ATA-2).

Dessa kommunikationsprotokoll har huvudsakligen an- och som with Extensions vänts för persondatorer och liknande, och huvudsakligen med integrerade sändtagarkretsar, där CPU, SCSI, NIC etc är separata kretsar. Detta är dock inte tillämpligt för mindre enheter, beroende på den kraftiga ökningen i pro- duktionskostnaden. För sådana mindre enheter är det i stället fördelaktigt att använda externa sändtagarkretsar för buffring och förstärkning av signalerna. Ett annat skäl att använda sådana externa sändtagarkretsar är att enheterna blir mer portabla och kompatibla. Enheterna blir härmed inte beroende av specifika protokoll, såsom SCSI, gare ett annat skäl är att signalnivàn och effekten som utan kan överföras mellan olika tekniker. Ytterli- behövs för SCSI skulle göra det nödvändigt att använda tvà olika tillstànd för stiften, exempelvis för ATA, om sändtagarkretsen var integrerad. Om dock en extern sänd- tagarkrets används, kan samma signalnivà användas obero- ende av den avsedda användningen för enheten, och vart stiften skall anslutas.

Ett problem för sådana sändtagarkretsar är, att de måste vara kapabla att hantera både fallet med ihopkopp- lad-ELLER och fallet med aktiv negering. I ihopkopplad- ELLER drivs signalen aktivt till ett lågt tillstànd, men lämnas att återgå till det höga tillståndet utan aktiv drivning. För att öka hastigheten vid dataöverföring är det möjligt att aktivt återställa nivån till hög. Detta lO 15 20 25 30 35 520 102æa:w::*. 3 kallas aktiv negering. Exempelvis med användningen av SCSI är det nödvändigt att använda både ihopkopplad-ELLER och aktiv negering; ihopkopplad-ELLER måste användas åt- minstone under urskiljnings (”arbitration”)-fasen medan det är föredraget att använda en snabbare aktiv negering i informationsöverföringsfasen. Det är också nödvändigt att kunna förändra riktningen för bussen.

En känd sändtagarkrets vilken är kapabel att hantera både ihopkopplad-ELLER och aktiv negeringssituationen är exempelvis sändtagarkretsen SN75LBC968 från Texas Instru- ments. Denna krets är avsedd att vid en sida vara anslu- ten med enkelriktningsledningar till en applikations- krets, och vid den andra sidan till dubbelriktnings-SCSI- buss-linjer. Dock, är det en nackdel med denna krets att den använder separata stift för anslutning till en appli- kationskrets för aktiv negeringsöverföring och för ihop- kopplad-ELLER-överföring, dvs vissa utgångar är ”totem- poles” och vissa är ”open-drains”. Detta innebär att det finns ett behov av dubbelt så många databusstift på applikationskretsen. Det finns därför ett önskemål om en sändtagarkrets och ASIC's som använder färre anslutnings- punkter, och därmed kan göras enklare och billigare.

Sammanfattninq av uppfinningen Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en ASIC och en sändtagarkrets av den ovan nämnda typen, vilka är billigare och enklare att tillverka, och som företrädesvis kan anslutas till var- andra med färre anslutningar.

Detta syfte uppnås med en ASIC och en sändtagarkrets i enlighet med de bifogade patentkraven.

I enlighet med en aspekt av uppfinningen, erhålls syftet med en applikationsspecifik integrerad krets (ASIC) omfattande en integrerad central processorenhet (CPU) (NIC) nings/utmatnings-(I/O)-enhet (13-16), varvid en av de åt- (lO), en integrerad nätverksgränssnittsstyrenhet (ll) och åtminstone en integrerad inmat- lO l5 20 25 30 LÅ) U",\ ,, . J H H A ,, , ,,.. !,., 1Û2IyÄ'Y:I å t v .i ' H, _. . ..,.,J. _ ,, , , . .. .

. .. , D . 4 (15) enhet, med utgàngar för anslutning till en extern sändta- minstone en I/O-enheterna är en ATA (16) eller SCSI gare. Härmed är det möjligt att använda ATA och/eller SCSI-protokollet för snabbare kommunikation med ASIC:en och periferienheterna. (ll) (”fast ethernet interface”).

Företrädesvis är NIC ett snabbt ethernet gräns- snitt Härmed är det också möjligt med snabbare nätverkskommunikation till och fràn ASIC:en.

