專利名稱：具有實時動態(tài)帶寬分配的全流水線固定等待時間的通信系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
1．本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及連結計算裝置的總線系統(tǒng)。
2．技術背景隨著電子計算和通信系統(tǒng)在特性和復雜度方面的不斷地增長，以及物理尺寸和單位功能價格的減小，越來越多的約束落在系統(tǒng)設計者的肩上，對這類系統(tǒng)的需求集中在高銷量、價格敏感的市場，如象消費電子市場，急速進入市場的時間(time-to-market)是商業(yè)的需要。在較短的時間以較低的價格推出更復雜的系統(tǒng)，其唯一可行的方法是做到有效地使用先進的集成電路技術，把功能性的東西做進軟件中，以及遷移子系統(tǒng)部件從一個設計到相繼的設計中。
在相繼的設計中重用(re-use)子系統(tǒng)部件已經變得相當普遍，它除了節(jié)省時間以外還能得到很多其它好處。首先，當分析一新系統(tǒng)設計的要求和性能時，可能為考驗過的子系統(tǒng)編號的模塊能提供精確的結果；如新的未考驗過的子系統(tǒng)的模塊看來既沒有考驗過的子系統(tǒng)的精確，制作也不能即時，影響設計。第二，考驗過的子系統(tǒng)能當成構件塊使用，這就簡化了整個設計過程，借此使系統(tǒng)設計者專注于更高層次的抽象，同時提供最終系統(tǒng)實現中更好的可預測性。第三，硬件子系統(tǒng)的重用省去了控制這些子系統(tǒng)的軟件投資，并且一旦這些硬件構件塊被選定，允許立即著手系統(tǒng)軟件實現。最后，子系統(tǒng)的重用避免了校驗和測試方面的投入。由于期望的系統(tǒng)是高度集成的，所要的子系統(tǒng)最后深深地嵌入在集成電路中，在深嵌入的設計中，校驗設計的功能性變得非常復雜，并且測試各自系統(tǒng)以保證它被正確地構建會導致高昂代價的延緩或費用巨大的返工。因此，支持完整子系統(tǒng)的校驗和測試看來是從設計的重用中得到的一項最大受益。
設計的重用的傳統(tǒng)方法有許多長處和弱點。這些方法的基本方面是不同的子系統(tǒng)通信接口是各不相同，一種辦法是在一子系統(tǒng)和與之必需通信的每個對等方之間定義用戶化的點對點接口。這種接口方式在數據流從第一子系統(tǒng)進到正在設計的子系統(tǒng)的應用場合是尤其流行，后者處理此數據并輸出數據到第二子系統(tǒng)。用戶化的方法提供的協(xié)議簡單，性能有保證，并且與無關的子系統(tǒng)隔離。然而，用戶化的接口其本性是不靈活。如果一新的應用需要現存的子系統(tǒng)連接到，不與其共享接口的系統(tǒng)上，則需要再進行設計。如果應用要求子系統(tǒng)與不同的子系統(tǒng)通信，子系統(tǒng)或接口的多個復制品可能需要，導致系統(tǒng)低效。另外，如果更新的算法要在子系統(tǒng)中實現，此新算法要被楔入老的用戶化接口，以允許與現存的對等方子系統(tǒng)通信。
第二種辦法是定義使用標準化接口的系統(tǒng)。通常見到標準化接口與各種形式的共享內連配對以形成通信子系統(tǒng)。許多標準化接口是基于預先建立的計算機總線協(xié)議。這種辦法的一大明顯優(yōu)點是通信模式的靈活性在系統(tǒng)中具有每個中介與每個其它中介通信的能力。計算機總線在系統(tǒng)設計中提供靈活性，因為只要總線具有足夠的性能，根據系統(tǒng)要求許多中介能連接在一起。最后一個優(yōu)點是自然地映射地址/數據傳送(這是處理器-存儲器的基本通信)，系統(tǒng)中，用軟件來實現的復雜算法。要與硬件子系統(tǒng)通信伴隨共享內連，產生要求在各種始發(fā)器裝置和目標子系統(tǒng)之中分配通信資源，在計算機總線的情況下，資源的分配一般稱作仲裁。
標準化的總線接口主要缺點是傳輸延遲(通常叫做等待時間)的不確定性，這是由于仲裁而造成的。等待時間的不確定，對必需滿足實時約束的子系統(tǒng)造成麻煩，因為數據未能符合最后期限而即時到達，會產生不合適的系統(tǒng)行為。第二個缺點是缺乏總的可用傳輸時機(一般稱作帶寬)，這是計算機系統(tǒng)繼承物造成的。歷史上，以及現在，總線一般設計成支持連接到它上面的處理器的峰值傳輸率，而且未被處理器要求的傳輸時機能被其它中介可用。因而具有組合帶寬超過峰值處理器帶寬的系統(tǒng)必需借助多級總線方案或總線混合以及專用連接，以便分離帶寬。最后一缺點是無能力有效支持那種不易映射成地址/數據傳輸的通信(例如兩中介之間的握手信號)，或者是原來不屬始發(fā)器的中間引發(fā)的通信(例如由目標子系統(tǒng)驅動的中斷信號，用以通知始發(fā)器裝置數據可用)。
總之，現存的通信方法不滿足有效地設計重用的要求，所需要的是一種新的結構，它允許在跨越寬性能特性范圍的系統(tǒng)中最大量的子系統(tǒng)重用。如果一計算機總線能被擴展以去除它的性能和通信式樣的限制，它可很好用作許多高集成系統(tǒng)的基礎。
還有，子系統(tǒng)的通信要求差異巨大，某些子系統(tǒng)如像鍵盤，紅外遙控器以及LED顯示這些輸入/輸出裝置，具有極低的帶寬要求，并能容忍大范圍的等待時間變化。另一些子系統(tǒng)如RISC CPU或數字信號處理器，需要到存儲器的高可用帶寬和低等待時間，但以降低程序的執(zhí)行為代價能容忍帶寬極限和可變化的等待時間。還有另外的子系統(tǒng)如T1電訊鏈路或SVGA顯示，具有中等的高帶寬要求，但不能容忍帶寬及等待時間的不確定。這類實時子系統(tǒng)需要有保證的帶寬和等待時間，并且不存在任何提供額外性能的好處。
因此，需要一種讓不同性能、寬范圍的子系統(tǒng)能共同操作的通信機構，并且通過提供標準化的接口，大大地改善子系統(tǒng)的重用。然而，這里還沒有處理通信機構的操作頻率必需變動以支持設計中的系統(tǒng)要求的帶寬問題。如果標準化的接口在通信接口上，改變通信接口的頻率要求改變子系統(tǒng)的操作頻率。增加子系統(tǒng)的頻率超過其要求會浪費電能，能導致算法上的問題(某些子系統(tǒng)需要在固定的頻率下操作)，當新頻率高于以前設計的子系統(tǒng)所能工作的頻率時能防止全部地設計重用。所需的方法是解除通信接口的頻率與各種客戶機子系統(tǒng)的操作頻率的連系，以便各自能基于自己的要求而工作。
發(fā)明概述本發(fā)明通過提供高度可預測的通信能力使非常復雜的系統(tǒng)設計合理化，它允許更高的設計重用度，更簡單的性能分析，靈活的通信能力，以及更短的設計時間。
