TW201322688A - 具有經實體傳輸路徑作邏輯式多頻道通訊作用以在晶片間作串聯式資料傳輸的通訊裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種具有多個節點的通訊裝置（70），其中，一節點實施為主設備（72），其他節點實施為外圍模組（74，76，78，80），該等外圍模組（74，76，78，80）中的至少兩外圍模組（74，76，78，80）以及至少兩介面模組（100，102，104，106）整合於一共用實體實施單元（82）上，每個該等至少兩外圍模組（74，76，78，80）與至少一實施為從設備之介面模組（100，102，104，106）一一對應。
Description
本發明係有關於一種通訊裝置與交換資料的方法。
在機動車輛技術領域，控制設備中採用串聯式介面(例如，SPI，Serial Periphreal Interface)來在例如可實施為積體電路(IC，Integrated Circuit)之邏輯元件間傳輸資料。SPI標準描述了在一實施為主設備的元件與多種實施為從設備的元件間實施雙向、同步及串聯式資料傳輸。其中，介面包括至少三個佈置於主設備與一從設備間的線路，通常指兩資料線及一時鐘線。存在多個從設備的情況下，需要為每個此等元件增設針對主設備的選取線即選擇線。SPI介面可用來構建菊鏈拓撲或匯流排拓撲。
在某些情形下，SPI介面不適於傳輸時間緊迫的控制信號，故無法滿足當前之安全關鍵型應用程式在實時方面的要求。SPI通常僅用以交換診斷資訊及狀態資訊。一般而言，利用計時器單元及/或複雜程度較高的專用介面來將時間緊迫的控制信號傳輸給致動器的控制元件以及/或者由感測器的分析電路實施傳輸。
將SPI介面應用於匯流排拓撲時，資料速率更大，因而信號完整性愈來愈差，且EMC(電磁相容性)變差也會增大干擾作用。此外，僅有發送信號與時鐘信號一起同步傳輸，而在資料速率很大的情況下，相同步傳輸接收信號則因從設備中的內部延遲時間而愈發困難，並可能在資料傳
輸過程中導致錯誤。將SPI介面應用於菊鏈拓撲(即環形拓撲)時會產生極長的等待時間，故而此種裝置無法有效應用於機動車輛控制設備。
根據先前技術，SPI介面無法將Interrupt(I中斷請求)傳輸給主設備。為此，SPI主設備必須按規定時間間隔向從設備提出詢問，例如，讀出新資料之讀取指令(即所謂Polling“輪詢”)。亦可透過增設Interrupt線加以彌補，但此舉加大佈線難度且增加接腳數，因而成本較高。
有鑒於此，本發明提出一種具獨立項之特徵的通訊裝置與方法。本發明的其他設計方案參閱附屬項及說明書。
本發明可經共用實體傳輸路徑實現邏輯式多頻道通訊以在晶片間作串聯式資料傳輸。其中，資料可在串聯式及/或環形佈置在通訊裝置中的節點受到傳輸。
根據本發明的一種設計方案，將例如呈環形之通訊裝置的多個實施為從設備之節點整合於一實體實施單元(例如，實施為半導體及/或ASIC(application specific integrated circuit)的邏輯元件)上，以便向該共用實施單元的該等設置為功能單元的從設備提供多個用於與一實施為主設備之節點進行通訊的獨立Interrupt信號。
藉此便可利用可透過多個從設備的一共用介面而實現的一共用實體傳輸路徑來提供邏輯通訊頻道，以便實施一種在該環形通訊裝置的節點間傳輸資料的方法，此舉可簡化實體實施單元上的實施方案、降低實施成本並增大資料
速率。此種方案適用於在替代性硬體分區的情況下對含軟體分層之微控器(主設備)中的介面模組進行統一設計。
根據上述設計方案，在整合有多個功能單元的情況下，在該共用實體實施單元上向每個邏輯功能單元各提供一獨立Interrupt信號。此外，各外圍模組可靈活分佈於多個ASIC上，藉此便可實現最佳硬體分區(例如，在控制設備中實現功率損失的最佳分佈)，以及提高包含該通訊裝置之系統之產品系列的可擴展性。
因此，採用本方法可在一環形通訊裝置的基礎上經由一用於在控制設備的邏輯元件間進行資料傳輸之共用實體傳輸路徑實現多個邏輯通訊頻道。該等節點藉由接腳數較小的點對點鏈路相連。其中，一實施為微控器之節點設置為主設備，其毋需執行匯流排仲裁。多個從設備佈置於離散元件(ASIC)上。至少一用作節點的從設備可被一邏輯主設備控制，其中，該主設備發送持續資料流。根據線路編碼資料信號實現持續同步化後，毋需再為各從設備設置本地時鐘。
