專利名稱：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于采j-tj數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的專川^成電路領(lǐng)域.
背景技術(shù)：
i.數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)電路 數(shù)據(jù)流圖由節(jié)點(diǎn)和有向線段組成，典型的數(shù)據(jù)流圖如圖1所示。當(dāng)一個(gè)算法用 數(shù)據(jù)流圖表示吋，節(jié)點(diǎn)代表了某.外操作，如加法；有向線段代表了數(shù)據(jù)的流向，表示 了數(shù)據(jù)流圖巾各個(gè)操作間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系。下面介紹數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的概念。對(duì)于一個(gè)算 法，存在一系列操作，假設(shè)操作A的輸出是操作B的輸入，則B與A就存在數(shù)據(jù)依賴關(guān) 系，B必須在A執(zhí)行后才能執(zhí)行。數(shù)據(jù)流圖屮操作的執(zhí)行順序是由依賴關(guān)系決定的。
- —個(gè)算法的數(shù)據(jù)流圖可以直接映射成為電路，節(jié)點(diǎn)映射成硬件計(jì)算單元，心向 線段映射成為硬件單兀之間通信的通路，按照這種方法映射成的電路是數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)電 路。數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)電路中，單元之間傳遞的數(shù)據(jù)被稱作"令牌"，-一個(gè)令牌是服從-一定 格式的定長(zhǎng)二進(jìn)制串，每一位有特定的含義。例如，下面給出的一個(gè)令牌就包含了數(shù)據(jù) 域、源地址、目標(biāo)地址3個(gè)域，它們?cè)诹钆浦械奈恢脼榈?2位是數(shù)據(jù)域；第37位到第 35位和第34位到第32位分別是3位的目標(biāo)地址和源地址。在數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)電路中， 一個(gè) 計(jì)算單元被"激活"——開始處理數(shù)據(jù)的條件是該操作的所有輸入令牌都到達(dá)(即該操 作所依賴的運(yùn)算都已經(jīng)執(zhí)行)。計(jì)算單元完成運(yùn)算后將產(chǎn)生的結(jié)果打包成新的令牌傳給它 的后繼操作?？刂菩畔⒁餐ㄟ^令牌傳達(dá)——例如例子中的源地址和目標(biāo)地址就分別指示 了數(shù)據(jù)的來源和處理后應(yīng)該發(fā)送的目的地；一些控制命令也被封裝成令牌(控制令牌)，
傳遞給被控制的運(yùn)算。
目標(biāo)地址i源地址i數(shù)恭r
37 35 34 32 31 0 數(shù)據(jù)流電路沒有巾央控制電路，數(shù)據(jù)交換具有局域性，相應(yīng)地，數(shù)據(jù)總線和存 儲(chǔ)單元也是分布式的。數(shù)據(jù)運(yùn)算的觸發(fā)是以操作數(shù)令牌是否全部到達(dá)為條件的，屬于數(shù) 據(jù)驅(qū)動(dòng)的異步工作。沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的操作彼此沒有影響，fi然地實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行。
綜上所述，數(shù)據(jù)流計(jì)算IWj-并行性、函數(shù)性(即每個(gè)操作相對(duì)獨(dú)立，且無關(guān)操 作可以按任意順序執(zhí)行。)、分布性、異步性的特點(diǎn)。
2.異歩電路和異歩通道 —個(gè)異步電路系統(tǒng)，各部分電路之間通過異歩傳輸通道連接。異步傳輸通道是 對(duì)-逝信3的抽象包括-逝數(shù)據(jù)總線和請(qǐng)求、應(yīng)答信3。異步系統(tǒng)中各個(gè)單元間的通 信遵從一種稱為"握手協(xié)議"的通信協(xié)議。 異步集成電路沒有時(shí)鐘，握手協(xié)議包含兩種控制信號(hào)請(qǐng)求(request)信號(hào)和應(yīng) 答(acknowledge)信號(hào)。請(qǐng)求信號(hào)啟動(dòng)一個(gè)工作，應(yīng)答信號(hào)表示工作完成。這兩個(gè)信號(hào) 可以完成系統(tǒng)中所有運(yùn)算的時(shí)序控制。用電路實(shí)現(xiàn)握手信號(hào)，需要把交替出現(xiàn)的請(qǐng)求和應(yīng)答信號(hào)編碼成控制線--匕的電平或電平變化，下面介紹一種常用的4相位握手協(xié)議(見錯(cuò) 誤！未找到引用源。)。 請(qǐng)求信號(hào)的....t:升沿通知接收方有數(shù)據(jù)到達(dá)，接收方準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)后升高應(yīng)答 信號(hào)，表示準(zhǔn)各就緒，同時(shí)開始瀆取數(shù)據(jù)，請(qǐng)求信號(hào)又被應(yīng)答信號(hào)復(fù)位，請(qǐng)求信號(hào)的下 降沿再把應(yīng)答信號(hào)復(fù)位，準(zhǔn)備接受下一個(gè)數(shù)據(jù)。其中傳輸通道上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)鎖存 器中。(鎖存器有.、個(gè)控制端，當(dāng)控制端為低電平時(shí)輸出隨輸入變化，當(dāng)控制端為高時(shí)輸 出端的數(shù)據(jù)保持不變。)在4相位握手的異步傳輸通道巾，鎖存器的控制端與應(yīng)答信號(hào)相 連，即當(dāng)應(yīng)答信號(hào)升高后將發(fā)送方的數(shù)據(jù)鎖存入鎖存器，待--次通信過程結(jié)束后才可以 接受輸入端的數(shù)據(jù)。 在異歩電路中經(jīng)常用到-一種稱為C單元的時(shí)序控制電路，此種電路"2個(gè)輸入1
個(gè)輸出， 一般還有一個(gè)復(fù)位端，當(dāng)兩個(gè)輸入全為l時(shí)，輸出為l;當(dāng)兩個(gè)輸入全為()時(shí)輸
--出0;當(dāng)兩個(gè)輸入不同時(shí)，輸出保持原來的狀態(tài)。由C單元實(shí)現(xiàn)的4相位握手協(xié)議的