在這實施例中，單片計算機總線系統(tǒng)包含至少一個始發(fā)器裝置和至少一目標子系統(tǒng)。這些總線周期被劃分為重復幀。至少一始發(fā)器裝置被預先分配某些請求幀以傳送請求，和在請求幀之后的預定數目時鐘周期傳送一確定的回答幀。當一請求要被發(fā)出時，始發(fā)器裝置在預先分配的幀期間發(fā)出請求。請求中包含標識目標子系統(tǒng)的地址和指示目標應采取的動作的命令。每個連到總線的目標子系統(tǒng)監(jiān)視這些發(fā)出的請求包，并對那些包含的地址對應該目標子系統(tǒng)地址的請求包做出響應。目標通過執(zhí)行在包中所指明的命令做出響應，并在請求包發(fā)出之后預定數目的時鐘周期傳送響應包。
這個最好是在具有大的變化約束的子系統(tǒng)之間統(tǒng)一通信的系統(tǒng)中實現，例如在這實施例中，周期被預先分配給具有高帶寬和低等待時間要求的始發(fā)器。其余的始發(fā)器，例如基于傳閱(round-robin)方式仲裁得到可用的幀。
附圖的簡要說明根據下面的詳細說明，本發(fā)明的目標，特點和優(yōu)點會被顯現，其中

圖1說明按本發(fā)明教導操作的單片通信系統(tǒng)的實施例。
圖2a說明始發(fā)器接口模件實施例的簡化方塊圖。
圖2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h描述進出圖2a中接口模件的一些信號。
圖3a是為訪問總線設置仲裁處理過程實施例的簡化流程圖。
圖3b描述發(fā)出請求和回答這些請求過程的實施例。
圖4a和4b說明第二級仲裁的仲裁狀態(tài)實施例。
圖5是按本發(fā)明教導，顯示總線事務的時間關系圖。
圖6說明按照本發(fā)明教導的重試處理。
詳細說明本發(fā)明在單片半導體器件上提供革新的通信協(xié)議和總線結構，以支持具有各種時序約束的不同子系統(tǒng)。特別是，如將在下面所說的，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供一有效的機構，為兩個或多個子系統(tǒng)之間給出高帶寬和低等待時間的通信路徑；還提供一有效的機構，為需要實時特性的任何子系統(tǒng)給出最小有保證的帶寬，另外，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還提供一有效的機構以解除子系統(tǒng)的要求與系統(tǒng)級要求的聯結，這就使得聯結的子系統(tǒng)在系統(tǒng)等待時間和帶寬要求大范圍變化的系統(tǒng)中被重用而不需要修改子系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供一種有效的機構以實現地址/數據式樣的存儲器映射通信，專門的點對點通信，以及一點對多點廣播方式的通信。建議的通信方法管理不同的子系統(tǒng)之間的通信，這些子系統(tǒng)是更大系統(tǒng)的一部分，并且它們通過共享的通信總線相互進行通信。系統(tǒng)能夠由一個或多個集成電路或芯片組成，以及一子系統(tǒng)可能是在包含許多邏輯塊的集成電路上的一個邏輯塊，或者是完成單一邏輯功能的一集成電路。
圖1顯示了按照本發(fā)明教導操作的系統(tǒng)實施例。系統(tǒng)聯到三個目標子系統(tǒng)10,15和20以及二個通過通信總線35相互通信的始發(fā)器子系統(tǒng)。目標子系統(tǒng)10,15,20在此被規(guī)定為只能接收并響應請求的子系統(tǒng)。通常的目標子系統(tǒng)是存儲器子系統(tǒng)和輸入/輸出(I/O)裝置。始發(fā)器子系統(tǒng)25,30是能接收和響應請求的子系統(tǒng)，同時還能發(fā)出請求。通常的始發(fā)器子系統(tǒng)是中央處理單元(CPU)芯，數字信號處理器(DSP)芯，直接存儲器存取(DMA)引擎，協(xié)處理器等。在這實施例中，接口單元40,45,50,55,60被聯在每個子系統(tǒng)10,15,20,25,30和總線35之間。這些接口模件40,45,50,55,60包含按照總線協(xié)議發(fā)生和/或回答包的邏輯。另外，如在下面要說明的，為了有效的數據傳輸，最好接口同步子系統(tǒng)和總線時鐘，最后，在本發(fā)明中不需要專門的控制器單元以管理通信總線上的事務，這是因為這里最好功能分布在接口單元40,45,50,55,60之間。還有，接口單元可被并入到子系統(tǒng)的邏輯中，或當作聯接到總線上的單獨塊而實施。
在這實施例中，圖1中的通信總線35包含下面的一些線命令/地址線65，認定(assert)線70，時鐘線75，數據/響應線80和標志線85。系統(tǒng)還包含令牌環(huán)線，例如為實現下面將會說明的第二級仲裁的線90,95。
地址/命令線65用于傳送標識目標子系統(tǒng)的地址。最好，地址線還標識該目標中的資源?？扇〉氖?，在特定目標子系統(tǒng)的地址和子系統(tǒng)中的資源之間的線的具體分配能被改變，而且每個目標各不相同。另外，最好這種分配是可編程的。
認定線70最好是一由始發(fā)器子系統(tǒng)使用的單線，以指示將要使用預先分配給它的包用來傳送請求。如認定線未被激活，則持有令牌的始發(fā)器將獲得對這種包的訪問。時鐘線75載有時鐘，根據它這些子系統(tǒng)跨在總線上同步操作。地址/響應線80用于傳送數據和傳達被尋址的目標對請求的響應。標志線85是可用于特定通信的通用目的線，從而進一步增加了總線系統(tǒng)的靈活性和魯棒性。這特別有利于支持那些不容易映射到地址/數據傳輸中的通信，例如，如像接著將要說明的，這些通用目的線能用來支持兩個子系統(tǒng)之間的握手信號或由不是始發(fā)器的子系統(tǒng)引發(fā)的通信，如由目標子系統(tǒng)驅動的中斷信號，以通知始發(fā)器子系統(tǒng)數據可用。
圖2a和2b說明聯到始發(fā)器接口模件的實施例的簡化方塊圖。模件包含有執(zhí)行這里所描述的功能所必需的邏輯及存儲器，包括發(fā)出請求(例如邏輯250)，與客戶機的連接(時鐘/同步器245)，維護配置(配置寄存器240)以及按照接收到的命令更新配置(例如邏輯250)。為了接收命令以更新模件的操作配置，始發(fā)器也能當做目標工作，因而包含有地址/解碼邏輯242。為了討論的方便，描述的始發(fā)器是具有嵌入的目標而其主要功能為始發(fā)器，因此它維持這里所說的目標的功能。然而，子系統(tǒng)可能不同時間按目標工作或按始發(fā)器工作，維持其靈活性是要進一步思考的。圖2b的表中匯總了一些信號。具體說來，“cycle(周期)”指示總線時鐘(sbclock)狀態(tài)該信號被激活。因為總線是流水線方式，多個事務能同時處于進行中，然而，因為最好全部事務都具有相同的等待時間。每個事務精確地遵循相同的樣板。周期S0這里稱作仲裁周期，周期S1這里稱作命令/地址周期。周期SM為S1后面出現的預定數目的幾個周期，是地址/響應周期。周期SN是出錯周期。
