專利名稱：用于串行接口的仲裁方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地說，涉及在一臺主機設(shè)備和一臺外圍設(shè)備之間通過串行接口進行的數(shù)據(jù)通信。
在部件之間常常寧愿使用串行接口而不用并行接口。使用串行接口傳送數(shù)據(jù)可以顯著節(jié)省成本。傳送串行信息的媒質(zhì)成本要小于并行接口。如果使用有線連接，設(shè)備之間需要的線路更少；如果使用無線連接，設(shè)備之間需要的信道更少。由于互連端口(例如集成電路上的基座或印刷電路板上的引線)在成本上常常高于在并行和串行格式之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)需要的電路，通信設(shè)備的成本也將更低。而且，特別是在集成電路設(shè)計中，從成本和可行性的角度考慮，可用的互連端口數(shù)常常固定受限。通常，為了獲得串行接口的優(yōu)點，需要為往來于各臺設(shè)備之間的通信分配單信道的通信路徑。
不過，與并行接口相比，串行接口也帶來一些限制。并行接口本質(zhì)上要比串行接口速度快，因為并行接口中信息的多個比特被同時發(fā)送。但另一方面，在某些極高速的應(yīng)用中，并行接口引線之間的延遲抖動會帶來麻煩，最好使用極高速串行接口。為了提高競爭力，串行接口通常必須工作在與速度相關(guān)的可用頻譜高端。例如，假設(shè)接口必須提供每秒8兆比特的速率，一個8比特并行接口可以設(shè)計為8條互連通路或信道，每條工作在1兆比特。另一方面，串行接口必須設(shè)計為具有一條工作在每秒8兆比特的互連信道。由于通常要求更高的互連速率，串行接口要受到可用在較低速率下的設(shè)計選樣方案的限制。
用于單信道通信的一種公共協(xié)議是“沖突避免”協(xié)議。當設(shè)備有信息要發(fā)送時，它等待通信信道出現(xiàn)一個靜寂周期，然后廣播其信息。設(shè)備通過在通信之前等待信道未被使用，不會干擾已經(jīng)使用單通信信道的另一設(shè)備。但是在這種協(xié)議中，兩臺設(shè)備可能都在監(jiān)聽信道并都檢測到一個靜寂周期，然后都在這單條信道上開始各自的發(fā)送。兩個(或多個)發(fā)送在單信道上同時進行被稱為一次“沖突”，任何一個發(fā)送信號在其預(yù)定的接收機處都無法恢復(fù)。為了補救發(fā)生的沖突，傳統(tǒng)的協(xié)議提供了一種沖突恢復(fù)方案。通常，協(xié)議要求每個發(fā)射機監(jiān)聽信道以檢測沖突，并在檢測到?jīng)_突時進行相應(yīng)的處理。通常，相應(yīng)的處理是停止發(fā)送(常被稱為“退避”)，然后在檢測到下一靜寂周期時重新開始發(fā)送。為了避免在發(fā)生一次沖突的相同設(shè)備之間再次發(fā)生沖突，協(xié)議通常要求每臺設(shè)備在一段隨機時長的靜寂周期之后嘗試重傳。根據(jù)這種方式，隨機時長較短的設(shè)備將開始發(fā)送，隨機時長較長的設(shè)備將檢測到這次發(fā)送，并等待下一靜寂周期。
沖突檢測是一種頗為復(fù)雜的處理，因為來自一臺設(shè)備的信息發(fā)送通常將干擾在同一信道上接收的來自另一設(shè)備的可能發(fā)送信號。一般來說，沖突檢測要求發(fā)射機發(fā)射的信號可被來自另一設(shè)備的發(fā)送信號所蓋過。例如，發(fā)射機發(fā)射的可以既不是邏輯高電平，也不是邏輯低電平，而是“發(fā)射”一個高阻狀態(tài)。發(fā)射設(shè)備在高阻狀態(tài)持續(xù)期間監(jiān)聽通信信道。如果該發(fā)射機是在通信信道上發(fā)送信號的唯一發(fā)射機，通信信道將保持高阻狀態(tài)或漂移到一個已知邏輯狀態(tài)。另一方面，如果另一發(fā)射機在這條信道上發(fā)射，通信信道將根據(jù)其他發(fā)送信號而改變狀態(tài)。當發(fā)射的設(shè)備檢測到狀態(tài)變化時，就判斷出現(xiàn)沖突，于是進行退避，并在下一靜寂周期嘗試重傳。同樣，因為沖突會破壞每臺設(shè)備的發(fā)送，另一發(fā)送的設(shè)備也要監(jiān)聽沖突，并在檢測到?jīng)_突時退避。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，當信道上的業(yè)務(wù)量增加時，由于每次沖突之后的反復(fù)重傳，沖突發(fā)生的可能及其對傳輸速率的不利影響顯然會成倍增長。