異步傳輸通道如圖3所示。 3.令牌暫存-匹配-發(fā)射結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)流計(jì)算的內(nèi)容就是對(duì)于令牌的處理，具體包括令牌的創(chuàng)建(發(fā)射)、解析、 處理，以及令牌的暫存和各個(gè)令牌的匹配。對(duì)于多個(gè)操作數(shù)的操作，各個(gè)操作數(shù)的令牌 往往不是同時(shí)到達(dá)，因此需要一個(gè)暫存單元把到達(dá)的令牌哲存起來，然后對(duì)所有已到達(dá) 的令牌進(jìn)行"匹配"，當(dāng)發(fā)現(xiàn)-一對(duì)(或多個(gè))就緒的操作數(shù)令牌就打包成新的令牌發(fā)射到 處理單兀。 李翔宇在其博士論文《密碼集成電路的非算法抗功耗分析設(shè)計(jì)方法研究》中提 出了一種實(shí)現(xiàn)上述令牌暫存匹配和轉(zhuǎn)發(fā)功能的結(jié)構(gòu)，稱之為令牌暫存-匹配-發(fā)射結(jié)構(gòu)， 簡(jiǎn)稱作HMF單元。 HMF竿.元的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由令牌暫存器、匹配申.元和發(fā)射電路組成，其 中nmd是發(fā)明中所述的隨機(jī)選擇碼，在此稱為順序控制碼。圖中實(shí)心寬箭頭表示HMF 與外部間的傳輸通道。WA和WD分別表示哲存器的寫地址和輸入數(shù)據(jù)端n， RA和RD 分別表示讀地址和輸出數(shù)據(jù)端U。 其工作方式是外部輸入的令牌先存儲(chǔ)f暫存器中。暫存器中每個(gè)令牌記錄都 有相應(yīng)的"滿Z空"標(biāo)志位(flag)，在數(shù)據(jù)寫入時(shí)flag置i，讀出后C:LR信號(hào)的高電平 則將RA所指的記錄清空(對(duì)應(yīng)的flag位復(fù)位)。CLR—done是CLR信號(hào)的應(yīng)答信號(hào)，它 的下降沿表示flag復(fù)位完成。 匹配申.元讀取暫存器內(nèi)部所有令牌的flag位以及與匹配條件相關(guān)的令牌標(biāo)簽域 (Tags)以此計(jì)算它們的匹配函數(shù)(匹配條件的命題公式)值作為發(fā)明所述的匹配結(jié)果。 fetch即是發(fā)明所述的令牌發(fā)射觸發(fā)信號(hào)。select即為發(fā)明所述的選擇信號(hào)，address即為 發(fā)明所述的令牌暫存單元的讀地址，data即為發(fā)明所述的令牌暫存單元的輸出數(shù)據(jù)。打 包成新的令牌發(fā)送到執(zhí)行單兀。執(zhí)行單兀的應(yīng)答信號(hào)觸發(fā)clear驅(qū)動(dòng)CLR端口 ，此時(shí)， 發(fā)射電路再次進(jìn)入空閑狀態(tài)。發(fā)射電路在發(fā)送操作過程中不處理新的發(fā)送請(qǐng)求。
本發(fā)明以李翔宇提出的HMF單位為基礎(chǔ)，提出了一個(gè)新的HMF單元實(shí)現(xiàn)形 式。本發(fā)明的HM:F單元仍由令牌暫存器、匹配單元和發(fā)射電路三部分組成，但是具體 的實(shí)現(xiàn)方式與李翔宇提出的HMF竿.元不同。所以在給出木發(fā)明HMF申.元的實(shí)現(xiàn)方式之前，首先要介紹李翔宇提出的HMF單元結(jié)構(gòu)。
1)令牌暫存器 令牌暫存器存儲(chǔ)輸入令牌和數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。圖5是一個(gè)4單兀暫存器的不意圖， 圖中僅畫出了--組存儲(chǔ)單元。每組單元由--組寄存器和-一個(gè)flag標(biāo)志電路組成，寄存器 時(shí)鐘(elk)的上升沿在clr為()時(shí)將flag置1 ，清除信號(hào)(clr)的止脈沖在elk為()時(shí)可以 將flag復(fù)位。WA和WD由輸入令牌解析，reqin和ackin分別表示輸入通道端口的寫請(qǐng) 求和寫應(yīng)答信號(hào)。只有當(dāng)flag信號(hào)為0時(shí)才能接受請(qǐng)求，數(shù)據(jù)在寫請(qǐng)求被接受后寫入寄 存器。輸出數(shù)據(jù)則通過一級(jí)多路選擇器(MUX)直接輸出，R:D隨RA即時(shí)變化。CLR 信號(hào)經(jīng)過RA的選擇觸發(fā)對(duì)應(yīng)單元的dr信號(hào)，當(dāng)所有dr信號(hào)都降低后CLRJone下降， 作為記錄清除過程結(jié)束的標(biāo)志。
2)匹配單兀 圖6是--個(gè)基本的4請(qǐng)求匹配單元結(jié)構(gòu)，其由匹配邏輯部分、請(qǐng)求仲裁部分和選 擇保持-請(qǐng)求阻塞電路二部分組成。 匹配邏輯部分實(shí)現(xiàn)匹配函數(shù)計(jì)算，由組合電路實(shí)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果通過C單元送達(dá) 仲裁器成為請(qǐng)求信號(hào)。 仲裁器釆用了 May D,論文中的R-box電路，如圖7所示，這是一個(gè)4選1的仲 裁邏輯。K) I3表示輸入的請(qǐng)求，A0、 Al是被選屮的請(qǐng)求的序號(hào)。
暫存器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的時(shí)刻不確定，設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為觀測(cè)端U的信號(hào)隨時(shí)可能變 化，仲裁器的輸出端也隨之不斷變化，因此需要同步select信號(hào)與令牌數(shù)據(jù)，以保證輸出 通道的請(qǐng)求信號(hào)有效時(shí)發(fā)射電路的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。因此在仲裁器輸出端設(shè)置select鎖 存器。鎖存信號(hào)為lock， lock二()時(shí)鎖存器透明。select對(duì)應(yīng)的令牌清空后，對(duì)應(yīng)的請(qǐng) 求信弓復(fù)位——此吋select仍然沒有變化——fetch也隨之復(fù)位。另-'方面，圖中的C單 元和4輸入或門組成了反饋?zhàn)枞娐?。只要?qǐng)求信號(hào)巾存在有效請(qǐng)求就會(huì)阻塞新請(qǐng)求的 通過，只有所有仲裁輸入端的有效請(qǐng)求都復(fù)位后C單元才重新導(dǎo)通。阻塞電路使得仲裁 器輸出經(jīng)過一定時(shí)間后必然能夠穩(wěn)定，在fetch上升后經(jīng)過相同的延時(shí)再采樣select即可 避免"胃險(xiǎn)"。
3)發(fā)射電路 圖8是發(fā)射電路部分的電路結(jié)構(gòu)圖。圖8中寄存器R與C單元是令牌的接收通 道；陰影部分的電路是地址鎖存信號(hào)lock的產(chǎn)生電路；req和ack分別是輸出通道端口的 請(qǐng)求信弓和應(yīng)答信5， ackout是下-鄰電路的應(yīng)答信弓。其余信弓與圖3對(duì)應(yīng)；dl是用 于延時(shí)匹配的延時(shí)申.元。 電路中所有時(shí)序單元的初始狀態(tài)全為0， fetch的上升沿經(jīng)過dl (select的穩(wěn)定時(shí) 間)延時(shí)后成為fetch—d信號(hào)。fetch j的上升沿首先觸發(fā)lock信號(hào)，將有效請(qǐng)求的序號(hào) 鎖存。req由lock門控輸出。lock信號(hào)在req的上升沿至cli」ack下降沿之間的時(shí)間內(nèi)始 終保持高電平。以上提到HMF單兀的實(shí)現(xiàn)方案比較復(fù)雜，尤其是匹配單兀和發(fā)射電路部 分。整個(gè)HMF單元是--個(gè)異歩設(shè)計(jì)，而發(fā)送電路部分卻使用了--個(gè)同歩設(shè)訃中常用到的 狀態(tài)機(jī)。這種實(shí)現(xiàn)方式模塊性差，可移植性差，設(shè)計(jì)過程中需要人工千預(yù)。