參考圖2a，時鐘信號線sbclock 205接受總線的時鐘。如果客戶機同總線同步工作或按某一得到的頻率工作，時鐘電路242實現驅動到客戶機的聯接所需的任何時鐘劃分。信號sbTokenIn(傳閱令牌允許入)和SbTokenOut(傳閱令牌允許出)207,209用于在一令牌環(huán)中完成的第二級仲裁，分別指示令牌入和令牌出。SbAssent 211由預先分配包的所有者認定以說明使用該包的意圖。信號sbCmd 213如在圖2c所示，標識事務的類型。信號sbAddr 215運載目標的地址。除了idle和broadcast命令外，所有的命令都使用此地址機構。sbWidth 217信號指出數據寬度，sbData 219運載數據，sbResp 221運載像圖2d所描述的那些響應信息。sbFlagNum 223如后面將要說明的，標識信號接收器到監(jiān)示器的特殊標志sbFlag225。信號sbFlag 225是可配置的標志線，它們可被用于取決于執(zhí)行過程的多種方式。
與目標客戶機連接的接口模件還包含與目標客戶機連接的目標子系統(tǒng)信號線230，該信號在圖2e中被討論，這包括示于圖2f中的事務類型、范例類型。另外，與始發(fā)器客戶機連接的接口模件還包括如圖2g所示的始發(fā)器子系統(tǒng)信號線235，包含有如在圖2h中所示的那些始發(fā)器客戶機事務類型。
通信由下列的組合來完成組幀操作(framed operation)，時分多址聯結，同步操作，流水線操作，恒定等待時間操作，以及事務分裂(split-transactions)。在時分多址(TDMA)系統(tǒng)中，總線周期被分成幀。預先決定的源和目的裝置之間的裝置傳輸是預先分配的幀。同步系統(tǒng)是其中裝置基于同樣的時鐘執(zhí)行傳輸的系統(tǒng)。在本實施例中，流水線總線是一種其中與事務有關的地址和命令字段在數據和響應被傳送之前的一時鐘周期在總線上傳輸，允許后面事務的地址/命令部分與第一事務的地址/響應重疊。在全流水線的總線中，新的事務能在時鐘的每個周期被啟動。因此，附加的事務可在前一事務完成之前被啟動。另外，在本發(fā)明中已確定通過固定事務的開始及事務完成之間的等待時間能得到某些性能上的好處。所以，在全流水線、固定等待時間、分裂的事務總線中，命令和相關的數據傳輸之間的等待時間是已知的有保證的值，此特性對于與處理器或數字信號處理核通信的總線尤其重要，它們自身工作在固定等待時間的全流水方式下。
TDMA是現有技術的通信系統(tǒng)，幀通常針對預先確定的點對點通信，例如點對點的語音通信被分配。點對點通信的任何變化發(fā)生得很慢，并且通常是由于點對點通信鏈兩端的變化引起的。本發(fā)明通過僅分配啟動傳輸/操作命令的權利，克服了這些不足。允許始發(fā)器子系統(tǒng)在實時的基礎上易于與許多目標子系統(tǒng)通信。始發(fā)器子系統(tǒng)發(fā)出包含標識目標子系統(tǒng)地址的地址信息的請求，從而，在幀期間始發(fā)器能根據使用的命令和地址，與一個或多個目標子系統(tǒng)通信。
本發(fā)明的通信系統(tǒng)提供很高的性能，并且子系統(tǒng)之間通過共享內連提供低等待時間的通信通道。為了支持所要求的系統(tǒng)帶寬，可能要求通信總線必須工作在比各個子系統(tǒng)更高的工作頻率上?？偩€頻率與子系統(tǒng)頻率之間的差異為子系統(tǒng)的設計提出了重大的挑戰(zhàn)，它取決于每個子系統(tǒng)要求的通信模式。特別是，單個子系統(tǒng)在進出子系統(tǒng)的長期連續(xù)通信量上，似乎跟不上快速通信總線，問題是子系統(tǒng)不應當去處理比它自己要求的峰值帶寬更為迅速的數據。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還試圖最少地利用突發(fā)式傳輸。突發(fā)式是在連續(xù)的總線周期發(fā)生的系列數據傳輸，通常包含有內含的地址增量。傳統(tǒng)的計算機總線強調這種突發(fā)性傳輸，通過降低因總線仲裁及地址變換造成的時間低效而改善性能的方法。在以比發(fā)送和接收子系統(tǒng)更高頻率工作的通信總線上強調突發(fā)式傳輸牽涉的系統(tǒng)代價是位于發(fā)送器和接收器上的存儲單元昂貴。發(fā)送器要緩存到足夠長度的數據后才能啟動它的傳輸，而接收器必需提供轉換數據給緩沖存儲器。還有，在傳送第一個數據之前，等待發(fā)送器生成的最后數據的特有處理把等待時間加到總的傳輸上。
由此可以看出更好的解決辦法是讓數據按發(fā)送器或接收器自然操作速率來傳送。所以，各個傳輸的時間交錯集(time-interleaved set)將替代一系列連續(xù)的突發(fā)傳輸。此方法減少了存儲器以及提高了傳送的雙方的效率。另外，合適地配置的時間交錯方案能給出要求多媒體的傳統(tǒng)的計算流量與以苛刻的實時界限為特點的通信流量的無縫集成。提供全部這些特性需要增強通信總線的基本仲裁方法。
在本發(fā)明的一系統(tǒng)實施例中使用了兩級仲裁。這里參考圖3a和3b進行一般的說明。參看圖3a，帶寬的分配被執(zhí)行，該分配可在系統(tǒng)初始化時執(zhí)行。另外，如這里所說，在操作期間使用可用的寫總線事務處理，依靠更新配置寄存器，可動態(tài)執(zhí)行再分配。為確立帶寬分配，在步302，包被預先分配到不同的始發(fā)器子系統(tǒng)，根據連接到總線系統(tǒng)上的始發(fā)器子系統(tǒng)和這些始發(fā)器子系統(tǒng)的需要，不同數目的包可被分配給不同的始發(fā)器子系統(tǒng)。例如，一始發(fā)器子系統(tǒng)可能有高的帶寬要求，于是被預先分配大百分比的可用包，另外的始發(fā)器子系統(tǒng)可被分配小百分比的可用包，而還有其它的始發(fā)器子系統(tǒng)可能不被分配任何包，另外，可以決定不預先分配某些包，以便總有包可用于傳閱式仲裁。