沖突檢測-退避-重傳方案對于高速外圍設(shè)備(例如磁盤、CD等)特別不利。通常，外圍設(shè)備在特定的時刻訪問數(shù)據(jù)，例如當旋轉(zhuǎn)磁盤的對應(yīng)區(qū)域處于設(shè)備讀頭之下時。如果數(shù)據(jù)在可以訪問時無法發(fā)送，外圍設(shè)備必須包含一個存儲緩沖區(qū)來保留數(shù)據(jù)直到下次發(fā)送，或者空轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致傳送速率降低。在等待重傳機會時引入的附加沖突或附加延遲將需要附加存儲緩沖區(qū)，或者終止數(shù)據(jù)訪問，直到緩沖區(qū)空間可用。另外，由于沖突的隨機性和前面提到的它與業(yè)務(wù)量的相關(guān)性，很難在不提供過量存儲區(qū)的前提下確保特定的傳輸速率。也就是說，為了在無論沖突影響如何的情況下確保特定的傳輸速率，所提供的存儲量必須足以緩存最壞沖突情況下的數(shù)據(jù)；因此，在具有平均沖突發(fā)射概率的正常操作期間，將不會用到為補救沖突所提供的大部分存儲區(qū)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種方法和裝置，用于具有獨立于沖突發(fā)生概率的傳輸速率的串行通信。本發(fā)明的另一個目的是消除在外圍設(shè)備中進行沖突檢測的要求。本發(fā)明還有一個目的是使對外圍設(shè)備中存儲緩沖區(qū)的需要減縮至最小。
通過提供可確保網(wǎng)絡(luò)中的一臺設(shè)備總能在沖突競爭中“勝出”的一種基于沖突的協(xié)議，本發(fā)明實現(xiàn)了這些和其他目的。根據(jù)本發(fā)明總能在沖突競爭中勝出的設(shè)備既不需要包含沖突檢測器，也不需要通常用于緩存沖突結(jié)果的存儲資源。
借助實例并參考附圖，本發(fā)明將得到更詳細的解釋，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個串行通信系統(tǒng)的示范方框圖。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個串行通信系統(tǒng)的示范定時圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一次外圍設(shè)備發(fā)送的示范定時圖。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一臺沖突檢測器的示范方框圖。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的另一沖突檢測器的示范方框圖。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明一個方面的一次主機發(fā)送的示范定時圖。
圖1表示符合本發(fā)明的一個串行通信系統(tǒng)的示范方框圖。該系統(tǒng)中表示了通過單信道通信路徑50彼此通信的一臺外圍設(shè)備100和一臺主機設(shè)備200。通常，與連接外圍設(shè)備的主機上的可用資源相比，諸如控制電路和存儲區(qū)等的資源在磁盤等計算機外圍設(shè)備中是非常有限的。為便于理解，本發(fā)明使用這一主機-外圍設(shè)備范例給出。不過，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這里給出的原理可應(yīng)用于使用一條公共通信路徑進行發(fā)送和接收的一般通信設(shè)備。
單信道通信路徑50可以經(jīng)由一條有線或無線通信媒質(zhì)或媒質(zhì)組合。顧名思義，單信道通信路徑50限制在任何時刻上只能有一臺設(shè)備進行發(fā)送。多個信號可以經(jīng)過這條通信路徑50同時發(fā)送，例如各個獨立線路上的時鐘和數(shù)據(jù)信號，但是一次只能來自一臺設(shè)備。在圖1所示系統(tǒng)中，如果設(shè)備100、200要在同一段時間內(nèi)進行發(fā)送，那么在該段時間內(nèi)設(shè)備100、200都將不能正確接收對方的發(fā)送信息。
圖1的示范外圍設(shè)備100包括一個數(shù)據(jù)源110和一部從數(shù)據(jù)源110向主機設(shè)備200傳送數(shù)據(jù)111的發(fā)射機120。發(fā)射機120還要進行發(fā)送所要求的任何數(shù)據(jù)變換，例如從并行到串行格式的變換、到調(diào)制形式的變換等等。來自發(fā)射機120的變換后數(shù)據(jù)121作為一個外圍發(fā)送信號，可通過基座(pad)150(例如一個集成電路的輸入/輸出基座)進行傳送。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以看到的那樣，如果通信路徑50是要經(jīng)過無線媒質(zhì)的，則基座150代表用于實現(xiàn)經(jīng)由該媒質(zhì)進行發(fā)送的部件(例如RF天線、聲波變換器、紅外變換器等等)。圖1中表示了一個可選的發(fā)送禁止信號122，在一個優(yōu)選實施例中，它用于在從主機200接收信號時隔離發(fā)射機120和接收機160。