本發(fā)明解提 出的HM:F實(shí)現(xiàn)方案避免'/以上問題，具有好的擴(kuò)展性和可移植性，可以作為數(shù)據(jù)流電路 中的模板，實(shí)現(xiàn)令牌暫存、匹配和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種數(shù)據(jù)流電路中實(shí)現(xiàn)令牌暫存、匹配和轉(zhuǎn)發(fā)功能的電路 結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有一定的通用性，可以作為模板用f數(shù)據(jù)流電路實(shí)現(xiàn)令牌的暫存、匹配 和轉(zhuǎn)發(fā)。 本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元，由令牌暫存單元、令牌匹配單元和令 牌轉(zhuǎn)發(fā)單元三個(gè)單元組成，具有以下特征令牌暫存申.元的輸入端口有，請(qǐng)求端口 (Req)，寫操作的地址端口 (m， write address),寫操作的數(shù)據(jù)端口 (W:D， write data)，讀操作的地址端口 (RA， read address), 令牌清除端n (clear),輸出端n有，令牌標(biāo)忐位端n (flag),讀操作的數(shù)據(jù)端n (RD， read address), 應(yīng)答端U (Ack);令牌暫存單兀的寫操作的地址端口 (WA)和寫操作的數(shù)據(jù)端口 (WD)分別連接輸 入令牌的地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，請(qǐng)求端口 (Req)連接輸入請(qǐng)求信號(hào)(req)，應(yīng)答端口輸出 應(yīng)答信號(hào)(ack)，請(qǐng)求信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)是一對(duì)握手信號(hào)，與其他單元完成握手協(xié)議；
令牌暫存單元的令牌標(biāo)志位端口 (flag)輸出令牌標(biāo)志位信5 (flag),令牌標(biāo)志信 號(hào)(flag)是令牌匹配申.元的輸入； 令牌暫存單元的令牌清除端口 (clear)連接令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送的令牌清除信 號(hào)(clear),讀操作的地址端n (RA， read address)連接令牌匹配單元發(fā)送的地址信號(hào) (radcB，令牌暫存單元從讀操作的數(shù)據(jù)端U (RD， read data)輸出地址信號(hào)指定的數(shù)據(jù) (rdata)，該數(shù)據(jù)信號(hào)(rdata)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單兀的輸入信號(hào)； 令牌匹配單元的輸入信號(hào)端口有，令牌標(biāo)志位端口 (flag),鎖存信號(hào)端口 (lock)，輸出信號(hào)端口有，地址端口 (raddr)，請(qǐng)求信號(hào)端口 (fetch);
令牌匹配單元的令牌標(biāo)志位端口連接令牌暫存單元輸出的令牌標(biāo)志位信^ (flag),鎖存信號(hào)端口連接令牌轉(zhuǎn)發(fā)竿ji:輸出的鎖存信號(hào)(lock),地址端口輸出地址信號(hào) (raddr)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸入信號(hào)，請(qǐng)求端口信號(hào)輸出請(qǐng)求信號(hào)(fetch)，該信 號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)； 令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)端U仃，輸入請(qǐng)求信號(hào)端U (fetch),應(yīng)答信號(hào)端U (ack)，數(shù)據(jù)端口 (data),輸出信號(hào)端口有，鎖存信號(hào)端口 (lock),令牌清除信號(hào)端口 (clear),輸出請(qǐng)求信號(hào)端口 (req)，輸出令牌端口 (output); 令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入請(qǐng)求信號(hào)端口 (fetch)連接令牌匹配單元輸出的請(qǐng)求信號(hào) (fetch),應(yīng)答信^端口 (ack)連接外部握手協(xié)議中的應(yīng)答信弓，數(shù)據(jù)端口 (data)連接令牌 暫存申.元輸出的令牌，鎖存信號(hào)端口 (lock)輸出鎖存信號(hào)，該信號(hào)是令牌匹配申.元的輸 入信號(hào)，令牌清除信號(hào)端口 (clear)輸出令牌清除信號(hào)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸入信 號(hào)，輸出請(qǐng)求信號(hào)端n (req)輸出外部握手協(xié)議的請(qǐng)求信號(hào)(req)，輸出令牌端n (output) 向外部輸出令牌暫存 匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元輸出的令牌；
本發(fā)明提出的令牌暫存單兀具有以K特征 令牌暫存單元有以下輸入端口，寫操作的數(shù)據(jù)端口 (W:D， writedata)，寫操作的 地址端口 (WA， write address)，輸入請(qǐng)求端口 (Req),令牌清除端口 (clear)，讀操作的 地址端口 (RA， read address),令牌標(biāo)志位端口 (flag),有以下輸出端口，輸出應(yīng)答端口 (Ack)，讀操作的數(shù)據(jù)端口 (RD， read data);
寫操作的地址端n (WA)的輸入信號(hào)是令牌的地址信號(hào)(waddr)， waddr是多路 開關(guān)MUX1和多路開關(guān)MUX2的輸入信號(hào)，寫操作的數(shù)據(jù)端U (WD)的輸入信號(hào)是令牌 的數(shù)據(jù)信號(hào)(wdata)，輸入請(qǐng)求端口的輸入是握手協(xié)議的請(qǐng)求信號(hào)(req)，該信號(hào)是C單 元cin的輸入，cin的另--個(gè)輸入是內(nèi)部的應(yīng)答信號(hào)(ackjn)， cin的輸出是內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào) (reqjn)，該信號(hào)也是外部的應(yīng)答信號(hào)(ack) ， MUX1的輸入信號(hào)是waddr信號(hào)和wdata信 3.，其輸出信5'是n組信5' (datajn
datajn[n-1])，每組信5的位寬與wdata信弓的 位寬一樣，n為令牌暫存器的個(gè)數(shù)即可以存儲(chǔ)多少個(gè)令牌，MUX2的輸入信號(hào)是waddr信 號(hào)和reqjn信號(hào)，M:UX2的輸出信號(hào)是n個(gè)信號(hào)(req[O] req[n-1]) ， n為令牌暫存器的個(gè) 數(shù)也為令牌標(biāo)忐位的個(gè)數(shù)，多路開關(guān)DEMUX1的輸入是waddr信號(hào)和n個(gè)信號(hào)(flag[()] flag[n-1])， DEMUX1的輸出信號(hào)是ackjn信號(hào)，令牌暫存器中'"n個(gè)C單元，req[O] req [n-1 ]分別為n個(gè)C單兀的輸入，clear[O] clear[n-1 ]分別為n個(gè)C單兀的輸入，n 個(gè)C單元的輸出為flag[O] flag[n-i]，令牌暫存單元的標(biāo)志位端口 (flag)輸出flag[O] flag[n-1 ]，令牌暫存單元中有n個(gè)寄存器(data[()] data[n-1 ]) ， n個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)輸入分 別為信弓datajn[O] data[n-1]， n個(gè)寄存器的請(qǐng)求信弓分別為信3 req[O] req[n-1], n 個(gè)寄存器的輸出分別為信號(hào)dout