在步304，令牌環(huán)網絡被確立以完成第二級仲裁，例如傳閱仲裁。通常令牌環(huán)的成員是未預分配包的那些始發(fā)器子系統(tǒng)，然而，已被預先分配有包的始發(fā)器子系統(tǒng)也可能是令牌環(huán)網絡的成員。
一旦兩級仲裁被建立，總線系統(tǒng)即能開始運行。現參照圖3b，在步306，判斷是否該預先分配了特定的即將到來包的始發(fā)器將要使用這個包。例如，這可通過監(jiān)示特定的總線導線來確定，如象本實施例中的確認線。如果得到確認，預先分配有包的始發(fā)器有機會執(zhí)行事務(步308)，并且發(fā)出請求(步310)。如果始發(fā)器不要求訪問，則此包對于由全令牌環(huán)網絡執(zhí)行的第二級仲裁是可用的。最可取的是，如圖3b所示，第二級仲裁(步312,314)與第一級仲裁(也就是步306,308)同時執(zhí)行，這樣以致該帶有令牌的始發(fā)器在預先分配過的始發(fā)器拒絕訪問后立即發(fā)出請求。然而，也可考慮仲裁處理以順序方式實現。
再參看圖3b，在步312，如果令牌的當前持有者要求該包，帶有令牌的始發(fā)器維護該令牌，如果預先分配過的始發(fā)器拒絕訪問，則在步314被允許訪問。不然，令牌被傳到環(huán)中下一始發(fā)器子系統(tǒng)以準許下面的始發(fā)器獲得訪問權。此過程繼續(xù)進行直到令牌落在要求訪問的始發(fā)器為止。在本實施例中，如果令牌的接受者又回到該令牌的最初持有者，從而表明令牌已經環(huán)繞傳遍整個環(huán)而沒有要求訪問的始發(fā)器子系統(tǒng)最初持有者將維護此令牌。如在步314被準許訪問，將發(fā)出一空請求使仲裁結束。
由始發(fā)器子系統(tǒng)發(fā)出的請求包含想要的目標的地址。最好是請求中還包含該目標中一特定資源的地址。目標子系統(tǒng)監(jiān)視發(fā)出的每個請求，以判斷地址是否對應于目標的地址(步322)，如果確定是對應(如匹配)，預定數目的時鐘周期以后，目標子系統(tǒng)響應此請求(步324)。例如，如請求為一寫操作，目標子系統(tǒng)接收數據，并在請求發(fā)出以后，發(fā)出預定的時鐘周期數的完成響應。如請求為一讀操作，目標子系統(tǒng)在請求發(fā)出以后的預定數目的時鐘周期提供讀出的數據。在這實施例中，發(fā)出的地址與目標地址之間的1對1匹配被考慮。然而，對應不同等級，好象結合屏蔽執(zhí)行比較，以匹配一或多個裝置也被考慮。
如上所述，當一包總線周期被分配給一子系統(tǒng)，此子系統(tǒng)在相應于此總線周期的槽期間有權發(fā)出請求。這就允許對不同的子系統(tǒng)進行帶寬預分配。因為總線周期是提前預分配給不同的子系統(tǒng)的，TDMA的優(yōu)點被保證并可預測帶寬，這個特點對于支持具有固定實時帶寬要求的客戶機是有些苛刻，時分多址和固定等待時間的流水線事務這兩種概念的組合，提供很高性能的通信協(xié)議，能夠保證等待時間和帶寬兩方面。
如上面的簡單描述，第一級仲裁按下面的方式實現。在這實施例中，全部可用的總線周期數被分成重復幀。為了討論起見，幀是分成一些包，它對應于一些周期。例如，一256周期的幀被分成128個2周期的包。因此，一幀可以由128個2周期的包組成，并且按這種設計，幀應當每256個總線周期重復。第一級仲裁方案圍繞這些包對不同的子系統(tǒng)分配而循環(huán)往復。因為只有始發(fā)器子系統(tǒng)能發(fā)出命令，包應當只分配給始發(fā)器子系統(tǒng)。
在本發(fā)明的實施例中，每個始發(fā)器子系統(tǒng)包含一同步計數器，它按時鐘節(jié)拍與全部其它計數器一同運行，此計數器的輸出用于標志一可編程邏輯電路，該電路的輸出確定與當前計數器輸出值有關的包是否被分配給這個具體的接口模件。通過在每個始發(fā)器接口模件中提供計數器并且按時鐘節(jié)拍維持計數器，系統(tǒng)實現一全分布式TDMA時間輪，最好只要沒有二個始發(fā)器接口模件被分配同樣的包。在接口模件中的可編程邏輯電路，在系統(tǒng)初始化時用有關分配的信息被預先編程，并且/或者在系統(tǒng)運行期間，通過在通信總線上對不同的始發(fā)器子系統(tǒng)發(fā)出的命令而被重編程，這就準許在系統(tǒng)中動態(tài)重新分配帶寬。
包的分配最好發(fā)生在包出現之前的總線周期期間，例如，就在緊接包出現之前的總線周期，雖然各種各樣的方法可被利用，最通用的可編程邏輯電路的方法是如以小的隨機訪問的存儲器(RAM)構成的查找表。這種RAM的深度等于幀中包的數目。所以，TDMA時間輪簡單地以幀計數器對RAM的檢索來實現。最好是，RAM中存儲的表為用戶能看見，并且通過軟件、使用如同一般數據傳送相同的讀/寫命令，在通信總線上可進行讀和寫訪問。這就使得系統(tǒng)的帶寬分配能以類似總線上正常讀/寫事務的事務速度被改變，并且改變分配為根據需要的不均勻分布帶寬，以支持某些應用。
在某些情況下，子系統(tǒng)可能不使用一個或多個預先分配的周期，這點可能發(fā)生。因為盡管某些系統(tǒng)流量是可預測的，然而可預測流量可能不是一直不變的。例如，傳送到顯示器的幀緩存流量是完全可預測的，但當顯示器進行水平和垂直回掃操作時，此信息流被中斷。另外，某些始發(fā)器子系統(tǒng)可能有極低性能的請求，而預分配任何帶寬對這樣一個子系統(tǒng)可導致許多無用的周期，因此，希望用第二級仲裁來增強時分多址協(xié)議。
在第二級仲裁中，未預分配的包或已被預分配但未使用的包，在一公平的傳閱方案中利用令牌傳遞機構，由總線上其它始發(fā)器子系統(tǒng)爭奪。如果系統(tǒng)中任何子系統(tǒng)能使用總線，此第二級仲裁確保沒有未用的包留下。第二級仲裁機構保留了前面所述通信方法的全部優(yōu)點，但增加了可用的系統(tǒng)帶寬的總的使用效率。
在本發(fā)明的實施例中，第二級仲裁利用令牌傳遞機構，以公平的傳閱方案來實現。全部參與第二級仲裁的始發(fā)器被聯到環(huán)中以傳遞令牌。通常，能容忍不可預測的等待時間的那些始發(fā)器參與第二級仲裁。另外，可考慮參與第一級仲裁的那些子系統(tǒng)也參與第二級仲裁。在初始化時令牌被分配給一個始發(fā)器。令牌表示有附加條件的權力，以在與當前包關聯的總線周期期間發(fā)出總線命令。此權力是有條件的，因為它與預分配包的所有者未表明使用此包的權力或包未被分配有關。當包在上面所說的第一級仲裁后仍是未被分配狀態(tài)，該包被仲裁用于第二級仲裁。因此，TDMA方案實際上分配一第一優(yōu)先舍取權，預分配的所有者必需表明其權力以使用它的包，否則包對以令牌結束的始發(fā)器成為可用。