圖1的示范主機設(shè)備200包括對應(yīng)的基座250，它接收與變換后的數(shù)據(jù)121對應(yīng)的外圍發(fā)送信號，并向接收機260提供一個接收信號256。基座250和接收機260把路徑50上的外圍發(fā)送信號變換成與原始數(shù)據(jù)111對應(yīng)的數(shù)據(jù)261。例如，如果路徑50是經(jīng)過要RF發(fā)射的，則基座250和接收機260接收原始數(shù)據(jù)111的RF調(diào)制信號，并將其解調(diào)，以便構(gòu)成數(shù)據(jù)261。數(shù)據(jù)261被提供給數(shù)據(jù)270以便進行后續(xù)處理，例如由主機設(shè)備200上運行的應(yīng)用程序來處理。示范主機設(shè)備200包括一個沖突檢測器280，正如以下的進一步討論所示，它檢測通信路徑50上的沖突。主機設(shè)備200還包括一個可選的發(fā)送禁止信號222，在一個優(yōu)選實施例中，它用于在從外圍設(shè)備100接收信號時隔離發(fā)射機220和接收機260，并根據(jù)沖突檢測器280的要求隔離發(fā)射機220。
同樣，示范主機設(shè)備200也包括一個數(shù)據(jù)源210和用于從數(shù)據(jù)源210向外圍設(shè)備100傳送數(shù)據(jù)211的發(fā)射機220。正如以上對發(fā)射機120的討論，發(fā)射機220把數(shù)據(jù)211變換成適合發(fā)送的形式221。來自發(fā)射機220的變換后的數(shù)據(jù)221作為主機發(fā)送信號通過基座250傳送。因此，示范外圍設(shè)備100通過基座150接收主機發(fā)送信號，并向接收機160提供一個接收信號156?；?50和接收機160把主機發(fā)送信號變換成與主機數(shù)據(jù)211對應(yīng)的數(shù)據(jù)161。當外圍設(shè)備100是一個盤驅(qū)動器時，數(shù)據(jù)處理器170可以只是把來自接收機160的數(shù)據(jù)161存儲到數(shù)據(jù)源110中，以供以后作為數(shù)據(jù)111來被訪問。
外圍設(shè)備100包括一個控制器190，主機設(shè)備200包括一個控制器290，通過圖2的定時圖可以最好地理解它們的操作。圖2A表示來自主機200的發(fā)送信號301、303和來自外圍設(shè)備100的發(fā)送信號401、403通過通信路徑50時沒有發(fā)生沖突。圖2B表示來自主機200的發(fā)送信號311、313和來自外圍設(shè)備100的發(fā)送信號411、413通過通信路徑50時產(chǎn)生沖突399。
圖2A的定時圖A表示來自主機設(shè)備200的兩個發(fā)送信號310、303，它對應(yīng)圖1的信號節(jié)點221。定時圖B表示通信路徑50上的對應(yīng)主機發(fā)送信號302、304。主機200中的控制器290在通信路徑上沒有其他發(fā)送信號的時刻351開始發(fā)送信號301。雖然圖中沒有標出，發(fā)送信號302然后便被外圍設(shè)備100中的接收機160檢測到，并由數(shù)據(jù)處理器170進行后續(xù)處理。在接收來自主機的數(shù)據(jù)302期間，控制器190禁止發(fā)送來自發(fā)射機120的信號121。在主機發(fā)送信號302的終點352，當通信路徑50又重新空閑時，外圍設(shè)備100中的控制器190允許發(fā)射機120發(fā)送信號401，這正如對應(yīng)圖1信號節(jié)點121的圖2A定時圖C所示。信號401構(gòu)成通信路徑50上的外圍發(fā)送信號402。同樣，在外圍發(fā)送信號402終點354之后的時刻355，當通信路徑空閑的時候，控制器190允許控制器120發(fā)送另一信號403，以作為通信路徑50上的外圍發(fā)送信號404。之后，在通信路徑50的另一空閑時刻356，主機200中的控制器290允許發(fā)射機220在通信路徑50上把發(fā)送信號303作為主機發(fā)送信號304進行發(fā)送。這種處理繼續(xù)，每臺設(shè)備100、200都在等待通信路徑50上的靜寂周期以便開始發(fā)送。