dout[n-1]，令牌清除端口 (clear)的輸入信號(hào)是令牌 轉(zhuǎn)發(fā)單元輸出的令牌清除信號(hào)(clear),讀操作的地址端口 (RA)的輸入是令牌匹配單元輸 出的地址信號(hào)(raddr),讀操作的數(shù)據(jù)端n (RD)輸出讀出的數(shù)據(jù)信號(hào)(rdata)，該信號(hào)是 令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)，多路開關(guān)MUX3的輸入是clear信號(hào)和raddr信號(hào)，MUX3的 輸出是n個(gè)信號(hào)(clear[O] clear[n-1])，多路」「關(guān)DEMUX2的輸入是raddr信號(hào)和n組信 號(hào)(dout網(wǎng) data[n-i])，每一組信號(hào)的位寬與rdata信號(hào)的位寬一致，DEM:UX2的輸出
是麵信號(hào); 本發(fā)明提出的令牌匹配單元具有以下特征 令牌匹配竿ji:的輸入端口有，令牌標(biāo)志位端口 (flag)，鎖存端口 (lock)，令牌匹 配單元的輸出端口有，地址端口 (raddr)，請(qǐng)求信號(hào)端口 (fetch); 令牌標(biāo)忐位端n的輸入信號(hào)是令牌標(biāo)忐位信號(hào)(flag),該信號(hào)是令牌暫存單元 的輸出信號(hào)，flag信號(hào)是Match Logic的輸入信號(hào)，Match Logic的輸出信號(hào)是n個(gè)信號(hào) (r[O] r[n-1])，信號(hào)r[()] r[n-1]是鎖存器Latch的輸入信號(hào)，Latch的另一個(gè)輸入是鎖 存端口 (lock)的輸入信號(hào)lock,該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸出信號(hào)，Latch的輸出信號(hào)是 n個(gè)信號(hào)(L[()] L[n-1])，信號(hào)L[()] L[n-1]是仲裁器(Arbiter)的輸入，仲哉器的輸出 是地址信5 (raddr)，該信5是令牌暫存單元的輸入信5,仲裁器可能還需S具他外部信 號(hào)(這需要根據(jù)仲裁器的具體形式確定)，信號(hào)raddr是多路開關(guān)MUX的控制輸入，信號(hào) r
r[n-1]是MUX的輸入，MUX的輸出是請(qǐng)求信號(hào)fetch,該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的 輸入信號(hào)； 本發(fā)明提出的令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元l^/以下特征 令牌轉(zhuǎn)發(fā)單兀的輸入信號(hào)端口有，輸入請(qǐng)求信號(hào)端口 (fetch),應(yīng)答信號(hào)端 口 (ack)，數(shù)據(jù)端口 (data),輸出端口有，鎖存信號(hào)端口 (lock),令牌淸除信號(hào)端口 (clear),輸出請(qǐng)求信號(hào)端口 (req)，輸出令牌端口 (output);輸入請(qǐng)求信弓端口 (fetch)輸入請(qǐng)求信弓fetch, fetch信弓是C單元CI的輸入， CI的另一個(gè)輸入是輸出請(qǐng)求信號(hào)端口輸出的req信號(hào)，CI的輸出是延時(shí)申.元delay的輸入，延時(shí)單元delay的輸出是C單元C2的輸入，C2的另一個(gè)輸入是應(yīng)答信號(hào)端n (ack)輸入的應(yīng)答信號(hào)ack， C2的輸出是請(qǐng)求信號(hào)req，該信號(hào)也是輸出寄存器R的觸發(fā)信號(hào)，寄存器R的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)是數(shù)據(jù)端口 (data)輸入的令牌(data),寄存器R的輸出信號(hào)是output,該信號(hào)是輸出令牌端口的輸出信號(hào)，兩輸入或門b的輸入信號(hào)分別是Ci的輸出信號(hào)和C2的輸出信號(hào)，b的輸出信號(hào)是lock信號(hào)，兩輸入與門a的輸入信號(hào)分別是是CI的輸出信3鄰C2的輸出信3， a的輸出信弓是clear信3。
木發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)電路實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)流電路中令牌暫存、令牌匹配和令牌轉(zhuǎn)發(fā)的功能。本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)電路已經(jīng)被用到了一個(gè)實(shí)際芯片中。該芯片被稱作THUAES06，采用數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了AES算法。AES算法是一個(gè)分組的密碼算法，每一個(gè)分組為128位，由16個(gè)字節(jié)組成，算法需要對(duì)每個(gè)分組計(jì)算若干輪，每--輪中需要對(duì)i6個(gè)字節(jié)進(jìn)行-一系列變換，得到-一個(gè)新的分組。附朵中將詳細(xì)介紹了 AES算法。 THUAES06是-、個(gè)字節(jié)粒度的數(shù)據(jù)流電路，每個(gè)運(yùn)算單元.'次處理分組中的- 個(gè)字節(jié)，由于每個(gè)分組由16個(gè)字節(jié)組成，對(duì)于AES中的多目運(yùn)算，每一輪中將有16組輸入令牌，對(duì)于算法中的多目運(yùn)算單元，需要令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)的結(jié)構(gòu)。
THUAES06使j-tj 了本發(fā)明的令牌哲存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)，該芯片已經(jīng)在屮芯國際0.18um的工藝下流片，并通過了功能測(cè)試。


圖1為一個(gè)數(shù)據(jù)流2為異步電路四相位握手協(xié)議圖3為由C申.元組成的四相位異步傳輸通道圖4為李翔宇博士論文里提出的HMF單元結(jié)構(gòu)圖5為李翔宇博上論文里提出的4單元暫存器圖6為李翔宇博士論文里提出的4請(qǐng)求匹配單元結(jié)構(gòu)圖7四選一仲裁器(a)R-box()(b)R-boxl(c)整體電路。圖8為李翔宇博士論文里提出的令牌發(fā)射電路圖9為本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元的結(jié)構(gòu)圖10為本發(fā)明提出的令牌暫存單元的結(jié)構(gòu)圖11為木發(fā)明提出的令牌匹配申.元的結(jié)構(gòu)圖12為本發(fā)明提出的令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的結(jié)構(gòu)圖1 )為THUAES06屮使用的Arbiter的結(jié)構(gòu)，a)R-boxb) 1.6選一仲裁器c)R-boxl