在每個仲裁周期(也就是每個包)，令牌可以保留在前面周期持有該令牌的始發(fā)器處，或可環(huán)繞著環(huán)傳遞給下面要求令牌的始發(fā)器，不像現存的令牌環(huán)系統(tǒng)，在本發(fā)明的這實施例中，令牌可整個地環(huán)繞著環(huán)傳遞返回到開始傳遞它的始發(fā)器。令牌的行動取決于系統(tǒng)狀況以及陳述在系統(tǒng)規(guī)則中的公平的約束。例如，對于一個始發(fā)器使用令牌多于一個包是不公平的，因為其它的始發(fā)器子系統(tǒng)可能正在等待；一個始發(fā)器子系統(tǒng)在有了機會使用令牌之前被強迫以放棄令牌，這同樣是不公平的。所以，在這實施例中，令牌傳遞規(guī)則被建立，這樣一來，請求并接受令牌的始發(fā)器子系統(tǒng)，可以保持令牌直到取得機會，通過通信總線正確啟動等值一個包的命令。此機會能夠出現在令牌到來的仲裁周期，對于大數目的周期，它可能不會出現，這取決于由裝置做出的用法決定，對于這些裝置包被預先分配給這些所有者。最后，一旦具有令牌的始發(fā)器有了機會使用它，此始發(fā)器通過驅動其Token Out信號到邏輯1圍繞著環(huán)起動令牌。如果沒有其它的始發(fā)器請求令牌，令牌將整個地繞著環(huán)傳遞并返回到其發(fā)送者。
為了防止令牌環(huán)繞著環(huán)無限期地循環(huán)，最好起動令牌的始發(fā)器子系統(tǒng)必需暫時地斷開環(huán)。所以，起動令牌的始發(fā)器子系統(tǒng)在任何給定的仲裁周期，通過結束這個仲裁周期能夠再使其結束，需要指出的是，通信總線信號一直要被積極地驅動，以便這些線不會懸浮到不合適的總線操作的不確定的狀態(tài)，增加的功率消耗可能出現，照這樣，以令牌結束的始發(fā)器每當沒有預分配了包的所有者表明其第一優(yōu)先取舍權，就應發(fā)出一總線命令。在此情況下，帶有令牌的始發(fā)器如果沒有用的命令要發(fā)出，應該發(fā)出一無用命令(一無害的讀或寫，或NOP/Idle命令)。
如果擁有令牌的始發(fā)器，在仲裁周期的開始沒有機會使用令牌但有命令要發(fā)出，它可以保留此令牌。如果沒有，此始發(fā)器使一信號線為高電平(例如，Token Out)向其它始發(fā)器子系統(tǒng)表示該令牌對第二級仲裁的競爭是可用的。具有令牌的始發(fā)器子系統(tǒng)(即，最后使用令牌的始發(fā)器子系統(tǒng))傳遞令牌到環(huán)中下一始發(fā)器子系統(tǒng)，而后依次處理，如果子系統(tǒng)能使用此周期，就可占用該令牌。如不能，令牌被回轉傳遞直到令牌被分配。在此情況下，該具體的始發(fā)器子系統(tǒng)持有此令牌，作為下一令牌環(huán)仲裁的開始點。如果沒有始發(fā)器子系統(tǒng)使用此令牌，它回到最初擁有令牌的始發(fā)器。整個包仲裁包括第一級和第二級發(fā)生在同一周期，此第二級仲裁不提供有保證的帶寬，但確實提供有保證的訪問，使用第二級仲裁，如果其它始發(fā)器也等著訪問總線，沒有始發(fā)器系統(tǒng)能命令總線得到多于一個包。
圖4a具體說明了第二級仲裁的一個實施例的狀態(tài)，而圖4b的表給出了狀態(tài)的簡要說明。在該實施例中，圍繞環(huán)路的傳播延遲經2個執(zhí)行過程狀況被減成最小。首先，產生令牌的接口模件如此完美地隨當前狀態(tài)改變。而且，接口模件決定沿該路徑傳送令牌，或不，完全隨當前狀態(tài)改變。這兩個特點使得令牌進入環(huán)路盡可能快，并防止在令牌需要通過多長中間接口模件傳播方面任何引起延遲的不能確定。
輸入給狀態(tài)的是ReqToken,Tokenin,Assert,Reset n,First,輸出是TokenOut,Grant Token及下一個狀態(tài)。ReqToken指示接口正在請求令牌,TokenIn指示對該始發(fā)器令牌是可用的，Assert用來指示預分配過的始發(fā)器將使用它的包，reset_n用來強使系統(tǒng)進入復位狀態(tài)，TokenOut用于在環(huán)路中把令牌傳到下一個始發(fā)器，Grant Token用來告訴始發(fā)器它應該準備發(fā)出一請求，而NextState表示始發(fā)器子系統(tǒng)的具體接口模件的下一個狀態(tài)。
在狀態(tài)NOTOKEN，子系統(tǒng)的接口模件既不要求也沒有令牌。因此，如果令牌到達，Tokenin，它立即經Tokenout通過。狀態(tài)機一旦抽樣了請求令牌的接口模件，就脫離NOTKEN。在狀態(tài)WANTTOKEN，接口模件沒有但要求令牌。因此它打斷環(huán)路，這樣以致于當令牌到達Tokenin時，該模件將抓取它。一旦令牌到達，如果無預分配槽的擁有者驅動Assert，接口模件將使用它(通過通知Grant Token)。如果Assert被激活，那末模件將保留該令牌，直到它得到一機會以使用它，于是狀態(tài)機轉換成HAVETOKEN。
在狀態(tài)HAVETOKEN，模件具有一令牌，并等待一機會去使用它。一旦無模件形成Assert，槽就可用，且這模件將使用它(通過通知GrantToken)。當或者出現這情況或者接口模件停止要求ReqToken(估計可能因為它的請求通過預分配的槽被滿足)，狀態(tài)機轉換成GENTOKEN。由于該模件具有令牌，不必關心TokenIn線(例如，它必須是零)。在狀態(tài)GENTOKEN，模件在仲裁周期的開始將圍繞環(huán)路啟動令牌，當無模件在WANTTOKEN(即主動請求令牌)的情況下，模件必須斷開環(huán)路。如果令牌圍繞環(huán)路的所有路徑回到該模件，接口模件將接收GranToken，并被要求啟動一命令，不管是否裝置要求過令牌。
當狀態(tài)機在復位狀態(tài)(Reset_n被驅動或低電平)時，起始狀態(tài)除了一個標記為First的外所有接口模件被設置成NOTOKEN。First裝置是唯一的，因為一經復位令牌從這里開始，因此確保任何時間，在環(huán)路上正確地存在一個令牌。而且，應該注意在本發(fā)明實施例中，不必關心ReqToken列中的項目(除非在復位期間)，保證正確地有一設備始終啟動一命令。如果沒有預分配槽的所有者驅動Assert線為高電平，在仲裁最后以令牌結束的接口模件必須啟動一命令。
利用上述的分配方法，具有不同要求的各種客戶機能被支持，同樣的系統(tǒng)能被編程以滿足特定的客戶機的需要；因此，根據系統(tǒng)的需要，預分配的客戶機和包的特定部分能被編程。
