本發(fā)明屬于緩沖器模塊領(lǐng)域，特別是涉及到一種傳輸接口的彈性緩沖器模塊及SKP的添加方法。

背景技術(shù)：

USB3.0規(guī)范(Universal Serial Bus 3.0 Specification)是intel、ENC等公司于2008年公布的最新的USB設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，它是高速、串行、源同步數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。相比較于早期版本USB，USB3.0采用一種新的物理層，用兩個(gè)信道把數(shù)據(jù)傳輸和確認(rèn)過(guò)程分離，因而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。采用USB3.0接口進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端采用差分對(duì)的方式發(fā)送串行信號(hào)，接收端采用時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路從接收到的串行數(shù)據(jù)中恢復(fù)出時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。由于接收端和發(fā)送端均有各自獨(dú)立的時(shí)鐘源，所以接收端恢復(fù)出來(lái)的時(shí)鐘和本地時(shí)鐘可能存在一定的偏差。為了保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，USB3.0采用彈性緩沖器來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘頻率補(bǔ)償和相位同步。

為了完成時(shí)鐘頻率補(bǔ)償和相位同步，彈性緩沖器通過(guò)插入或刪除SKP對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它的容量大小由時(shí)鐘頻率的偏差大小和特定符號(hào)的出現(xiàn)頻率共同決定，因此可以穩(wěn)定地同步一個(gè)時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)到另一個(gè)時(shí)鐘。傳統(tǒng)的彈性緩沖器在實(shí)現(xiàn)SKP的添加和刪除的過(guò)程中涉及到異步的邏輯控制，可能帶來(lái)時(shí)序錯(cuò)誤，并且在SKP的添加過(guò)程中需要進(jìn)行寫(xiě)指針跳躍和斷點(diǎn)保存，需要用更多的邏輯單元和寄存器來(lái)完成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了避免由異步控制可能帶來(lái)的時(shí)序錯(cuò)誤以及減少寫(xiě)指針跳躍和斷點(diǎn)保存所帶來(lái)的邏輯單元和寄存器的使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：彈性緩沖的本質(zhì)是一個(gè)讀寫(xiě)同時(shí)受控的異步FIFO，工作在常半滿(normal half full)狀態(tài)。彈性緩沖器在工作開(kāi)始后，首先會(huì)向FIFO中寫(xiě)入8個(gè)有效數(shù)據(jù)，使得彈性緩沖器維持在半滿狀態(tài)。當(dāng)讀寫(xiě)時(shí)鐘不一致時(shí)，若讀時(shí)鐘頻率大于寫(xiě)時(shí)鐘頻率，則彈性緩沖器中的有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)將會(huì)小于8甚至?xí)霈F(xiàn)被讀空的狀態(tài)，若讀時(shí)鐘頻率小于寫(xiě)時(shí)鐘頻率，則彈性緩沖器中的有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)將會(huì)大于8甚至?xí)霈F(xiàn)寫(xiě)滿的狀態(tài)。為了維持彈性緩沖器在半滿狀態(tài)，需要向輸入的數(shù)據(jù)中添加和刪除SKP。本發(fā)明提出一種新彈性緩沖器結(jié)構(gòu)及SKP添加方法，在讀時(shí)鐘大于寫(xiě)時(shí)鐘情況下，當(dāng)彈性緩沖中有效數(shù)據(jù)數(shù)量會(huì)小于添加閾值時(shí)，閾值監(jiān)測(cè)單元就會(huì)發(fā)起SKP添加請(qǐng)求，此時(shí)若輸出檢查單元給出SKP添加窗口有效，則讀控制單元會(huì)將讀指針暫停，通過(guò)輸出控制單元向輸出的數(shù)據(jù)中添加SKP，而此時(shí)寫(xiě)指針正常工作，使得彈性緩沖器中的有效數(shù)據(jù)量增大到添加閾值以上，以此來(lái)完成讀寫(xiě)時(shí)鐘頻率補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。在讀時(shí)鐘小于寫(xiě)時(shí)鐘情況下，當(dāng)彈性緩沖中有效數(shù)據(jù)數(shù)量會(huì)大于刪除閾值時(shí)，閾值監(jiān)測(cè)單元就會(huì)發(fā)起SKP刪除請(qǐng)求，此時(shí)若輸入檢查單元給出SKP刪除窗口有效，則寫(xiě)控制單元會(huì)將寫(xiě)指針暫停，通過(guò)寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)覆蓋當(dāng)前的SKP以實(shí)現(xiàn)SKP的刪除，而此時(shí)讀指針正常工作，使得彈性緩沖器中的有效數(shù)據(jù)量降低到刪除閾值以下，以此來(lái)補(bǔ)償讀時(shí)鐘和寫(xiě)時(shí)鐘之間的頻率差異。