如圖2A所示，在(1)主機發(fā)送信號302結(jié)束的時刻352、(2)外圍設(shè)備100開始發(fā)送信號401的時刻362、以及(3)外圍信號402在通信路徑50上出現(xiàn)的時刻353之間，都存在著一段有限的時間延遲。圖中沒有標出，但是在外圍信號402出現(xiàn)在通信路徑50上的時刻和主機設(shè)備200的接收機260檢測到這一外圍信號402的時刻之間也有有限的延遲。在這整段延遲期間，從主機發(fā)送信號302結(jié)束的時刻到接收機260檢測到外圍信號402的時刻，主機設(shè)備200都不知道外圍設(shè)備100已開始發(fā)送信號401。
圖2B所示為一次沖突399，它可能是由于外圍100處開始發(fā)送信號411與主機200檢測到對應(yīng)的外圍發(fā)送信號412之間的延遲而導(dǎo)致的。如圖2B的定時圖F所示，外圍設(shè)備100在主機發(fā)送信號312終點372之后的373開始發(fā)送信號411。在時刻374，信號411作為外圍發(fā)送信號412而出現(xiàn)在通信路徑50上。在這段時間內(nèi)，主機200的控制器290不知道外圍設(shè)備100開始發(fā)送信號411。因此，如圖2B的定時圖D和E所示，控制器290允許發(fā)射機220在時刻376開始發(fā)送信號313，該信號在時刻377作為主機發(fā)送信號314出現(xiàn)在通信路徑上。時刻376、377可能分別出現(xiàn)在時刻373、374之前或之后，圖2B中所示為出現(xiàn)在時刻373、374之后。當主機發(fā)送信號314和外圍發(fā)送信號412同時出現(xiàn)在單信道通信路徑50上時，就發(fā)生了一次沖突399。因為只要發(fā)送信號314、412同時出現(xiàn)在單信道通信路徑50上，沖突399就會持續(xù)，所以如圖2B中的斜線所示，信號314和412相互都被對方所破壞。
根據(jù)本發(fā)明，主機設(shè)備200中的沖突檢測器280檢測到?jīng)_突399，作為對其的響應(yīng)，在為了發(fā)送全部所希望的主機發(fā)送信號313所需的時段之前，控制器290在時刻378終止發(fā)送信號313。對應(yīng)的主機發(fā)送信號314的終止使得通信路徑50上的沖突399在時刻379結(jié)束。在通信路徑50的下一靜寂周期內(nèi)的某個時刻381之后，控制器290允許發(fā)射機220重新發(fā)送其整個預(yù)定持續(xù)時間為321的發(fā)送信號313，這在圖2B中表示為發(fā)送信號313’和對應(yīng)的主機發(fā)送信號314’。之后，處理繼續(xù)進行，如圖所示為來自外圍設(shè)備100的發(fā)送信號413和對應(yīng)的通信路徑50上的外圍發(fā)送信號414。
根據(jù)本發(fā)明，外圍設(shè)備100在沖突發(fā)生時并不終止發(fā)送411。每個外圍發(fā)送信號都有一個發(fā)送預(yù)定信號411所需的預(yù)定持續(xù)時間421。根據(jù)本發(fā)明，外圍設(shè)備100一旦開始發(fā)送，即使沖突可能會出現(xiàn)在單信道通信路徑50上，發(fā)送在這整個預(yù)定持續(xù)時間421內(nèi)也將不會中斷。這種連續(xù)發(fā)送對那些提供時間相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)備(例如磁盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、CD驅(qū)動器、視盤驅(qū)動器等等)特別有利。在這類設(shè)備中，只有當讀取機構(gòu)移動通過包含數(shù)據(jù)的媒質(zhì)區(qū)域時，才能訪問數(shù)據(jù)。在這些設(shè)備中，通過在傳輸一旦開始時就確保連續(xù)發(fā)送，可以直接發(fā)送從媒質(zhì)中讀取的數(shù)據(jù)，從而減少了對設(shè)備內(nèi)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的要求。也就是說，如果在單信道通信路徑50空閑時開始從媒質(zhì)讀取數(shù)據(jù)，媒質(zhì)上相鄰的數(shù)據(jù)單元可以在讀取頭移動經(jīng)過它們時被連續(xù)發(fā)送，而不用考慮沖突干擾。