總線上發(fā)送的命令的最小集是一讀命令和一寫命令。通信方法能自然地被擴展，以支持其它命令，包括為控制聯結到總線上的子系統(tǒng)而專門設計的控制命令。圖5顯示了按本發(fā)明觀點工作在全流水線，固定等待時間總線上的典型事務的時序圖。每個事務由仲裁部分，命令/地址部分及數據/響應部分組成。因為總線是固定等待時間總線，在兩個事務如請求和響應之間存在固定延遲(按時鐘周期數)。在圖5中，仲裁和命令/地址之間的等待時間是一個周期，命令/地址和數據之間的等待時間假定為2個兩周期，而一包(仲裁單元)是一個總線周期。在周期1，始發(fā)器子系統(tǒng)I-D確認它的權利，以使用它的預分配包，所以在周期時間槽2中，I-D在總線上發(fā)送-命令和地址給目標。為了說明起見，該命令被標記為Command 1。所有目標接口模件包含地址譯碼邏輯，以確保是否事務被尋址到他們的客戶機子系統(tǒng)。在時間槽4，尋址的目標接口模件響應請求命令，在讀請求命令時，讀出數據從目標傳給始發(fā)器。在寫請求命令時，被寫的數據在周期4從始發(fā)器送到目標。
根據數據響應線上來自目標，由此目標在周期4驅動的響應信號指示事務是否成功。在本實施例中，有4種可能的響應是“Valid”，“Busy”，“Retry”及“No Response”?！癡alid”響應表示事務成功?！癇usy”響應表示目標模件能響應命令?！癛etry”響應只是允許用于讀命令，它表示目標正企圖滿足命令，但在固定的總線等待期間不能這樣做，之后始發(fā)器必須重試它的請求。在“No Respone”的情況下，表示命令提供的地址，不同任何目標匹配，因此無目標響應。
繼續(xù)參考圖5，第2仲裁周期在時鐘周期2開始，另外的事務處理在周期3發(fā)出。在這種情況下，沒有預分配的始發(fā)器表明其權力以使用總線周期，因此，始發(fā)器子系統(tǒng)I-E在周期2使令牌結束，在周期3發(fā)出一命令和地址。在一個總線周期的等待后，與該發(fā)出的命令有關的數據和響應信號在周期5傳送。
正如前面指出的，接口模件最好可編程，以提供包的動態(tài)再分配。在這實施例中，每個子系統(tǒng)的接口模件包括存貯模件配置數據的配置寄存器集及總線(240，圖2)。
最好，配置寄存器存貯標識預分配給相應子系統(tǒng)的包的數據。配置寄存器在系統(tǒng)的地址空間中具有地址，因此能利用可用的總線事務從中讀出和寫入。最好，有2種配置寄存器集，即緩沖的和非緩沖的配置寄存器。寫到非緩沖的寄存器的數據對接口模件是可見的，并且在對寄存器寫操作以后，對系統(tǒng)的其余部分立即變成可見的。寫到緩沖寄存器的數據被存貯在保持寄存器處，且只是在數據已從保持寄存器傳送到配置寄存器后才變成可見。傳輸通過總線上的一廣播命令來開始。廣播命令是同時對所有接口模件起作用的命令。因此，緩沖的寄存器一般用在新數據能允許系統(tǒng)的其它部分看到之前，希望同時地更新幾個接口模件時。
使用緩沖的寄存器的一個例子是在系統(tǒng)中地址變換的賦值。每個目標接口或模件有本地存貯的屏蔽和匹配數據值，指出那個尋址目標將響應。在總線上的地址同匹配字段相比較，結果被掩碼，如果掩碼的結果所有位是0，這表示接口模件被尋址，屏蔽/匹配數據被存貯在配置寄存器中，且通過普通的總線命令能被寫。系統(tǒng)的正常工作需要目標地址范圍在系統(tǒng)中必須單值地賦給。如果地址改變被執(zhí)行，如地址交換，新的賦值在所有受影響的接口模件中應該同時發(fā)生。否則，在從一地址映射到另一地址期間，可能出現重疊的地址空間。
如上指出，本發(fā)明不限于用于緩沖和非緩沖的配置寄存器。另外，在系統(tǒng)的生命時間期間配置寄存器中有某些數據或無數據需要改變的系統(tǒng)中，所有數據或某些數據能存貯在只讀存貯器(ROM)中。ROM一般需要少量管芯區(qū)(die area)，以防止不希望地寫到配置區(qū)，導致不合適的系統(tǒng)配置。最好，典型的系統(tǒng)包含緩沖的配置寄存器，非緩沖的配置寄存器和ROM相結合的接口模件。在配置寄存器中所包含的信息包括有關預分配給始發(fā)子系統(tǒng)的包，等待時間，及接口模件和為了請求地址匹配目的連接的目標地址裝置之間的通信頻率的數據。
上述的一重要特點是由于寄存器用部分的系統(tǒng)地址空間，事實上配置數據使用可用的正常讀寫命令，在系統(tǒng)實時工作期間被寫入，這樣，允許系統(tǒng)設計者通過簡單的軟件，或存貯在ROM中的預先計算的命令序列，去改變通信系統(tǒng)的許多重要的特點。
本發(fā)明在現有技術上的一個重要的獨特的增強事實上是總線的等待時間在系統(tǒng)的初始化或在系統(tǒng)的運行時間內可編程的。在優(yōu)選實施例中，等待時間通過通信總線是可編程的。因為通信總線的完全流水線性質，這樣的操作需要一廣播命令，以使流水線的層次在所有接口模件中同時地被改變。當低等待時間響應對系統(tǒng)是重要的時(如訪問存貯器)一低等待時間，通過向接口模件的合適的配置寄存器寫入新等待時間，可被編程到通信系統(tǒng)中。另外，當總線上的關鍵性通信是在長等待時間子系統(tǒng)之間時(系統(tǒng)不能很快響應)，系統(tǒng)等待能被設置得更高。事實上，等待時間可以類同于常規(guī)總線事務處理的速度可被編程，這是超過現有技術的重要改進。
利用更新合適的配置寄存器同樣的方法，不能使改變等待時間，而且能改變帶寬分配。事實上，在初始化時或在系統(tǒng)運行期間，帶寬分配可類同于通信總線上一般讀或寫事務處理的速度可被編程，這是超過現有技術的重要改進。
可編程帶寬分配和可編程總線等待時間相結合，提供了顯著的優(yōu)點，最特別的是系統(tǒng)設計者能用始發(fā)器和目標的特別配置優(yōu)化系統(tǒng)的性能。此外，由于帶寬分配和等待時間在工作期間能被更新，優(yōu)化能通過改變條件和配置而被保持。正如下面將要陳述的那樣，通過允許始發(fā)器裝置去編程目標和它的接口模件通信的頻率，額外的靈活性和配置能力被考慮。這對適應始發(fā)器和/或目標客戶機的不同子系統(tǒng)的時序要求是尤其期望的。
最好，總線功能通過增加一組管理帶外通信的系統(tǒng)級控制線(在圖1中稱為標志)進一步的被增強。帶外信號是不遵循面向地址/數據的流水線總線模式的信號。例如包括設備狀態(tài)信號，中斷以及握手信號。在本優(yōu)選實施例中，這些線也用于增強下列方式中的基本讀操作的性能。