根據本發明的另一設計方案，可在一串聯式環形通訊裝置的節點間傳輸資料，該通訊裝置例如為使該等節點串聯式相連的所謂“環形匯流排”。在此情況下，可自一實施為主設備之節點將一資料包傳輸給實施為從設備之其他節點，其中，自從設備向從設備傳輸該資料包。此時，自從設備向從設備傳輸資料時可能延遲一位元持續時間，遂可在各節點間以極小的等待時間傳輸可包含消息的資料包。
如此便可在任一節點中經由單位元暫存器將該等資料包延遲地傳輸給下一節點。
與先前技術不同，此處所採用的串聯式環形通訊裝置能發送Soft-Interrupt(中斷請求)。為在主設備之空轉狀態下(即該主設備不具有待發送消息時)自從設備接收資訊及/或I中斷請求，該主設備持續發送所謂“空白幀”。透過發送空白幀(亦稱空閒幀)而實施從設備詢問(輪詢)。每個從設備皆可存儲一空白幀，並對該空白幀之資料以及/或者對用作所謂“Soft-Interrupt”(即用作軟體中斷)的要求作為針對該詢問的答覆進行傳輸。在實體實施單元上整合有多個節點，故而多個外圍模組可經由該共用串聯式資料介面將獨立I中斷請求傳輸給該實施為主設備之節點。該實施為主設備之節點可利用相應服務常式對從設備之I中斷請求作出反應。舉例而言，該實施為主設備之節點的記憶體存取模組具有實施直接式記憶體存取的DMA功能，以便將接收資料直接傳輸給該記憶體。
本發明之通訊裝置設計為可執行該方法的所有步驟。其中，亦可由該通訊裝置的相應組件執行該方法的各步驟。此外，亦可將該通訊裝置的功能抑或該通訊裝置之相應組件的功能實施為該方法之步驟。該方法之步驟亦可實施為該通訊裝置之至少一組件的功能抑或該整體通訊裝置的功能。
下面參照說明書及附圖對本發明的其他優點及設計方
案進行說明。
在本發明的範圍內，本發明之前述及下文將述之特徵不僅可按所給出的方式結合應用，也可按其他方式結合應用或單獨應用。
圖1為先前技術所揭露的一通訊裝置2的示意圖。該通訊裝置2包含用作節點的主設備4，該主設備在此實施為微控器，該主設備具有用於串聯式環形通訊裝置2的介面6，該介面包含輸出端8及輸入端10。作為其他節點，通訊裝置2還具有實施為從設備的資料介面18、第一外圍模組12及第二外圍模組14。特殊應用積體電路16(ASIC)包含用於該二外圍模組12、14且實施為從設備之共用串聯式資料介面18，該資料介面18適用於串聯式環形網路。其中，該實施為從設備之資料介面18包含輸入端20及輸出端22。
通訊裝置2的上述節點、即主設備4與該實施為從設備之資料介面18採用串聯。此外，多個外圍模組12、14透過該從設備以特殊應用積體電路16(ASIC)之組件的形式整合於用於該等外圍模組12、14的共用實體實施單元上。該二外圍模組12、14可藉由該共用資料介面18與主設備4通訊。該通訊裝置2例如可實施為控制設備26之組件。因此，圖1可為此種控制設備26之硬體分區圖。除圖1所示之示範圖外，通訊裝置2亦可另具更多外圍元件，每個元件亦可另具任意數目的外圍模組。
圖2為先前技術所揭露的另一通訊裝置30的示意圖。該通訊裝置30包含用作節點的主設備32，該主設備在此實
施為微控器，該主設備具有串聯式資料介面34，該資料介面包含輸出端36及輸入端38。作為其他節點，通訊裝置30還具有實施為從設備的第一節點，該第一節點包含外圍模組40整合於第一特殊應用積體電路上，即整合於第一ASIC42上。該特殊應用積體電路上還整合有該實施為從設備之第一節點的資料介面44，該資料介面44實施為從設備且包含輸入端46及輸出端48。通訊裝置30之實施為從設備的第二節點同樣實施為外圍元件且整合於第二特殊應用積體電路52上，即整合於第二ASIC上。該實施為從設備之第二節點之實施為從設備的資料介面54具有輸入端56及輸出端58，該資料介面54同樣整合於第二特殊應用積體電路52上。此外，通訊裝置30實施為控制設備64之組件。
圖2所示通訊裝置30的功能範圍與圖1所示通訊裝置2相同。與通訊裝置2之第二示例之不同之處在於，先前技術所揭露之通訊裝置30的兩外圍模組40、50佈置於兩不同的特殊應用積體電路42、52上，即佈置於兩不同矽面上。兩特殊應用積體電路42、52各包含一與主設備32通訊用介面44、54。
可利用軟體來對消息尋址進行調整。此外，對軟Interrupt進行分析的過程中會產生差別，一實施為從設備之節點可據此將I中斷請求傳輸給實施為主設備4、32的節點。與通訊裝置2不同，通訊裝置30中的每個實施為從設備的節點皆可將I中斷請求發送給主設備32。將外圍模組40、50分為各具相應介面44、54的不同ASIC42、52後，
該等介面具有彼此隔開的軟Interrupt頻道。