Vidare, omfattar ASIC:en med SCSI företrädesvis stift för in- och utkommunikation, varvid samma datastift används för ihopkopplad-ELLER och för aktiv negering, och varvid en av de ytterligare signalerna, företrädesvis busy-signalen, används för att driva SCSI ID-signalen un- der arbitrering. Härmed är en konstruktion vilken använ- der väsentligt färre ut- och instift möjlig vilket gör ASIC:en lättare och billigare att tillverka.

För att kunna kommunicera med periferienheter med en SCSI-buss, behöver ASIC:en ha en SCSI-enhet, och det finns också ett behov av en extern sändtagarenhet mellan SCSI-bussen och ASIC:en.

Därför omfattar uppfinningen också i enlighet med en andra aspekt, en sändtagarkrets för buffring och för- stärkning av SCSI-signaler fràn en ASIC av den tidigare beskrivna typen, varvid utsignalerna kan fàs att fungera som ”totem-pole” eller ”open-drain”-utgångar, för aktiv negering respektive ihopkopplad-ELLER, och varvid samma dataöverföringslinjer mellan sändtagarkretsen och appli- kationskretsen används för ihopkopplad-ELLER och för ak- tiv negering. Företrädesvis används BSY-signalen under arbitreringsfasen även för att driva SCSI ID-signalen pà databussen. Härigenom minskas behovet av kommunikations- ledningar mellan ASIC:en och sändtagaren vilket borgar för en enklare och mer kostnadseffektiv lösning.

Kortfattad beskrivning av ritningarna I exemplifierande syfte skall nu uppfinningen i det följande beskrivas i mer detalj med hänvisning till utfö- 10 15 20 25 30 35 ., H H H ~ t _., ;;,<= 5:20 1(]2 :n:n:; .§.. ;:,- H.=t H _. 1.. .. , _. , . . -. . . ., _ M H 5 randena därav som illustreras i de bifogade ritningarna, på vilka: Fig l är en bild som schematiskt illustrerar en ASIC i enlighet med uppfinningen; Fig 2 är ett kretsschema för ett första utförande av en sändtagarkrets i enlighet med uppfinningen; Fig 3 är ett kretsschema för ett andra utförande av en sändtagarkrets i enlighet med uppfinningen; Fig 4 är ett kretsschema för ett tredje utförande av en sändtagarkrets i enlighet med uppfinningen; Fig 5 är ett kretsschema för ett fjärde utförande av en sändtagarkrets i enlighet med uppfinningen; och Fig 6 är ett tidsstyrningsdiagram illustrerande oli- ka signaler under olika faser för SCSI-protokollet.

Kortfattad beskrivning av SCSI-protokollet SCSI-gränssnittsprotokollet tillhandahåller anslut- ningar av multipla initierare (SCSI-enheter kapabla att initiera en operation) och multipla mål (SCSI-enheter ka- pabla att svara på en begäran att utföra en operation).

Ett prioritetssystem, arbitrering, ger gränssnittsstyr- ning till den högst prioriterade SCSI-enheten som deltar för användning av bussen.

SCSI-arkitekturen innefattar de följande klart ur- skiljbara faserna: BUSS FRI-fas, ARBITRERINGS-fas, UT- VÅLJNINGS - fas, ÅTERUTVÅLJNINGS - fas, KoMMANDo - fas, DATA- fas, STATUS-fas och MEDDELANDE-fas, där de fyra sist nämnda faserna tillsammans benämns informationsöverfö- ringsfaser. SCSI-bussen kan aldrig vara i mer än en fas vid given tidpunkt.