例如，在如圖5所描述的系統(tǒng)工作中，如果目標子系統(tǒng)能及時響應讀請求命令，以滿足總線等待時間要求，一“Valid”響應在響應總線上被傳送。在目標子系統(tǒng)不能及時響應，以滿足總線等待時間要求的情況下，“Retry”響應被傳送。并不是要求始發(fā)器估計何時所要的數據是可用的，這樣導致額外的浪費總線周期或者增加等待時間，而是使目標接口模件利用帶外信號中的一個信號(這里亦稱為標志)。一旦目標接口模件已得到數據，目標接口模件利用這些標志，提供返回到始發(fā)器的明確指示。
圖6描述了利用帶外信號線的重試機構，當客戶端不能滿足通信總線的等待時間時，目標接口模件向始發(fā)器發(fā)出響應包，指示“retry”。在相同時間槽中標志線信號的位號在FlagNum線上被傳送(為簡單起見，這是圖1的部分標志線)，這向始發(fā)器子系統(tǒng)表示應該監(jiān)控指示何時去重試的標識標志。
在圖6的例子中，讀請求命令在周期1中被傳送。總線等待時間是兩個周期，所以，通過目標接口在周期3數據應被返回。然而，數據還沒有得到，所以，目標在響應線上返回一重試響應，同時它在FlagNum總線上返回標志線的號碼，在本例中其號碼為7。當目標接口模件從它的客戶端(即所連接的裝置)接收數據時，它在本地存貯器上存貯數據，且驅動指示的標示線為高，向始發(fā)器表示數據現在可用。在圖6中，在周期4以后，在標志7上，目標表示數據可用。這時，始發(fā)器子系統(tǒng)現在能重發(fā)請求命令，這命令在圖3中發(fā)生在周期6。當目標接口模件滿足該請求命令時(在圖3的周期8)它撤消已同該請求命令關聯的標志。
通信系統(tǒng)最好包含分配給不同目標接口的一些標志。標志線能在模件之間共享，或者能供指定的模件專用。在優(yōu)選實施例中，標志的分配被存貯在配置寄存器中，因此，該分配能以類同于常規(guī)的總線事務處理的速度在通信總線上可編程。
標志線能用于各種目的。例如，標志線的不同使用是管理握手信號和中斷信號。這些是表示接口模件或子系統(tǒng)中特定事件的信號。例如這些信號是出錯信號或者是表示忙狀態(tài)(停止發(fā)送請求)或準備好狀態(tài)(子系統(tǒng)準備好以接受請求)的信號，這些信號是固有的帶外信號并且是用標志線傳輸的。為了這些目的，標志線唯一地被分配給目標接口模件和它們的子系統(tǒng)客戶機，用于中斷或握手信號的專門的目的，在本優(yōu)選實施例中，該數據分配被存貯在配置寄存器中，以使它可隨系統(tǒng)要求的改變而動態(tài)變化。同樣的信息在始發(fā)器子系統(tǒng)中被編程，使始發(fā)器知道這些標志線用于監(jiān)控握手和中斷目的。
如上所指出的，總線和子系統(tǒng)之間的接口模件包括實現同客戶機接口的同時實現總線協(xié)議的邏輯。而且，最好接口包含附加邏輯(圖2，245)以從系統(tǒng)總線時鐘得到子系統(tǒng)的客戶機時鐘。通過配置寄存器的接口模件提供能編程的層次，以允許子系統(tǒng)具有非常不同的系統(tǒng)特性和性能要求在許多不同系統(tǒng)中重復使用，系統(tǒng)總線時鐘的頻率由系統(tǒng)要求決定，最明顯的是總線要求的總帶寬應滿足系統(tǒng)需要的性能?？蛻魴C的客戶機時鐘頻率可以同系統(tǒng)總線時鐘無關，而應該同客戶機要求的功能有關。接口模件因此提供了強有力的去耦系統(tǒng)和子系統(tǒng)要求的方法。
在傳統(tǒng)的固定等待時間的總線系統(tǒng)中，要增加可用的帶寬，需要增加總線及所有它的客戶機的工作頻率，因此客戶機需要以較少時間去響應來滿足等待時間的要求。利用本發(fā)明的系統(tǒng)，總線的等待時間(以周期測量)能隨總線頻率的增加而增加，由于總的等待時間(以時間為單位)保持相對固定，有助于允許客戶機以接近一致的頻率工作?？煽紤]去耦的特點被擴充到接口模件和客戶機之間的異步連結。
頻率去耦的要求主要基于能從這方法得益的富于變化的系統(tǒng)。一個例子系統(tǒng)是無線個人通信裝置，這需要隨同低性能的固定性能實時子系統(tǒng)(為實現無線通信)，自計算機得到的子系統(tǒng)，例如微控制器核心，嵌入式存貯器，鍵盤輸入和液晶顯示(LCD)輸出。作為通信裝置的關鍵設計目標是以低功率提供可靠的通信及盡可能多的特性(在微控制器上以軟件實現)，第二個例子系統(tǒng)是頂置盒，用來接收數字衛(wèi)星電視廣播。頂置盒結構需要更高位率的數據通信以及更高的計算性能，以解壓縮視頻和音頻數據，以及必須確保整個系統(tǒng)的性能，以避免漏幀，第三個例子是異步傳送模式(ATM)交換機。這交換機結構有可能需要一個只是為監(jiān)控性能和提供診斷的中央處理單元(CPU)；正常的操作包含通過共享內部連結在同等的子系統(tǒng)之間的包交換。作為在大量的電路交換應用中，性能保證是關鍵，以適合ATM交換的工作。
對各種系統(tǒng)由設計重用提供的機會現在給予描述。為視頻點播(Video-demand)的無線系統(tǒng)可結合來自個人通信裝置的雙通路無線子系統(tǒng)，來自ATM交換的幀引擎ATM包，及來自頂置盒的視頻解壓縮子系統(tǒng)，曾未打算用來互操作的子系統(tǒng)快速地結合成整體，成本-有效益的系統(tǒng)能被得到。
本發(fā)明已結合優(yōu)選實施例予以描述。很明顯許多的替換，修改，改變及使用，按照前面的說明對熟悉本技術領域的人來說將是理所當然的。
權利要求
1．一計算機總線系統(tǒng)，它包括在許多總線周期期間工作的同步總線。所說的許多總線周期劃分為重復幀，每個幀又劃分成若干至少包含一個時鐘周期的包(packet)；連到總線上的至少一個始發(fā)器子系統(tǒng)，此至少一個始發(fā)器配置有預先分配到該至少一個始發(fā)器子系統(tǒng)上的至少一個包。所說始發(fā)器子系統(tǒng)被配置，以便在該至少一個預先分配的包的時鐘周期期間發(fā)出一請求。所說的請求包含標識由目標子系統(tǒng)所執(zhí)行的操作的命令，以及目標子系統(tǒng)的地址；至少一個目標子系統(tǒng)，所說目標子系統(tǒng)被配置以接收請求的地址，并確定是否該地址對應于目標子系統(tǒng)的地址，如果那里請求的地址對應于目標子系統(tǒng)的地址，所說的目標子系統(tǒng)被配置，以在第二時鐘周期響應請求。所述第二時鐘周期是在所說第一時間周期之后出現的預定的一些周期。
2．按照權利要求1確定的計算機總線系統(tǒng)，其中至少一個始發(fā)器包含許多始發(fā)器子系統(tǒng)，并且那里所說許多始發(fā)器子系統(tǒng)中的至少二個具有至少一個上述預先分配給它的包。