圖3為本發明通訊裝置70的第一實施方式之示意圖，該通訊裝置70包含實施為主設備之通訊節點72，以及實施為多重從設備之通訊節點82，該多重從設備例如包含第一外圍模組74、第二外圍模組76、第三外圍模組78及第四外圍模組80，其中，所有外圍模組74、76、78、80皆整合於共用實體實施單元82上，該實施單元亦可稱作多重從設備。在此情況下，所有節點構成一環形串聯式通訊裝置70。在本實施方式中，該實施為主設備之通訊節點72具有實施為RAM之記憶體區域84，該記憶體區域包含第一區段86、第二區段88、第三區段90及第四區段92。該等區段86、88、90、92經由記憶體存取模組94(DMA，direct memory access)與該實施為主設備72之節點的串聯式資料介面96連接，該串聯式資料介面96另經由實體資料線98與實體實施單元82連接，該實施單元82包含外圍模組74、76、78、80以及至少兩介面模組(此處係四個介面模組100、102、104、106)。
每個外圍模組74、76、78、80皆分配有一實施為從設備且通常為專有、串聯式的介面模組100、102、104、106，該等串聯式介面模組各具一單位元移位暫存器108、110、112、114。因此，本實施方式中的介面模組100、102、104、106皆為通訊裝置70之實施為從設備的節點。該等實施為從設備之介面模組100、102、104、106經由該等單位元移位暫存器108、110、112、114相連。所有實施為從設備之
介面模組100、102、104、106構成一共同串聯式資料介面118，該等外圍模組74、76、78、80經由該資料介面118與該實施為主設備72之另一節點72串接。此外，實施單元82另具一針對所有介面模組100、102、104、106的共用串聯式資料介面118，以及/或者一針對所有外圍模組74、76、78、80的共用計時恢復模組116。
圖3所示多重從設備包含多個邏輯介面模組100、102、104、106及外圍模組74、76、78、80，上述模組皆實施於一實體元件、即此處之共用實體實施單元82上。通訊過程中，單個節點發生1位元延遲時，等待時間僅略有增加，故可忽略不計。該多重從設備內之介面模組100、102、104、106作為從設備分配給不同外圍模組74、76、78、80。自圖3亦可看出，僅將介面模組100、102、104、106的邏輯電路(含單位元移位暫存器108、110、112、114)進行多重設置。外圍實施單元82中僅設置單獨一計時恢復模組116，該等外圍模組74、76、78、80以及該等實施為從設備之介面模組100、102、104、106共用該計時恢復模組。
根據本發明的另一可能的設計方案，至少一介面模組100、102、104、106可分配有至少一外圍模組74、76、78、80。在此情況下，亦可使兩或兩個以上外圍模組74、76、78、80經由一介面模組100、102、104、106與主設備72連接。
其中，每個介面模組100、102、104、106皆可經由該共用串聯式資料介面118將一獨立I中斷請求傳輸給該實施
為主設備72之節點。該實施為主設備72之節點可利用相應服務常式對介面模組100、102、104、106的I中斷請求作出反應。舉例而言，該實施為主設備72之節點的記憶體存取模組94具有實施直接式記憶體存取的DMA功能，藉此便可根據I中斷請求並透過該主設備72之資料介面96發送預設消息(如讀取指令)，以及將所接收的資料直接傳輸給該實施為微控器之主設備72的記憶體。
若此時根據一替代性硬體分區將外圍模組74、76、78、80分為不同元件，則該等Interrupt頻道仍然分配給實施為從設備之介面模組100、102、104、106。此舉不會導致軟體變更，因為該等實施為從設備之節點的尋址以及該等Interrupt頻道在節點次序不變的情況下保持正確的分配關係。
圖4為本發明之環形通訊裝置160的第二實施方式之示意圖。該通訊裝置160包含三個實體實施單元162、164、166，該等實施單元經由資料鏈路的各區段168環形相連。根據該實施方式，第一實體實施單元162上整合有該環形通訊裝置160的一實施為主設備170之節點。第一實施單元上還整合有主設備170之串聯式資料介面172。第二實施單元164上共同整合有兩實施為外圍模組174、176之節點及兩介面模組190、192。其中，介面模組190、192在第二實施單元164上沿該環形通訊裝置串聯，其中，每個外圍模組174、176分別與一實施為從設備之介面模組190、192一一對應。在本實施方式中，通訊裝置160的從設備實施
為介面模組190、192。此處未顯示如圖3所示之共用計時恢復用模組116。