本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1 與傳統(tǒng)的彈性緩沖器設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明提供的新彈性緩沖器將SKP的添加和刪除的過(guò)程進(jìn)行了分離，分別在兩個(gè)時(shí)鐘域中獨(dú)立進(jìn)行，避免了由異步控制可能帶來(lái)的時(shí)序錯(cuò)誤。

2 與傳統(tǒng)的彈性緩沖的設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明的彈性緩沖器在進(jìn)行SKP對(duì)的添加時(shí)，利用讀指針暫停的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需寫(xiě)指針跳躍和斷點(diǎn)保存，減少了邏輯單元和寄存器的使用。

附圖說(shuō)明

圖1繪示本發(fā)明提供的一種新彈性緩沖器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2繪示本發(fā)明提供的一種新SKP添加過(guò)程示意圖。

圖3繪示本發(fā)明中SKP刪除過(guò)程示意圖。

圖4繪示本發(fā)明一實(shí)施例的彈性緩沖器設(shè)計(jì)流程圖。

圖5繪示本發(fā)明一實(shí)施例的SKP添加的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

圖6繪示本發(fā)明一實(shí)施例的SKP刪除的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

圖7繪示本發(fā)明一實(shí)施例的下溢實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

圖8繪示本發(fā)明一實(shí)施例的上溢實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

圖1 顯示的是本發(fā)明提供的一種新彈性緩沖器結(jié)構(gòu)框圖，包括存儲(chǔ)單元、同步單元、閾值監(jiān)測(cè)單元、輸入檢測(cè)單元、寫(xiě)指針控制單元、輸出檢測(cè)單元、輸出控制單元以及讀指針控制單元。輸入檢測(cè)單元和寫(xiě)指針控制單元位于恢復(fù)時(shí)鐘域，協(xié)同存儲(chǔ)單元、同步單元和閾值監(jiān)測(cè)單元完成SKP的添加操作。輸出控制單元以及讀指針控制單元位于本地時(shí)鐘域，協(xié)同存儲(chǔ)單元、同步單元和閾值監(jiān)測(cè)單元完成SKP的刪除操作。輸入檢測(cè)單元檢測(cè)輸入的數(shù)據(jù)中是否包含SKP字符，并根據(jù)檢測(cè)的情況判斷出是否為SKP刪除操作提供窗口。寫(xiě)指針控制單元用來(lái)產(chǎn)生寫(xiě)指針的二進(jìn)制碼和格雷碼，其中二進(jìn)制碼是數(shù)據(jù)寫(xiě)入的存儲(chǔ)單元的地址，格雷碼是用于同步到本地時(shí)鐘域同讀指針進(jìn)行比較，判斷FIFO是否下溢。輸出檢測(cè)單元是檢測(cè)輸出的數(shù)據(jù)中是否包含SKP字符，為SKP的添加提供添加窗口。輸出控制單元并根據(jù)SKP添加操作指令是否有效來(lái)添加SKP字符并輸出數(shù)據(jù)，此外根據(jù)FIFO是否讀空來(lái)判斷是否要添加END字符。讀指針控制單元產(chǎn)生讀指針的二進(jìn)制碼和格雷碼，其中二進(jìn)制碼是讀出的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)的地址，格雷碼是用于同步到恢復(fù)時(shí)鐘域同寫(xiě)指針做比較，判斷FIFO是否上溢。儲(chǔ)存器是整個(gè)彈性緩沖的基礎(chǔ)，根據(jù)接收到的寫(xiě)指針存儲(chǔ)出來(lái)自恢復(fù)時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)根據(jù)讀指針輸出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。同步單元的作用是將寫(xiě)指針的格雷碼同步到讀時(shí)鐘域，并與讀指針格雷碼比較，以產(chǎn)生空標(biāo)志。同樣將讀指針的格雷碼同步到寫(xiě)時(shí)鐘域，并與寫(xiě)指針格雷碼比較，以產(chǎn)生滿標(biāo)志。同時(shí)還將同步后的讀、寫(xiě)指針格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制自然碼輸出。閾值監(jiān)測(cè)單元的作用是監(jiān)測(cè)FIFO中有效數(shù)據(jù)的數(shù)量，并根據(jù)其數(shù)量與8的差值決定是否產(chǎn)生SKP添加或刪除請(qǐng)求標(biāo)志。