d) R-box具體實(shí)施例方式
THUAES()6是 一 個(gè)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的專用集成電路，實(shí)現(xiàn)了 AES算法。AES中Addkey操作是-^個(gè)雙目運(yùn)算(有兩個(gè)輸入)，每輪中狀態(tài)分組的16個(gè)字節(jié)都耍和相應(yīng)的密鑰進(jìn)行Addkey運(yùn)算。THUAES06巾的Addkey運(yùn)算申.元的輸入和輸出均為一個(gè)字節(jié)，每輪屮16個(gè)狀態(tài)字節(jié)和相應(yīng)的密鑰就緒的時(shí)間可能不同，需要一個(gè)單元對(duì)每一輪Addkey
的兩個(gè)輸入進(jìn)行同歩和匹配，因此THUAES06采用了本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)
發(fā)結(jié)構(gòu)。K面首先介紹令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單兀的一般結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)參數(shù)化的
結(jié)構(gòu)。這種-一般結(jié)構(gòu)是可配置的結(jié)構(gòu)，設(shè)訃時(shí)設(shè)計(jì)者把-一般結(jié)構(gòu)作為模板，通過配置結(jié)
構(gòu)中的參數(shù)得到所需的特定結(jié)構(gòu)。 1.令牌暫存-匹配-發(fā)送單元的.'般結(jié)構(gòu) 圖9為木發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-發(fā)送竿.元的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由令牌暫存申.
元、令牌匹配單元和令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元三部分組成。下面分別介紹令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單
元的一般結(jié)構(gòu)。 1)令牌暫存單元 a)令牌暫存單兀的輸入輸出端口 令牌暫存單元的輸入端口有，請(qǐng)求端口 (Req)，寫操作的地址端口 (m， writeaddress),寫操作的數(shù)據(jù)端口 (WD， write data)，讀操作的地址端口 (RA， read address)，令牌清除端口 (clear),輸出端口有，令牌標(biāo)志位端口 (flag)，讀操作的數(shù)據(jù)端口 (RD，read address)，應(yīng)答端口(Ack)。令牌暫存申.元的寫操作的地址端口 (WA)和寫操作的數(shù)據(jù)端口 (WD)分別連接輸入令牌的地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，請(qǐng)求端口 (Req)連接輸入請(qǐng)求信號(hào)(req)，應(yīng)答端n輸出應(yīng)答信號(hào)(ack)，請(qǐng)求信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)是一對(duì)握手信號(hào)，與其他單元完成握手協(xié)議； 令牌暫存單兀的令牌標(biāo)志位端口 (flag)輸出令牌標(biāo)志位信號(hào)(flag),令牌標(biāo)志信號(hào)(flag)是令牌匹配單元的輸入。令牌暫存單元的令牌淸除端口 (clear)連接令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送的令牌清除信號(hào)(clear)，讀操作的地址端口 (RA， read address)連接令牌匹配單元發(fā)送的地址信5 (raddr)，令牌暫存單元從讀操作的數(shù)據(jù)端口 (R:D， read data)輸出地址信號(hào)指定的數(shù)據(jù)(rdata)，該數(shù)據(jù)信號(hào)(rdata)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)申.元的輸入信號(hào)。
b)令牌暫存單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 本發(fā)明提出的令牌哲存單元的結(jié)構(gòu)如圖l()所示。C單元"cin"與上游單元實(shí)現(xiàn)握手協(xié)議。"cin"的兩個(gè)輸入信號(hào)分別是外部的輸入請(qǐng)求信號(hào)req和內(nèi)部多路開關(guān)DEMUX1的輸出信號(hào)ack jn ; "cin"的輸出信號(hào)是內(nèi)部多路J 「關(guān)MUX2的輸入信號(hào)req^in。令牌中的地址信息用信號(hào)waddr表示，令牌中的數(shù)據(jù)信息用wdata表示。多路開關(guān)MUX1的輸入信號(hào)分別是wdata和waddr; MUX1的輸出是n組信號(hào)din[()] din[n-1]，每組信^的位寬與wdata信^的位寬-'致，這n組信5'分別是寄存器組data
data[n-1]的輸入，即din[x]是寄存器data[x]的輸入。多路開關(guān)MUX2的輸入信號(hào)分別是waddr和cin的輸出信號(hào)reqjn ; MUX2的輸出信號(hào)是n個(gè)信號(hào)req[O] req[n-1]，這n個(gè)信號(hào)分別是寄存器組data
data[l]的輸入觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)這n個(gè)信號(hào)分別是標(biāo)忐位F[O] F[n-1]的輸入信號(hào)。暫存單元中的n個(gè)標(biāo)志位是由n個(gè)C單元F
F[n-l]組成的，每一個(gè)標(biāo)志位對(duì)應(yīng)一組寄存器，如F[()]對(duì)應(yīng)寄存器組data[()]，標(biāo)志位F[O] F[n-1]的輸入分別為多路開關(guān)MUX2的輸出req[O] req[n-丄]和多路開關(guān)MUX3的輸出clear[O] clear[丄];標(biāo)志位F[()] F[n-1]的輸出為n個(gè)信號(hào)flag[()] flag[n-1]， flag[()] flag[n-1]是令牌暫存單元的輸出，是令牌匹配單元的輸入，M吋也是多路開關(guān):DEMUX1的輸入。令牌暫存申.元中有n組寄存器data[()] data[n-1]，每 寄存器存儲(chǔ)一個(gè)令牌，寄存器data[O] data[l]的輸入分別為din[O] din[n-1]和req[O] req[n-1]，其屮din[O] din[n-1]是多路開關(guān)MUX1的輸出，req[O] req[n-1]是多路開關(guān)MUX2的輸出；寄存器data[O] data[n-1 ]的輸出是dout[O] dout[n-1 ] ， dout[()] dout[n-1 ]的位寬與din[()] din[n-1 ]-----致，同時(shí)dout[O] dout[n-i]是多路開關(guān):DEM:UX2的輸入。多路開關(guān):DEMUX2的輸入是dout[()] dout[n-1]和raddr， raddr是令牌暫存單元的輸入信號(hào)，是令牌匹配單元的輸出信弓。MUX3的輸入分別是信弓rad(k和信弓clean clear信弓是令牌暫存單元的輸入，是令牌轉(zhuǎn)發(fā)申.元的輸出；MUX3的輸出是n個(gè)信號(hào)clear[()] clear[n-1]。