通訊裝置160之第三實施單元166上僅整合一實施為從設備180之節點，該節點配屬串聯式資料介面182。在如圖4所示之本發明通訊裝置160的第二實施方式中，該通訊裝置具有至少一實體實施單元164，該實體實施單元上整合有至少兩通常採用串聯之外圍模組174、176，該等外圍模組分別與一實施為從設備之介面模組190、192一一對應。本發明之通訊裝置160另具實體實施單元166，該實施單元上僅整合有一從設備。
所有上述實施方式中的環形通訊裝置70、160皆具多個節點，其中，一節點實施為主設備72、170，其他節點實施為外圍模組74、76、78、80、174、176，該等外圍模組74、76、78、80、174、176中的至少兩個整合於一共用實體實施單元82、164上。在上述實施方式中，每個該等至少兩外圍模組74、76、78、80、174、176與一介面模組100、102、104、106、190、192一一對應。
該等至少兩外圍模組74、76、78、80、174、176可經由一共用串聯式資料介面118、178與主設備72、170連接。其中，該共用串聯式資料介面118、178亦可整合於該共用實體實施單元82、164上。
作為替代或補充方案，該共用資料介面118可具至少一介面模組100、102、104、106、190、192，其中，該至少一介面模組100、102、104、106、190、192分配給至少一
外圍模組74、76、78、80、174、176且實施為從設備。
根據一種在上述通訊裝置70、160之節點間交換資料的方法，經由該共用串聯式資料介面118、178來在該等至少兩外圍模組74、76、78、80、174、176與該主設備72、170間交換資料。
其中，經由該共用串聯式資料介面118、178為每個該等至少兩外圍模組74、76、78、80、174、176提供一邏輯通訊頻道。此外，每個該等至少兩外圍模組74、76、78、80、174、176皆可獨立與主設備72、170通訊。
在每個該等至少兩外圍模組74、76、78、80、174、176與主設備72、170間交換資料時，可採用由該等外圍模組74、76、78、80、174、176經由獨立Interrupt頻道所發送的獨立Interrupt信號(I中斷請求)。每個此種獨立Interrupt頻道皆可透過分配給該外圍模組74、76、78、80、174、176的一介面模組100、102、104、106、190、192獲得。此外還可對待交換資料進行持續同步化處理。
將多個外圍模組74、76、78、80、174、176整合於一實施單元82、164後，能將多個Interrupt提供給一節點。此外，能對(例如)矽面上的功能進行可變分區而毋需實施軟體變更。應用前述實施方式之邊界條件在於，通訊裝置70、160採用專門的環形拓撲。
2‧‧‧通訊裝置
4‧‧‧主設備
6‧‧‧介面
8‧‧‧輸出端
10‧‧‧輸入端
12‧‧‧外圍模組
14‧‧‧外圍模組
16‧‧‧積體電路
18‧‧‧資料介面
20‧‧‧輸入端
22‧‧‧輸出端
26‧‧‧控制設備
30‧‧‧通訊裝置
32‧‧‧主設備
34‧‧‧資料介面
36‧‧‧輸出端
38‧‧‧輸入端
40‧‧‧外圍模組
42‧‧‧積體電路
44‧‧‧資料介面
46‧‧‧輸入端
48‧‧‧輸出端
50‧‧‧外圍模組
52‧‧‧積體電路
54‧‧‧資料介面
56‧‧‧輸入端
58‧‧‧輸出端
64‧‧‧控制設備
70‧‧‧通訊裝置
72‧‧‧通訊節點/主設備
74‧‧‧外圍模組
76‧‧‧外圍模組
78‧‧‧外圍模組
80‧‧‧外圍模組
82‧‧‧通訊節點/實施單元
84‧‧‧記憶體區域
86‧‧‧區段
88‧‧‧區段
90‧‧‧區段
92‧‧‧區段
94‧‧‧記憶體存取模組
96‧‧‧資料介面
98‧‧‧資料線
100‧‧‧介面模組
102‧‧‧介面模組
104‧‧‧介面模組
106‧‧‧介面模組
108‧‧‧移位暫存器
110‧‧‧移位暫存器
112‧‧‧移位暫存器
114‧‧‧移位暫存器
116‧‧‧計時恢復模組
118‧‧‧資料介面
160‧‧‧通訊裝置
162‧‧‧實施單元
164‧‧‧實施單元
166‧‧‧實施單元
168‧‧‧區段
170‧‧‧主設備
172‧‧‧資料介面
174‧‧‧外圍模組
176‧‧‧外圍模組
178‧‧‧資料介面
180‧‧‧從設備
182‧‧‧資料介面
190‧‧‧介面模組
192‧‧‧介面模組
圖1為先前技術所揭露之採用環形拓撲之第一通訊裝置之示例的示意圖，其中，各外部外圍模組皆安裝於一實