圖2 顯示的是本發(fā)明提出的一種新的添加SKP字符的工作機(jī)理。在讀時(shí)鐘頻率大于寫(xiě)時(shí)鐘頻率情況下，從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)速度要比寫(xiě)入的速度快，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，彈性緩沖器中的有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)小于添加閾值，此時(shí)閾值檢測(cè)單元會(huì)發(fā)送SKP添加請(qǐng)求。在SKP添加請(qǐng)求命令有效的情況下，待到輸出檢測(cè)控制單元檢測(cè)到輸出數(shù)據(jù)為SKP時(shí)，SKP添加指令有效。有效的SKP添加指令會(huì)使得讀指針控制單元發(fā)送暫停讀指針指令暫停讀指針，同樣會(huì)觸發(fā)輸出檢測(cè)控制單元將輸出數(shù)據(jù)變?yōu)镾KP，完成SKP的添加功能。在利用讀指針暫停來(lái)實(shí)現(xiàn)SKP添加的過(guò)程中，同樣會(huì)向存儲(chǔ)單元中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，增加存儲(chǔ)單元中有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，使得彈性緩沖器維持在半滿狀態(tài)。

圖3 顯示的SKP刪除的工作機(jī)理。在讀時(shí)鐘頻率小于寫(xiě)時(shí)鐘頻率情況下，彈性緩沖器中的有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)大于刪除閾值，此時(shí)閾值檢測(cè)單元會(huì)發(fā)送SKP刪除請(qǐng)求。在SKP添加請(qǐng)求信號(hào)有效的情況下，待到輸入檢測(cè)單元檢測(cè)到輸入數(shù)據(jù)為SKP時(shí)，SKP刪除指令有效。此時(shí)寫(xiě)指針控制單元發(fā)送暫停寫(xiě)指針指令使得寫(xiě)指針暫停，故在下一個(gè)時(shí)鐘到來(lái)后，后一個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋當(dāng)前要?jiǎng)h除的SKP，完成SKP刪除功能。寫(xiě)指針暫停過(guò)程中，在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)會(huì)被讀出，減小存儲(chǔ)單元中有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，使得彈性緩沖器維持在半滿狀態(tài)。