2)令牌匹配單元
a)令牌匹配單元的輸入輸出 令牌匹配單元的輸入信號(hào)端UYh令牌標(biāo)志位端U (flag),鎖存信號(hào)端U(lock),輸出信號(hào)端口有，地址端口 (raddr),請(qǐng)求信號(hào)端口 (fetch)。令牌匹配單兀的令牌標(biāo)志位端口連接令牌暫存單元輸出的令牌標(biāo)志位信號(hào)(flag),鎖存信號(hào)端口連接令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元輸出的鎖存信號(hào)(lock)，地址端口輸出地址信號(hào)(raddr)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸入信^，請(qǐng)求端口信3輸出請(qǐng)求信3 (fetch),該信^是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信弓。
b)令牌匹配申.元的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 本發(fā)明中的令牌匹配單元的結(jié)構(gòu)如圖ll所示。匹配邏輯是--個(gè)組合邏輯，輸入是令牌哲存單元輸出的flag信號(hào)，輸出是一個(gè)n比特的向量r[O] r[n-1]，表示哪些組輸入令牌已經(jīng)就緒，ii比特的每-一位都對(duì)應(yīng)-一組輸入令牌。匹配邏輯的輸出是鎖存器的輸入，鎖存器的另一個(gè)輸入是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單兀的輸出信號(hào)lock;鎖存器的輸出是n比特信號(hào):L
:L[n-i]，同時(shí)這n位信號(hào)也是仲裁器的輸入。仲裁器的輸入信號(hào)是n比特信號(hào)L[()] L[n-l]，輸出信號(hào)是raddr。仲裁器的作用是從就緒的令牌組中選擇一組，輸出該組在令牌暫存器中的地址給令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元和令牌暫存單元。令牌匹配單元中的多路開關(guān)MUX的輸入分別是匹配邏輯的輸出r[O] r[n-1]和仲裁器的輸出raddr ; MUX的輸出是信號(hào)fetch,該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入。
3)令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元
a)令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入輸出 令牌轉(zhuǎn)發(fā)單兀的輸入信號(hào)端口有，輸入請(qǐng)求信號(hào)端口 (fetch),應(yīng)答信號(hào)端口(ack)，數(shù)據(jù)端口 (data),輸出信號(hào)端口有，鎖存信號(hào)端口 (lock),令牌淸除信號(hào)端口(clear),輸出請(qǐng)求信號(hào)端口 (req)，輸出令牌端口 (output)。令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入請(qǐng)求信弓端口 (fetch)連接令牌匹配單元輸出的請(qǐng)求信^ (fetch),應(yīng)答信5端口 (ack)連接外部握手協(xié)議巾的應(yīng)答信號(hào)，數(shù)據(jù)端口 (data)連接令牌暫存申.元輸出的令牌，鎖存信號(hào)端口(lock)輸出鎖存信號(hào)，該信號(hào)是令牌匹配單元的輸入信號(hào)，令牌清除信號(hào)端口 (clear)輸出令牌清除信號(hào)，該信號(hào)是令牌哲存單元的輸入信號(hào)，輸出請(qǐng)求信號(hào)端n (req)輸出外部握手協(xié)議的請(qǐng)求信號(hào)(req)，輸出令牌端U (output)向外部輸出令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單兀輸出的令牌。b)令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的結(jié)構(gòu)如圖12所示。C單元CI的輸入是fetch信號(hào)和C2的輸出信弓req， CI的輸出是延時(shí)單元delay的輸入。延時(shí)單元delay的輸出是C2的輸入，C2的另一個(gè)輸入是ack。
C2的輸出是req信號(hào)，該信號(hào)是輸出寄存器的觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)由
12()變?yōu)閘時(shí)，令牌暫存器屮的令牌被鎖存。令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元屮的與門a，或門b的作用是保證clear和lock信號(hào)的時(shí)序正確，與門a和或門b的輸入分別是CI和C2的輸出，a禾U b的輸出是clear和lock。延時(shí)單兀delay確保當(dāng)C2的輸出til 0變?yōu)?時(shí)，令牌暫存器中的令牌己經(jīng)被取出并出現(xiàn)在輸出寄存器的輸入端。Lock信號(hào)為i后匹配單元輸出的地址信號(hào)穩(wěn)定，令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元開始從暫存單元中取數(shù)據(jù)，為了保證該數(shù)據(jù)被存入輸出寄存器，delay單元延吋需'嬰大T從令牌暫存器取數(shù)的延吋，該延吋單元的具體延吋可以表示為
T(1clay+Tccic:mcnt>Tb+Tlatch+Tarbitcr+Trdata+TsctUp其中T娃y是delay單元的延時(shí)，Teelement是C單元的延時(shí)，Tb是或門b的延時(shí)，Tlatah和T bltCT分別是匹配單元屮鎖存器和仲裁器的延時(shí)，Trfata是從哲存單元取出令牌的延時(shí)，Ts—是輸出寄存器的setup時(shí)間。