假定由主機200和外圍100發(fā)送信號的分組長度相等，那么無論沖突發(fā)生概率多大，這種不中斷發(fā)送方案還能保證外圍設(shè)備的傳輸速率至少是通信路徑50帶寬減去該方案相關(guān)開銷之后的二分之一。也就是說，當給定了通信路徑帶寬和與這種協(xié)議相關(guān)的開銷，就能確定外圍傳輸速率，而不必考慮沖突發(fā)生概率。因為傳輸速率與沖突無關(guān)，在根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的外圍設(shè)備中，就不再需要通過單信道通信路徑發(fā)送信息的一般設(shè)備所需要的輔助部件，例如沖突檢測器、沖突緩沖區(qū)、重傳裝置等等。
注意在沖突期間399中，主機發(fā)送信號314和外圍發(fā)送信號412都受到彼此的破壞。主機發(fā)送信號314在沖突期間399內(nèi)受到的破壞是無關(guān)緊要的，因為該信號還要作為主機發(fā)送信號314’而重傳。但是，外圍發(fā)送信號412受到的破壞是永久性的，因為外圍設(shè)備100并不知道這次沖突，信號412不會重傳。根據(jù)本發(fā)明，每個外圍發(fā)送信號包括一個前置碼和一個數(shù)據(jù)流，如圖2B中的前置碼412a和數(shù)據(jù)流412b所示。前置碼412a不包含信息、或包含那些破壞之后可以恢復(fù)的信息，而數(shù)據(jù)流412b包含那些無法恢復(fù)的信息(除非重傳數(shù)據(jù)流412b)。例如，對應(yīng)的發(fā)送信號411包含一個由發(fā)射機120附加到來自數(shù)據(jù)源110的數(shù)據(jù)111上的前置碼411a，數(shù)據(jù)流411b對應(yīng)于數(shù)據(jù)411。附加前置碼411a可以是一個預(yù)定序列、隨機序列或諸如包含與外圍設(shè)備100相關(guān)的診斷信息的序列。因為這種診斷信息通常將在其他前置碼中重復(fù)，沖突導(dǎo)致的這類信息丟失實際并不重要，因而不需要重傳信號411。正如以下討論所述，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，前置碼的構(gòu)成可使其迅速被主機設(shè)備200檢測到，從而減少所需的前置碼長度。
外圍前置碼周期411a和對應(yīng)的周期412a的持續(xù)時間必須足夠長，以確保在數(shù)據(jù)流412b出現(xiàn)在單信道通信路徑50上之前時，主機發(fā)送信號314已從單信道通信路徑上消失。
圖3表示用于確定外圍前置碼所需持續(xù)時間的示范定時圖。圖3的定時圖A、D、E和F分別代表圖1信號節(jié)點121、256、281和221上的信號。定時圖B和C代表通信路徑50上的信號，由于信號穿過路徑50需要時間，通信路徑50任一端點50a、50b上的信號都有時間偏斜。參考圖3的定時圖A和B，節(jié)點121上的發(fā)送信號520經(jīng)過底座延遲501之后，作為外圍發(fā)送信號521出現(xiàn)在通信路徑50上。底座延遲501是與底座傳遞一個輸出相關(guān)的延遲。50a處的外圍發(fā)送信號521作為外圍發(fā)送信號522經(jīng)過路徑延遲502之后被傳遞到通信路徑50的另一端50b。50b處的外圍發(fā)送信號522在經(jīng)過了與在基座250上傳遞一個輸入相關(guān)的基座延遲503之后，便到達接收機260和沖突檢測器280。
定時圖F表示來自主機設(shè)備200發(fā)射機220的發(fā)送信號550經(jīng)過一個基座延遲511之后，在通信路徑50的主機端50b作為主機發(fā)送信號551而出現(xiàn)。圖3的例子中，假定主機發(fā)送信號550在外圍發(fā)送信號521之前出現(xiàn)在通信路徑50上。當外圍發(fā)送信號521出現(xiàn)在通信路徑50的外圍端50a時，就發(fā)生一次沖突399a。這一沖突399a被傳遞到通信路徑的主機端50b，如沖突399b所示。沖突399b經(jīng)過基座延遲503之后被傳遞到?jīng)_突檢測器280。延遲時間504a代表沖突檢測器280檢測沖突399c所需要的時間，延遲時間504b代表控制器290終止發(fā)送信號550所需要的時間。因為控制延遲504b通常比沖突檢測器280檢測沖突所需要的時間504a短得多，我們使用術(shù)語單個沖突檢測延遲504來同時表示檢測沖突和對應(yīng)的終止發(fā)送時間。注意以下討論的沖突檢測延遲504要使用最壞情況來確定，例如當正好在主機200識別到外圍設(shè)備200在進行發(fā)送之前出現(xiàn)發(fā)送信號550時。在時刻551終止發(fā)送信號550將使得通信路徑50主機端50b的沖突399b在一個基座延遲505之后505停止，該基座延遲505等于上述基座延遲511。相應(yīng)地，如圖3定時圖B所示，沖突339a在經(jīng)過從通信路徑50的主機端50b到外圍端50a的路徑延遲506之后停止。