圖4繪示出本發(fā)明一實(shí)施例的彈性緩沖器設(shè)計(jì)流程圖。在實(shí)施例中，當(dāng)使能信號(hào)RxValid有效且復(fù)位信號(hào)rst無(wú)效時(shí)，若讀寫(xiě)時(shí)鐘同步，F(xiàn)IFO中的效數(shù)據(jù)將維持在8個(gè)，當(dāng)寫(xiě)指針wrptr為4’b1111，則下個(gè)寫(xiě)時(shí)鐘周期上升沿到來(lái)，wrptr將置零，否則每經(jīng)過(guò)一個(gè)寫(xiě)時(shí)鐘周期寫(xiě)指針加1;若讀時(shí)鐘慢于寫(xiě)時(shí)鐘，當(dāng)彈性緩沖中有效數(shù)據(jù)數(shù)量大于刪除閾值，閾值監(jiān)測(cè)單元?jiǎng)t發(fā)起SKP刪除請(qǐng)求，待輸入檢測(cè)單元檢測(cè)到輸入數(shù)據(jù)為SKP字符時(shí)，寫(xiě)指針將暫停，通過(guò)下一個(gè)數(shù)據(jù)的覆蓋當(dāng)前數(shù)據(jù)以屏蔽SKP，達(dá)到刪除SKP的目的。在本實(shí)施例中，當(dāng)FIFO中有效數(shù)據(jù)達(dá)到8時(shí)，讀使能信號(hào)start有效，讀操作開(kāi)始。若讀寫(xiě)時(shí)鐘同步，F(xiàn)IFO中的效數(shù)據(jù)將維持在8個(gè)，當(dāng)讀指針rdptr為4’b1111，則下個(gè)讀時(shí)鐘周期上升沿到來(lái)，rdptr將置零，否則每經(jīng)過(guò)一個(gè)讀時(shí)鐘周期讀指針加1；若寫(xiě)時(shí)鐘慢于讀時(shí)鐘，當(dāng)彈性緩沖中有效數(shù)據(jù)數(shù)量小于添加閾值，閾值監(jiān)測(cè)單元?jiǎng)t發(fā)起SKP添加請(qǐng)求，待輸入檢測(cè)及控制單元檢測(cè)到輸出數(shù)據(jù)位SKP字符時(shí)，讀指針將暫停以添加SKP，通過(guò)控制輸出控制單元改變輸出為SKP達(dá)到添加SKP的目的。

圖5到圖 8顯示的是本實(shí)施例的不同情況下的仿真結(jié)果，圖5是在讀時(shí)鐘快于寫(xiě)時(shí)鐘的情況，彈性緩沖器完成SKP添加過(guò)程的仿真功能圖，從圖中可以看出，當(dāng)實(shí)施例中添加SKP信號(hào)insert有效時(shí)，新的SKP字符會(huì)被添加到讀出的SKP字符之后。圖6是在寫(xiě)時(shí)鐘快于讀時(shí)鐘情況下，彈性緩沖器完成SKP刪除過(guò)程的功能仿真圖，從圖中可以看出，當(dāng)實(shí)施例中刪除SKP信號(hào)remove有效后，輸入的SKP字符會(huì)被下一個(gè)輸入的數(shù)據(jù)所覆蓋，從實(shí)施例的仿真圖中可以看出，輸入SKP字符3’h0f9和3’h306會(huì)被后面的字符3’h0fa和3’h0fb所覆蓋，完成SKP的刪除。圖7給出的是彈性緩沖器下溢的仿真圖，當(dāng)FIFO被讀空時(shí)，同步單元會(huì)產(chǎn)生空標(biāo)志，empty高電平有效，此時(shí)讀時(shí)鐘控制單元會(huì)暫停讀指針同時(shí)輸出檢測(cè)控制單元會(huì)在輸出端添加EDB字符3’h0f3。圖8是彈性緩沖器的上溢仿真圖，當(dāng)FIFO中寫(xiě)滿時(shí)，同步單元會(huì)產(chǎn)生滿標(biāo)志，full高電平有效，此時(shí)寫(xiě)控制單元會(huì)暫停寫(xiě)指針，刪除一個(gè)有效數(shù)據(jù)，從仿真圖中可以看出3’h24f被丟棄。