2.THUAES06中的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單兀 THUAES06采用了本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元，該單元為雙目運(yùn)算單元Addkey提供令牌暫存、匹配和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。THUAES()6中的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元以上面提到的.'般結(jié)構(gòu)為模板，根據(jù)AES算法的特點(diǎn)和TH—UAES06面向應(yīng)用的耍求確定了模板巾的參數(shù)，確定了 Matchlogic和Arbiter的具體形式。 THUAES06的令牌暫存單元存放的令牌的數(shù)目是16，令牌標(biāo)記的數(shù)目也是16，分別對(duì)應(yīng)著一個(gè)分組屮的16個(gè)字節(jié)。令牌匹配單元屮Match Logic由1.6個(gè)兩輸入的與門組成，與門的兩個(gè)輸入分別對(duì)應(yīng)著Addfcey操作兩個(gè)操作數(shù)的標(biāo)志位，兩個(gè)操作數(shù)都就緒后與門的輸出才為1。令牌匹配單兀中的Arbiter按照一定規(guī)則從多個(gè)就緒的令牌中挑選-一組，并輸出該組令牌在暫存器中的地址。THUAES06要求令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元可以隨機(jī)的從多個(gè)就緒的令牌中挑選一組，輸出該組令牌的地址。為此THUAES()6中的Arbiter采用'/ May D.論文中的R-box，如圖7所示，這個(gè)Arbiter根據(jù)外部提供的隨機(jī)數(shù)，從已就緒的令牌中隨機(jī)選擇一個(gè)，結(jié)構(gòu)如圖13所示。
權(quán)利要求
本發(fā)明提出的令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元，由令牌暫存單元、令牌匹配單元和令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元三個(gè)單元組成，具有以下特征令牌暫存單元的輸入端口有，請(qǐng)求端口(Req)，寫操作的地址端口(WA，write address)，寫操作的數(shù)據(jù)端口(WD，write data)，讀操作的地址端口(RA，read address)，令牌清除端口(clear)，輸出端口有，令牌標(biāo)志位端口(flag)，讀操作的數(shù)據(jù)端口(RD，read address)，應(yīng)答端口(Ack)；令牌暫存單元的寫操作的地址端口(WA)和寫操作的數(shù)據(jù)端口(WD)分別連接輸入令牌的地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，請(qǐng)求端口(Req)連接輸入請(qǐng)求信號(hào)(req)，應(yīng)答端口輸出應(yīng)答信號(hào)(ack)，請(qǐng)求信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)是一對(duì)握手信號(hào)，與其他單元完成握手協(xié)議；令牌暫存單元的令牌標(biāo)志位端口(flag)輸出令牌標(biāo)志位信號(hào)(flag)，令牌標(biāo)志信號(hào)(flag)是令牌匹配單元的輸入；令牌暫存單元的令牌清除端口(clear)連接令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送的令牌清除信號(hào)(clear)，讀操作的地址端口(RA，read address)連接令牌匹配單元發(fā)送的地址信號(hào)(raddr)，令牌暫存單元從讀操作的數(shù)據(jù)端口(RD，read data)輸出地址信號(hào)指定的數(shù)據(jù)(rdata)，該數(shù)據(jù)信號(hào)(rdata)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)；令牌匹配單元的輸入信號(hào)端口有，令牌標(biāo)志位端口(flag)，鎖存信號(hào)端口(lock)，輸出信號(hào)端口有，地址端口(raddr)，請(qǐng)求信號(hào)端口(fetch)；令牌匹配單元的令牌標(biāo)志位端口連接令牌暫存單元輸出的令牌標(biāo)志位信號(hào)(flag)，鎖存信號(hào)端口連接令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元輸出的鎖存信號(hào)(lock)，地址端口輸出地址信號(hào)(raddr)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸入信號(hào)，請(qǐng)求端口信號(hào)輸出請(qǐng)求信號(hào)(fetch)，該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)；令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)端口有，輸入請(qǐng)求信號(hào)端口(fetch)，應(yīng)答信號(hào)端口(ack)，數(shù)據(jù)端口(data)，輸出信號(hào)端口有，鎖存信號(hào)端口(lock)，令牌清除信號(hào)端口(clear)，輸出請(qǐng)求信號(hào)端口(req)，輸出令牌端口(output)；令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入請(qǐng)求信號(hào)端口(fetch)連接令牌匹配單元輸出的請(qǐng)求信號(hào)(fetch)，應(yīng)答信號(hào)端口(ack)連接外部握手協(xié)議中的應(yīng)答信號(hào)，數(shù)據(jù)端口(data)連接令牌暫存單元輸出的令牌，鎖存信號(hào)端口(lock)輸出鎖存信號(hào)，該信號(hào)是令牌匹配單元的輸入信號(hào)，令牌清除信號(hào)端口(clear)輸出令牌清除信號(hào)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸入信號(hào)，輸出請(qǐng)求信號(hào)端口(req)輸出外部握手協(xié)議的請(qǐng)求信號(hào)(req)，輸出令牌端口(output)向外部輸出令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元輸出的令牌；所述的令牌暫存單元具有以下特征令牌暫存單元有以下輸入端口，寫操作的數(shù)據(jù)端口(WD，write data)，寫操作的地址端口(WA，write address)，輸入請(qǐng)求端口(Req)，令牌清除端口(clear)，讀操作的地址端口(RA，read address)，令牌標(biāo)志位端口 (flag)，有以下輸出端口，輸出應(yīng)答端口(Ack)，讀操作的數(shù)據(jù)端口(RD，read data)；寫操作的地址端口(WA)的輸入信號(hào)是令牌的地址信號(hào)(waddr)，waddr是多路開關(guān)MUX1和多路開關(guān)MUX2的輸入信號(hào)， 寫操作的數(shù)據(jù)端口(WD)的輸入信號(hào)是令牌的數(shù)據(jù)信號(hào)(wdata)，輸入請(qǐng)求端口的輸入是握手協(xié)議的請(qǐng)求信號(hào)(req)，該信號(hào)是C單元cin的輸入，cin的另一個(gè)輸入是內(nèi)部的應(yīng)答信號(hào)(ack_in)，cin的輸出是內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)(req_in)，該信號(hào)也是外部的應(yīng)答信號(hào)(ack)，MUX1的輸入信號(hào)是waddr信號(hào)和wdata信號(hào)，其輸出信號(hào)是n組信號(hào)(data_in
~data_in[n-1])，每組信號(hào)的位寬與wdata信號(hào)的位寬一樣，n為令牌暫存器的個(gè)數(shù)即可以存儲(chǔ)多少個(gè)令牌，MUX2的輸入信號(hào)是waddr信號(hào)和req_in信號(hào)，MUX2的輸出信號(hào)是n個(gè)信號(hào)(req