根據(jù)本發(fā)明，外圍發(fā)送信號521的前置碼521a在通信路徑外圍端50a處的沖突339a的停止時刻541之前不會結(jié)束。所以，發(fā)送信號520的前置碼520a在沖突339a停止時刻541之前的一個基座延遲507前不會結(jié)束。因此，通過使用D(x)來代表與圖3中的參考持續(xù)時間x(500-507)相關(guān)的延遲，則最小外圍前置碼持續(xù)時間500等于D(500)=D(501)+D(502)+D(503)+D(504)+D(505)+D(506)-D(507) (1)D(507)是與基座150上傳遞輸出相關(guān)的延遲，并且等于以上提到的基座延遲D(501)。因此，最小外圍前置碼持續(xù)時間為D(500)=D(502)+D(503)+D(504)+D(505)+D(506)(2)在典型的環(huán)境中，基座延遲501、503、505基本上相等，路徑延遲502和506也是如此。因此，在這種環(huán)境下，最小外圍前置碼持續(xù)時間為D(500)=2*(底座延遲+路徑延遲)+D(504)(3)在外圍設(shè)備是一個與主計算機通信的高速數(shù)據(jù)訪問設(shè)備的優(yōu)選環(huán)境下，路徑延遲一般小于基座延遲501、503、505和檢測延遲504。因此，在優(yōu)選環(huán)境中，優(yōu)選的外圍前置碼持續(xù)時間大約為外圍前置碼持續(xù)時間≥2*基座延遲+沖突檢測延遲(4)沖突檢測延遲時間504與用來檢測沖突的裝置有關(guān)。沖突檢測技術(shù)在本領(lǐng)域內(nèi)是很常用的。通常，沖突檢測通過在設(shè)備發(fā)射機處于非工作狀態(tài)時監(jiān)聽通信路徑來實現(xiàn)，這種狀態(tài)可以被來自另一設(shè)備的發(fā)送信號(例如高阻狀態(tài))蓋過。圖4表示在數(shù)據(jù)發(fā)送期間包括一個高阻狀態(tài)的一種沖突檢測器280示范實現(xiàn)方案，圖5表示具有獨立于數(shù)據(jù)狀態(tài)的一個高阻狀態(tài)的沖突檢測器280示范實現(xiàn)方案。
在圖4中，三極管T1和T2連接成傳統(tǒng)的集電極開路式下拉三極管。當輸入信號221為高電平時，三極管T1導(dǎo)通，把節(jié)點251處的電壓拉至低電平。當輸入信號221為低電平時，三極管T1截止，節(jié)點251處的電壓取決于三極管T2的狀態(tài)。如果三極管T2也截止，節(jié)點251處的電壓將被正電源601拉至高電平。在這個示范實施例中，所有非工作的設(shè)備，(即沒有進行發(fā)送的設(shè)備)均被設(shè)置成使其輸出三極管T1、T2截止?！巴遍T(exclusive-nor gate)610在三極管T1的輸入221和輸出251之間進行邏輯電平比較。在正常操作期間，三極管T1實現(xiàn)對輸入221的取反；當輸入221和輸出251相同時，“同”門610在輸出端611判定為高邏輯值，表示可能發(fā)生沖突。注意當三極管T1改變狀態(tài)時，由于上述與基座250輸出的傳送有關(guān)的延遲511，“同”門610可能指示發(fā)生沖突。沖突測試信號625只在三極管T1不再處于過渡狀態(tài)時有效。與門620提供沖突信號281，當三極管T1的輸入221和輸出251相同而且沖突測試信號625有效時，該信號有效。
在圖5中，節(jié)點251處設(shè)置了一個三態(tài)緩沖器640，只要控制信號222有效，緩沖器就處于高阻狀態(tài)。圖5中表示了一個活動檢測器630，只要在節(jié)點256處出現(xiàn)合法輸入序列，它就提供一個活動信號631。這種檢測器630在本領(lǐng)域內(nèi)是很常用的，例如，它可用于提示主機或外圍設(shè)備有數(shù)據(jù)到達。活動信號631與沖突測試信號625經(jīng)過一個與門620，只要在沖突測試信號有效時檢測到活動，與門就輸出一個沖突信號281。在節(jié)點251上出現(xiàn)高阻狀態(tài)之后，沖突測試信號625要經(jīng)過一段延遲之后才會有效，該延遲與信號251通基座250和活動檢測器630的傳遞有關(guān)。
通過使用圖4和5的示范沖突檢測器，就可以看到?jīng)_突檢測時間至少與出現(xiàn)一個高阻狀態(tài)再加上基座延遲的時間一樣長。也就是說，在這些示范實施例中，沖突是在輸出基座250被置為高阻狀態(tài)之后的某個時刻被檢測到的。