體實施單元上；圖2為先前技術所揭露之採用環形拓撲之第二通訊裝置之示例的示意圖，其中，各外圍模組皆安裝於不同實體實施單元上；圖3為本發明通訊裝置之第一實施方式的示意圖；及圖4為本發明通訊裝置之第二實施方式的示意圖。
70‧‧‧通訊裝置
72‧‧‧通訊節點/主設備
74‧‧‧外圍模組
76‧‧‧外圍模組
78‧‧‧外圍模組
80‧‧‧外圍模組
82‧‧‧通訊節點/實施單元
84‧‧‧記憶體區域
86‧‧‧區段
88‧‧‧區段
90‧‧‧區段
92‧‧‧區段
94‧‧‧記憶體存取模組
96‧‧‧資料介面
98‧‧‧資料線
100‧‧‧介面模組
102‧‧‧介面模組
104‧‧‧介面模組
106‧‧‧介面模組
108‧‧‧移位暫存器
110‧‧‧移位暫存器
112‧‧‧移位暫存器
114‧‧‧移位暫存器
116‧‧‧計時恢復模組
118‧‧‧資料介面
Claims (10)
- 一種通訊裝置，具有多個節點，其中，一節點實施為主設備(72，170)，其他節點實施為外圍模組(74，76，78，80，174，176)，該等外圍模組(74，76，78，80，174，176)中的至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)以及至少兩介面模組(100，102，104，106，190，192)整合於一共用實體實施單元(82，164)上，每個該等至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)與至少一實施為從設備之介面模組(100，102，104，106，190，192)一一對應。
- 如申請專利範圍第1項之通訊裝置，採用環形實施方案，其中，該等節點串聯相連。
- 如申請專利範圍第1或2項之通訊裝置，其中，該等至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)經由一共用實體資料介面(118，178)與該主設備(72，170)連接。
- 如申請專利範圍第3項之通訊裝置，其中，該共用實體資料介面(118)具有分配給該等外圍模組(74，76，78，80，174，176)的該等介面模組(100，102，104，106，190，192)。
- 如申請專利範圍第1或2項之通訊裝置，其中，共用實施單元(82，164)上的一外圍模組(74，76，78，80，174，176)具有一透過該對應介面模組(100，102，104，106，190，192)而提供的用於發送軟Interrupt之獨立Interrupt頻道。
- 如申請專利範圍第1或2項之通訊裝置，其中，至少一介面模組(100，102，104，106，190，192)分配有至少一外圍模組(74，76，78，80，174，176)。
- 一種在具多個節點之通訊裝置(70，160)的節點間交換資料的方法，其中，一節點實施為主設備(4，72，134，170)，其他節點實施為外圍模組(74，76，78，80，174，176)，該等外圍模組(74，76，78，80，174，176)中的至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)以及至少兩介面模組(100，102，104，106，190，192)整合於一共用實體實施單元(82，164)上，每個該等至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)與至少一實施為從設備之介面模組(100，102，104，106，190，192)一一對應，在該等節點間交換資料。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，在該等至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)與該主設備(72，170)間經由該等至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)的一共用資料介面(118，178)交換該等資料。
- 如申請專利範圍第7或8項之方法，其中，經由該共用串聯式資料介面(118，178)為每個該等至少兩外圍模組(74，76，78，80，174，176)提供一邏輯通訊頻道。
- 如申請專利範圍第7至8項中任一項之方法，其中，持續傳輸該等需要交換的資料。
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