BUSS FRI-fasen indikerar att det inte finns någon pågående I/O-process och att SCSI-bussen är tillgänglig för en anslutning. SCSI-enheter skall detektera BUSS FRI- fasen efter att SEL- och BSY-signalerna båda har varit osanna under åtminstone en buss-inställningsfördröjning_ ARBITRERINGS-fasen definieras så att den medger multipla initierare och medger samtidiga I/O-operationer och med- lO 15 20 25 30 (kr UT P .,.. I. H 2 , r.. _ H .. M :vv 'lar I l; e I .i i AA v _, 1,a., . _ ï,,, , . _ , v ,, ,,.» 6 ger att en SCSI-enhet fär styrningen för SCSI-bussen sä att den kan initiera eller àteruppta en I/O-process. Pro- ceduren för en SCSI-enhet för att erhålla styrningsmöj- ligheten för SCSI-bussen är sàsom följer: 0 SCSI-enheten skall först invänta att BUSS FRI-fasen inträffar. 0 Därefter kan SCSI-enheten delta i arbitreringen för SCSI-bussen genom att sätta bàde BSY-signalen och dess egen SCSI ID, dvs den bit-signifikanta representatio- nen av SCSI-adressen hänvisande till en av signalled- ningarna DB(7-O). 0 Sedan skall SCSI-enheten utvärdera DATABUSSEN. Om en SCSI ID med en högre prioritet befinnes vara sann pà DATABUSSEN (DB(7) förlorat arbitreringen och SCSI-enheten kan släppa är den högsta), sá har SCSI-enheten sina signaler och àtergà till det första steget. Om ingen SCSI ID-bit med högre prioritet befinnes vara sann på DATABUSSEN, har SCSI-enheten vunnit arbitre- ringen och den skall sätta SEL-signalen. Alla SCSI- enheter som inte har vunnit arbitreringen skall släppa BSY-signalen och dess SCSI ID-bit. En SCSI-enhet som förlorar arbitreringen kan àtergà till det första ste- get.

UTVÄLJNINGS-fasen medger att en initierare utväljer ett mål för ändamålet att initiera någon màlfunktion (ex- empelvis LÃS- eller SKRIV-kommando). SCSI-enheten som har vunnit arbitreringen har både BSY- och SEL-signalerna satta och blir en initierare genom att inte sätta I/O- signalen. Initieraren skall sätta ATN-signalen (indike- rande att att MEDDELANDE UT-fas skall följa pa UTVÅLJ- NINGS-fasen).

Målet skall bestämma att det har utvalts när SEL- signalen och dess SCSI ID-bit är sanna och BSY- och I/O- signalerna är osanna. Det utvalda màlet kan utvärdera DA- TABUSSEN för att bestämma SCSI ID för den utväljande ini- 10 15 20 25 30 35 520 102 ;¿¿; 7 tieraren. Det utvalda màlet skall sedan sätta BSY- signalen.

KOMMANDO-, DATA-, STATUS- OCH MEDDELANDE-faserna grupperas tillsammans som informationsöverföringsfaserna, eftersom de alla används för att överföra data eller styrinformation via DATABUSSEN. Den verkliga operationen för informationsöverföringen är inte inom ramen för denna ansökan.

C/D-, skilja mellan de olika informationsöverföringsfaserna.

I/O- och MSG-signalerna används för att sär- Màlet driver dessa tre signaler och styr därför alla för- ändringar ifràn en fas till en annan. Initieraren kan be- gära en MEDDELANDE-UT-fas genom att sätta ATN-signalen, medan målet kan förorsaka BUSSFRI-fasen genom att släppa MSG-, C/D-, Informationsöverföringsfaserna använder en eller I/O- och BSY-signalerna. flera REQ/ACK-handskakningar för att styra informations- överföringen. Varje REQ/ACK-handskakning medger överfö- ring av en byte med information. Under informationsöver- föringsfaserna skall BSY-signalen förbli sann och SEL- signalen skall förbli osann.

Bred dataöverföring är Valbar och kan användas i DATA-fasen. Bred dataöverföring med 16- eller 32-bitar kan upprättas. Alla SCSI-enheter skall stödja 8-bitars dataöverföring.

Under en 16-bitars bred dataöverföring, skall den första logiska data-byten för varje datafas överföras över DB(7-O,P)-signalerna pà A-kabeln och den andra lo- giska data-byten skall överföras över DB(l5-8,Pl)- signalerna pà B-kabeln. Därefter överförs par av data- bytes likaledes parallellt över A- och B-kablarna.

Det normala förloppet är från BUSS FRI-fasen till ARBITRERING, fràn ARBITRERING till UTVÄLJNING eller ÅTER- UTVÄLJNING Och från UTVÄLJNING eller ÅTERUTVÃLJNING till en eller flera av informationsöverföringfaserna (KOMMAN- DO, DATA, STATUS ELLER MEDDELANDE). tionsöverföringsfasen är normalt MEDDELANDE-IN-fasen där Den slutliga informa- 10 l5 20 25 30 35 5220 1()25y:l; Hfñ@,g 8 en AVBRYTNINGS- eller KOMMANDO-FULLGJORT-meddelande över- förs följt av BUSSFRI-fasen.