每當節(jié)點221進入低電平，圖4的示范輸出基座250就置為高阻狀態(tài)。也就是說，高阻狀態(tài)實際上被包含在數(shù)據(jù)狀態(tài)內(nèi)。如果在發(fā)送中使用歸零格式，就可以在每個發(fā)送周期上保證高阻狀態(tài)。因此，上述最小沖突檢測時間是發(fā)送周期加上基座延遲。不過正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，由于要依賴無源負載把節(jié)點251置為高電平狀態(tài)，圖4的示范輸出基座250的發(fā)送速度有限。如果需要更高速的操作，最好采用以下所述與圖5類似的配置。
圖5表示了一個把基座250置為高阻狀態(tài)的顯式控制信號222。如上所述，高速電路要求高速變換，這通常要受到低阻設(shè)備的制約。在用于高速通信的一個主機設(shè)備200的優(yōu)選實施例中，基座250偶爾被置為高阻狀態(tài)，從而允許主要進行高速傳輸。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，每個主機發(fā)送信號都包括一個前置碼，例如圖2B中所示發(fā)射信號311的前置碼311a。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，高阻狀態(tài)在前置碼311a的終點出現(xiàn)，其構(gòu)成可以使得后續(xù)數(shù)據(jù)流311b能以高速發(fā)送，而與沖突無關(guān)。也就是說，主機一旦開始每次發(fā)送中的數(shù)據(jù)流部分的發(fā)送，數(shù)據(jù)流的發(fā)送就將不被中斷地持續(xù)下去。這個實施例消除了通常由于數(shù)據(jù)發(fā)送期間反復(fù)進行沖突檢查而導(dǎo)致的速率降低。
參考圖6的定時圖，可以易于理解用于上述實施例的主機前置碼和高阻狀態(tài)構(gòu)成。如上所述，外圍設(shè)備100總是在沖突中勝出，但不會有意造成沖突。也就是說，如果外圍設(shè)備100正在接收來自主機200的數(shù)據(jù)，控制器190禁止發(fā)射機120在主機發(fā)送完成之前發(fā)送信號。根據(jù)本發(fā)明的這個方面，主機前置碼720a用于向外圍設(shè)備100提示數(shù)據(jù)的來臨。傳遞前置碼720a時引入的延遲包括向基座250輸出端傳遞前置碼720a的延遲701、經(jīng)過通信路徑50的路徑延遲702、傳遞720a作為到基座150輸入的基座延遲703、以及接收機160檢測前置碼720a所含數(shù)據(jù)所需的延遲704。在一個優(yōu)選實施例中，主機前置碼720a的起始部分包含那些格式與數(shù)據(jù)流720b中數(shù)據(jù)格式相同的數(shù)據(jù)，以便使用可檢測數(shù)據(jù)流720b中數(shù)據(jù)的同一電路來檢測數(shù)據(jù)流720a中的數(shù)據(jù)。如上所述，當外圍設(shè)備100接收數(shù)據(jù)時，控制器190禁止120在主機發(fā)送完成之前進行發(fā)送。
圖6中定時圖F所示為來自外圍設(shè)備100的發(fā)送信號730，該信號開始的時刻741正好在檢測來自主機的接收數(shù)據(jù)的時刻742之前。根據(jù)本發(fā)明，如上所述，來自外圍設(shè)備100的發(fā)送一旦開始，它就要持續(xù)到完成的時候，并且主機設(shè)備200必須退避。根據(jù)發(fā)明的另一個方面，主機設(shè)備200一旦開始了前置碼720a之后的數(shù)據(jù)流720b的發(fā)送，發(fā)送就要不被中斷地繼續(xù)下去。因此，這個優(yōu)選實施例中的前置碼720a要有足夠長的持續(xù)時間來檢測來自外圍設(shè)備100發(fā)送的信號730，該信號730正好在檢測到前置碼720a之前的時刻742開始。發(fā)送信號730引入了在向基座150的輸出端傳遞時的基座延遲705、通過通信路徑50的路徑延遲706、通過基座250的基座延遲707、以及主機設(shè)備200的沖突檢測器280檢測被傳遞的外圍發(fā)送信號730所需要的延遲時間708。當外圍發(fā)送信號730在時刻743出現(xiàn)在通信路徑的主機端50a時，輸出基座250處于高阻狀態(tài)721，所以外圍發(fā)送信號730可以被檢測到。如圖6的定時圖A所示，前置碼720a在外圍發(fā)送信號730到達的時刻743之前進入高阻(z)狀態(tài)721。基座250至少要在沖突測試信號625成為有效以檢測發(fā)送信號730之前的一個基座延遲期間內(nèi)被置為高阻狀態(tài)。