~req[n-1])，n為令牌暫存器的個(gè)數(shù)也為令牌標(biāo)志位的個(gè)數(shù)，多路開關(guān)DEMUX1的輸入是waddr信號(hào)和n個(gè)信號(hào)(flag
~flag[n-1])，DEMUX1的輸出信號(hào)是ack_in信號(hào)，令牌暫存器中有n個(gè)C單元，req
~req[n-1]分別為n個(gè)C單元的輸入，clear
~clear[n-1]分別為n個(gè)C單元的輸入，n個(gè)C單元的輸出為flag
~flag[n-1]，令牌暫存單元的標(biāo)志位端口(flag)輸出flag
~flag[n-1]，令牌暫存單元中有n個(gè)寄存器(data
~data[n-1])，n個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)輸入分別為信號(hào)data_in
~data[n-1]，n個(gè)寄存器的請(qǐng)求信號(hào)分別為信號(hào)req
~req[n-1]，n個(gè)寄存器的輸出分別為信號(hào)dout
~dout[n-1]，令牌清除端口(clear)的輸入信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元輸出的令牌清除信號(hào)(clear)，讀操作的地址端口(RA)的輸入是令牌匹配單元輸出的地址信號(hào)(raddr)，讀操作的數(shù)據(jù)端口(RD)輸出讀出的數(shù)據(jù)信號(hào)(rdata)，該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)，多路開關(guān)MUX3的輸入是clear信號(hào)和raddr信號(hào)，MUX3的輸出是n個(gè)信號(hào)(clear
~clear[n-1])，多路開關(guān)DEMUX2的輸入是raddr信號(hào)和n組信號(hào)(dout
~data[n-1])，每一組信號(hào)的位寬與rdata信號(hào)的位寬一致，DEMUX2的輸出是rdata信號(hào)；所述的令牌匹配單元具有以下特征令牌匹配單元的輸入端口有，令牌標(biāo)志位端口(flag)，鎖存端口(lock)，令牌匹配單元的輸出端口有，地址端口(raddr)，請(qǐng)求信號(hào)端口(fetch)；令牌標(biāo)志位端口的輸入信號(hào)是令牌標(biāo)志位信號(hào)(flag)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸出信號(hào)，flag信號(hào)是Match Logic的輸入信號(hào)，Match Logic的輸出信號(hào)是n個(gè)信號(hào)(r
~r[n-1])，信號(hào)r
~r[n-1]是鎖存器Latch的輸入信號(hào)，Latch的另一個(gè)輸入是鎖存端口(lock)的輸入信號(hào)lock，該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸出信號(hào)，Latch的輸出信號(hào)是n個(gè)信號(hào)(L
~L[n-1])，信號(hào)L
~L[n-1]是仲裁器(Arbiter)的輸入，仲裁器的輸出是地址信號(hào)(raddr)，該信號(hào)是令牌暫存單元的輸入信號(hào)，仲裁器可能還需要其他外部信號(hào)(這需要根據(jù)仲裁器的具體形式確定)，信號(hào)raddr是多路開關(guān)MUX的控制輸入，信號(hào)r
~r[n-1]是MUX的輸入，MUX的輸出是請(qǐng)求信號(hào)fetch，該信號(hào)是令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)；所述的令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元具有以下特征令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元的輸入信號(hào)端口有，輸入請(qǐng)求信號(hào)端口(fetch)，應(yīng)答信號(hào)端口(ack)，數(shù)據(jù)端口(data)，輸出端口有，鎖存信號(hào)端口(lock)，令牌清除信號(hào)端口(clear)，輸出請(qǐng)求信號(hào)端口(req)，輸出令牌端口(output)；輸入請(qǐng)求信號(hào)端口(fetch)輸入請(qǐng)求信號(hào)fetch，fetch信號(hào)是C單元C1的輸入，C1的另一個(gè)輸入是輸出請(qǐng)求信號(hào)端口輸出的req信號(hào)，C1的輸出是延時(shí)單元delay的輸入，延時(shí)單元delay的輸出是C單元C2的輸入，C2的另一個(gè)輸入是應(yīng)答信號(hào)端口(ack)輸入的應(yīng)答信號(hào)ack，C2的輸出是請(qǐng)求信號(hào)req，該信號(hào)也是輸出寄存器R的觸發(fā)信號(hào)，寄存器R的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)是數(shù)據(jù)端口(data)輸入的令牌(data)，寄存器R的輸出信號(hào)是output，該信號(hào)是輸出令牌端口的輸出信號(hào)，兩輸入或門b的輸入信號(hào)分別是C1的輸出信號(hào)和C2的輸出信號(hào)，b的輸出信號(hào)是lock信號(hào)，兩輸入與門a的輸入信號(hào)分別是是C1的輸出信號(hào)和C2的輸出信號(hào)，a的輸出信號(hào)是clear信號(hào)。
全文摘要
令牌暫存-匹配-轉(zhuǎn)發(fā)單元可以被用于數(shù)據(jù)流電路實(shí)現(xiàn)令牌暫存、令牌匹配和令牌轉(zhuǎn)發(fā)功能，其特征在于整個(gè)單元由令牌暫存單元、令牌匹配單元和令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元構(gòu)成，令牌暫存單元由令牌暫存器和令牌標(biāo)志位兩部分組成，令牌標(biāo)志位由一組C單元構(gòu)成，表示令牌是否就緒，令牌匹配單元由匹配邏輯、鎖存器、仲裁器和一個(gè)多路選擇器構(gòu)成，其中匹配邏輯和仲裁器的具體形式需要根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行配置，令牌匹配單元根據(jù)令牌暫存器中令牌的情況，輸出就緒令牌的地址，令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元取出這個(gè)就緒的令牌，令牌轉(zhuǎn)發(fā)單元由兩個(gè)C單元、一個(gè)與門、一個(gè)或門、一個(gè)延時(shí)單元和輸出寄存器構(gòu)成，兩個(gè)C單元實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)單元與周圍單元的握手通信，延時(shí)單元保證暫存器中的令牌可以正確地寫入輸出暫存器中，與門和或門保證clear信號(hào)和lock信號(hào)的時(shí)序正確。
文檔編號(hào)G06F13/38GK101692216SQ20091009372
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者俞波, 孫義和, 李翔宇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)