Beskrivning av föredragna utföranden En applikationsspecifik integrerad krets (ASIC), sà- som visas i fig 1, i enlighet med föreliggande uppfinning omfattar en integrerad central processorenhet (CPU) 10, (NIC) inmatnings/utmatnings-I/O)-enheter 13-16. Eventuellt kan en nätverksgränssnittsstyrenhet ll och integrerade kretsen vidare omfatta integrerade minnesorgan 12. NIC 11 styr kommunikationen mellan ASIC och ett nätverk. Före- trädesvis stöder NIC snabb kommunikation säsom Fast Ethernet (IEEE Standard 802.3u-1995).

I/O-enheten kan omfatta konventionella parallell- och seriell I/O 13, de uppfinning åtminstone omfatta I/O-enheter 15, stödjer de snabba I/O-protokollens SCSI eller/och ATA.

I/O-enheterna är av typen med stift för anslutning till 14 men kan i enlighet med föreliggan- 16 som en sändtagarkrets.

En sändtagarkrets i enlighet med uppfinningen illu- streras i fig 2. Kretsen är avsedd att vara, à ena sidan, ansluten till ledningar till en ASIC, och vid den andra sidan till dubbelriktade SCSI-bussledningar. MSG-, CD-, IO- och REQ-signaler mottas och drivs som i konventionel- la sändtagarkretsar genom förstärkare 21. ACK- och ATN- signalerna kan operera i ett öppen kollektortillstànd såväl som i ett aktivt negeringstillstànd, beroende pà styrsignalerna fràn ASIC. BSY-, SEL- och RST-signalerna drivs och mottas med en inmatnings- och utmatningsanslut- ning fràn ASIC. De utgående signalerna drivs genom öppen kollektor NAND-grindar 22. Databuss (DB)-signaler drivs via en bussändtagare 23, varigenom en extra signal SOoe I det- ta utförande finns det àtta databitar DBO-DB7 och en pa- ritets-bit P, används för att styra riktningen för överföringen. som används för dataöverföring, vilka för fallet med aktiv negering ansluts till inmatnings- och utmatningsutgàngar vid ASIC:en. Dock är vardera av DB(7- 10 15 20 25 30 35 ~w ~- V: v | w s v r v « .š - 2 f I '! . I ..1 . . . x - ~ - _, , -., _ ,. < n . . . 1 i u - » 1 i -. ~- f I 9 O,P)-signalerna pà SCSI-bussen endast anslutna till ett stift pà ASIC:en.

I arbitreringsfasen, när ihopkopplad ELLER används, sätts först BSY-signalen pä SCSI-bussen till sann och an- vänds för att driva ID i riktningen från SCSI-bussen till ASIC:en.

Därefter vänds riktningen pà bussen, och ID drivs med databussen och BSY-signalen. BSY-signalen drivs här- igenom av en ID-sättande hårdvara som DB-signal. ID- sättningsorganen är en mekanisk anslutning placerad så att den ansluter BSY-signalen med en av de utgàende lin- jerna pà databussen och därmed tillhandahåller ett fast ID för kretsen.

I fig 3 visas ett alternativt utförande. I detta ut- förande styrs ID-sàttorganen 24 av mjukvara. Här omfttar ID-sättningsorganen en 3-8 dekoder överföringsgrind, som här drivs med O V. ID sätts härigenom av MSG-, CD- och I/O-signalerna, och en extra signal, PB4, för att bestäm- ma att anordningen snart skall driva ut ID.

Den ovan nämnda lösningen minimerar det erfordrade antalet signaler till kretsen, och använder signaler som vid den givna tidpunkten inte har någon annan avsedd an- vändning. Frànsett ID-sättningsorganen är kretsen i detta utförande likartad med den som beskrivits tidigare.

I fig 4 visas ett tredje utförande av sändtagarkret- sen i enlighet med uppfinningen. I detta utförande an- vänds en 16-bitars SCSI. För denna situation är antalet datasignalledningar dubblerat, och likaledes finns det tvà uppsättningar ID-sättningsorgan. ID-sättningsorganen som används i detta utförande är mekaniska, av hàrdvaru- typ sàsom beskrivits i det första utförandet.

Skillnaden mellan det tredje och fjärde utförandet är att i det I fig 5 illustreras ett fjärde utförande. fjärde utförandet används mjukvarustyrda ID- sättningsorgan, likartade med de som beskrivits i det andra utförandet. lO 15 20 25 30 35 520 102 Q» n, 10 Sändtagarkretsen kan enkelt göras av kommersiellt tillgängliga standardkomponenter, och är sålunda enkel och billig att tillverka.