3．按照權利要求1確定的計算機總線系統(tǒng)，其中每個預先分配的包分配到不超過一個始發(fā)器。
4．按照權利要求1規(guī)定的計算機總線系統(tǒng)，那里確定哪個始發(fā)器子系統(tǒng)在所說第一周期對總線的訪問出現在上述第一周期之前的周期期間。
5．按照權利要求4確定的計算機總線系統(tǒng)，其中當包被預先分配到一始發(fā)器子系統(tǒng)，但未被所說始發(fā)器的子系統(tǒng)使用時，或當包未被預先分配時，上述始發(fā)器子系統(tǒng)根據一公平的傳閱方案仲裁對包的訪問。
6．按照權利要求1確定的計算機總線系統(tǒng)，那里所說的始發(fā)器子系統(tǒng)和目標子系統(tǒng)包含配置數據的可尋址存儲器。所說的配置數據控制上述預定的周期數和上述預先分配的包，并且那里所說的可尋址存儲器，類似于在始發(fā)器子系統(tǒng)和目標子系統(tǒng)之間傳送數據所用的那樣，能通過請求在總線上被訪問。
7．按照權利要求1確定的計算機總線系統(tǒng)，那里所說的預定周期數，可以類同于總線上正常傳輸速度從實時操作方式用軟件編程實現。
8．按照權利要求1確定的計算機總線系統(tǒng)，那里所說的為上述始發(fā)器子系統(tǒng)預分配的包，可以類同于總線上正常傳輸的速度以實時操作方式，用軟件編程實現。
9．按照權利要求1確定的計算機總線系統(tǒng)，那里的總線包括一組標志線，每根標志線分配給一個子系統(tǒng)，并且上述標志線用于在客戶機之間傳輸控制信息，所說控制信息與客戶和地址空間或時間段的預分配無關。
10．按照權利要求9陳述的計算機系統(tǒng)，其中所說的控制信息與客戶機的地址空間或包的預分配無關。
11．按照權利要求9確定的計算機總線系統(tǒng)，那里的總線還包含一組標志號碼線，指示至少一個傳遞信息的所述標志線的號碼。
12．按照權利要求11陳述的計算機總線系統(tǒng)，其中標志線用于管理那些不能及時被響應以符合限定的等待時間的事務。
13．按照權利要求12陳述的計算機總線系統(tǒng)，其中如果目標子系統(tǒng)不能在所說第二周期應始發(fā)器子系統(tǒng)的要求返回數據時，上述目標子系統(tǒng)在所說第二周期由所說標志號碼線上傳輸的標志線號來配置，當所說目標子系統(tǒng)具有可用的數據，或是能夠確定所述的數據將立即成為可用時，上述目標模件在對應于上述標志號碼線上傳輸號碼的所說標志線之一上，配置確認信號；以及上述始發(fā)器子系統(tǒng)被配置以檢測上述標志線上的傳輸，并重新發(fā)出所說的事務，那里所說的目標子系統(tǒng)被配以響應請求，并在所述標志線上斷開確認信號。
14．按照權利要求1所陳述的計算機總線系統(tǒng)，其中的子系統(tǒng)包含一接口模件和一客戶機模件。設置的客戶機時鐘與總線時鐘同步，客戶機時鐘由總線時鐘產生，且總線時鐘與客戶機時鐘的比率可由軟件編程，因此去除客戶機的時鐘頻率與所說總線時鐘頻率的連結。
15．按照權利要求1所陳述的計算機總線系統(tǒng)，其中的子系統(tǒng)包含一接口模件和一客戶機模件。設置的客戶機時鐘頻率與總線時鐘頻率無關，上述接口模件包含設置客戶機時鐘信號與總線時鐘信號同步的邏輯。
16．按照權利要求15中陳述的總線系統(tǒng)，其中的邏輯包括可編程的等待時間。
17．通過共享的總線，在客戶機之間傳送數據的方法包含下列步驟在第一時鐘周期始發(fā)器發(fā)出一請求，所述的請求包含至少一命令和一目標地址，所說第一周期是預先分配到始發(fā)器的包的一部分。所說的包組成至少一個時鐘周期，許多包組成一重復幀；至少一個目標在所說的第一周期接收上述的請求，并且如果地址對應于所說目標的地址空間，至少一個目標中被尋址的一個目標響應上述的請求；以及所說被尋址的目標在第二周期響應上述請求，所說的第二周期在上述第一周期之后出現預定數目的周期。
18．按照權利要求17確定的傳送數據的方法，還包括當時鐘周期被預先分配到一始發(fā)器但未被使用，或時鐘周期沒有預分配給任何始發(fā)器時執(zhí)行第二級仲裁的步驟，在那里所說的未使用的時鐘周期被分配給另外的始發(fā)器。
19．在至少連結二臺客戶機包含至少一個始發(fā)器和一個目標的總線組成的計算機總線系統(tǒng)中改變系統(tǒng)級參數的方法，所說的方法包含以下步驟在每臺客戶機上定義第一可尋址存儲器；在每臺客戶機上定義第二可尋址存儲器，其中保存供所說客戶機使用的配置數據；一始發(fā)器通過在總線上發(fā)出寫命令尋址到上述客戶機中所說第一存儲器，寫新的配置數據到上述客戶機中的所說第一存儲器；及所說始發(fā)器對全部客戶機發(fā)出單個命令，其結果，配置數據從所說保持存儲器傳送到第二存儲器，其中該新配置數據是供這些客戶機使用的。
20．在一單片計算機總線系統(tǒng)中包含連結至少一臺始發(fā)器客戶機和至少一臺目標客戶機的總線，通過該總線通信的方法包含以下步驟預先分配至少一個包含上述始發(fā)器客戶機，此至少一個包通過劃分總線周期成為重復的幀而確定，每個幀劃分成包含至少一個時鐘周期的包；在第一周期始發(fā)器送出一請求，所說第一周期是預先分配給上述始發(fā)器的時間段的一部分，而所說的請求包含至少一命令字段和一地址字段，所說地址字段識別目標客戶機；目標客戶機接受位于地址字段中的地址，并且如果目標的地址對應位于地址字段中的地址，在所說第一周期期間，上述目標客戶機接受所說請求，并在第二周期響應所說的請求，上述第二周期是在所說第一周期以后的預定的一些周期。
全文摘要
本發(fā)明提供具有全分布控制的片上(on－chip)通信方法,它以兩級仲裁方案將全流水線,固定等待時間及同步總線(35)結合起來。這里的第一級仲裁是按幀的時分多路仲裁方案,第二級是用令牌傳遞機構實現的公平分配傳閱方案,等待時間和帶寬分配都可按系統(tǒng)的實時操作以軟件編程實現。本發(fā)明還提供一通信系統(tǒng),它用通信協(xié)議控制使用共享資源(10,15,20),子系統(tǒng)存入和取出共享資源(10,15,20)是通過總線接口模件(40,45,50,55,60)實現的,總線接口模件(40,45,50,55,60)提供連到共享資源(10,15,20)及子系統(tǒng)(25,30)之間的間接層面,這使得能與系統(tǒng)的操作要求脫離連結,通過總線(35)的通信是完全存儲器映射的。
文檔編號G06F13/42GK1301364SQ98810932
公開日2001年6月27日 申請日期1998年7月22日 優(yōu)先權日1997年9月5日
發(fā)明者D·E·溫加德, G·P·羅賽爾 申請人:索尼克斯公司