I fig 6 visas ett exempel på signalvärden under oli- ka faser i ett tidsdiagram. Först, i den vänstra änden i diagrammet, är SCSI i BUSS FRI-fasen och SCSI-bussen är tillgänglig för en anslutning. I denna fas är SEL- och BSY-signalerna båda osanna. Därefter i ARBITRERINGS-fasen utförs SCSI-enheten arbitrering genom att sätta både BSY- signalen och dess egen SCSI ID på signalledningarna DB(7- 0).

Om ingen högre prioriterad SCSI ID-bit är sann på DATA-BUSSEN, sätter sin SEL-signal, så har SCSI-enheten vunnit arbitreringen och i en förutväljningsfas.

UTVÄLJNINGS-fasen medger en initierare att utvälja ett mål. SCSI-enheten har både BSY- och SEL-signalerna satta och blir en initierare genom att inte sätta I/O- signalen. (indike- rande acc en MEDDELANDE-UT-fas skall följa pà UTVÅLJ- NINGS-fasen).

Målet skall bestämma att det har utvalts när SEL- Initieraren skall sätta ATN-signalen signalen och dess SCSI ID-bit är sann och BSY-signalerna Det utvalda målet skall utvärdera DATABUSSEN för att bestämma SCSI ID för den utväljande initieraren. är osanna.

Det utvalda målet skall sedan sätta BSY-signalen. c!D_l skilja mellan olika informationsöverföringsfaser. Målet I/O- och MSG-signalerna används för att sär- driver dessa tre signaler och styr därför alla föränd- ringar från en fas till en annan.

Med en ASIC och en sändtagarkrets i enlighet med uppfinningen kan samma enhetinriktningsdatalinjer mellan ASIC:en och sändtagarkretsen användas för både ihopkopp- lad-ELLER-fallet under arbitrering och den aktiva nege- På detta sätt och följaktligen antalet utgående, ringsfasen under informationsöverföringen. kan antalet ledningar, och ingående stift på ASIC:en och sändtagarkretsen mins- kas.

Claims (8)

520 102 ll PATENTKRAV

1. Applikationsspecifik integrerad krets (ASIC) omfattande en integrerad central processorenhet (CPU) (10), en integrerad nätverksgränssnittsstyrenhet (NIC) (ll) och àtminstone en integrerad inmatnings/utmatnings (I/O)-enhet (13-16) som är en SCSI (15)-enhet, med anslutningar för sammankoppling med en extern sändtagare, k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar ett enkelriktningsstift för ingående och utgående kommunikation, varvid samma datastift används för ihopkopplad- ELLER ("wired-OR") och för aktiv negering.

2. ASIC i enlighet med patentkrav l, varvid en av de ytterligare signalerna, och företrädesvis busy-signalen från ASIC:en (sObsy) används för att driva SCSI ID-signalen under arbitrering.

3. ASIC i enlighet med en av patentkraven l - 2, varvid NIC (ll) är ett fast ethernet gränssnitt.

4. Sändtagarkrets för buffring och förstärkning av SCSI- signaler pà enkelriktningslinjer fràn en ASIC i enlighet med patentkrav 1, varvid utsignalerna till SCSI-bussen kan fàs att att fungera som totem-pole- eller open-drain-utgångar, för aktiv negering respektive ihopkopplad-ELLER, k ä n n e - t e c k n a d av att samma dataöverföringslinjer mellan sändtagarkretsen och ASIC:en används för ihopkopplad-ELLER och för aktiv negering.

5. Sändtagarkrets i enlighet med krav 4, k ä n n e - t e c k n a d av att busy-signalen frän ASIC:en (sObsy) under arbitreringsfasen också används för att driva SCSI ID-signalen på databussen.

6. Sändtagarkrets i enlighet med ptentkrav 5, varvid SCSI- ID-signalen drivs genom att ätminstone en mekanisk anslutning anordnas mellan busy-signalen frän ASIC:en (sObsy) och en av databuss-utgàngarna.

7. Sändtagarkrets i enlighet med krav 5, varvid SCSI ID- signalen drivs genom ett mjukvarustyrt organ anslutande busy- __\ signalen fräfi ASIC:en (sübsy med en av databuss-utgàngarna. 520 102 12

8. Sändtagarkrets i enlighet med patentkrav 7, varvid de mjukvarustyrda organen är åtminstone en 3 - 8 avkodar- överföringsgrind.