使用上述根據(jù)外圍前置碼延遲所作的定義，最小主機前置碼持續(xù)時間為D(700)=D(701)+D(702)+D(703)+D(704)+D(705)+D(706)+D(707)+D(708) (5)如上所述，在高速外圍設(shè)備100與主計算機200通信的環(huán)境中，路徑延遲D(702)、D(703)一般小于那些互相之間大致相等的基座延遲D(701)、D(703)、D(705)和D(707)。同樣如上所述，沖突檢測器280中的活動檢測器630與用于提示外圍設(shè)備有數(shù)據(jù)到達的檢測器相類似。也就是說，活動延遲D(708)通常與數(shù)據(jù)檢測延遲D(704)相等。為便于參考，這種延遲時間D(704)、D(708)被稱為檢測時間。因此，主機外圍前置碼持續(xù)時間被定義為主機前置碼持續(xù)時間≥4*基座延遲+2*檢測延遲(6)注意在這個實施例中，主機前置碼持續(xù)時間還等于前面討論的沖突檢測時間，因此前面的等式(4)可以重寫為外圍前置碼持續(xù)時間≥6*基座延遲+2*檢測延遲(4′)還要注意活動檢測器630通常是一個同步處理過程，由于主機200和外圍設(shè)備100之間的異步關(guān)系，當外圍發(fā)送信號正好在活動檢測周期開始之后到達時，可能還需要附加一個檢測延遲持續(xù)時間。因此，在一個優(yōu)選實施例中，等式(4′)表示為外圍前置碼持續(xù)時間≥6*基座延遲+3*檢測延遲(4″)就現(xiàn)有技術(shù)而言，常見的典型基座延遲是3納秒，檢測延遲是10納秒。因此，這種技術(shù)中的最小主機和外圍前置碼持續(xù)時間分別是32和48納秒。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，考慮到特定的環(huán)境因素，例如路徑延遲、溫度特性、元件容差等等，顯然可以指定更長的持續(xù)時間。
發(fā)送傳遞延遲可以定義為發(fā)送信號從發(fā)射機120、220到分別在對應(yīng)的接收機260、160中被檢測到時所需要的時間。使用這個術(shù)語，發(fā)送傳遞延遲等于2個基座延遲加上路徑延遲和檢測延遲，等式(6)(4″)可以重新表述為主機前置碼持續(xù)時間≥2*發(fā)送傳遞延遲(7)外圍前置碼持續(xù)時間≥3*發(fā)送傳遞延遲(8)以上只說明了本發(fā)明的原理。因此應(yīng)當懂得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計各種這里沒有明確描述和表示的方案來實施發(fā)明原理，它們因而也屬于本發(fā)明的構(gòu)思和范圍之內(nèi)。例如，盡管發(fā)明特別適合于單信道串行連接，本發(fā)明的原理也可應(yīng)用于構(gòu)成一個并行連接的若干單信道連接之一。同樣，盡管發(fā)明是使用一種主機-外圍設(shè)備范例給出的，但本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于共享一條通信路徑的其他模式。例如，在一個通信網(wǎng)中，可以設(shè)定網(wǎng)絡(luò)上的每臺設(shè)備作為圖1中的主機設(shè)備200或外圍設(shè)備100進行工作。當網(wǎng)絡(luò)上的一臺設(shè)備需要進行基本上不被中斷的傳輸訪問(例如提供用于實時播放的視頻或音頻片段)時，可以設(shè)定它作為沖突勝出的外圍設(shè)備100來進行工作；在其他時候，可以把這個沖突勝出角色分配給其他設(shè)備。
發(fā)明可以由硬件、軟件或兩者的組合來實現(xiàn)。例如，沖突檢測器280可以是一個周期性地讀取通信路徑50上的邏輯值、并將其與它正在發(fā)送的數(shù)據(jù)的邏輯值進行比較的程序。圖1、4和5中給出的功能劃分只是為了進行說明。例如，沖突檢測器280可以集成在接收機260、發(fā)射機220或基座250中。同樣，盡管圖4和5所示的示范電路使用了雙極型晶體管和場效應(yīng)管，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然也可以找到實現(xiàn)所述功能的其他實施例。
權(quán)利要求
1．一個通信系統(tǒng)，包括第一設(shè)備(100)，它包括用于在單信道通信路徑(50)上發(fā)送第一發(fā)送信號(411)的第一發(fā)射機(120)，和第二設(shè)備(200)，它包括用于在單信道通信路徑(50)上發(fā)送第二發(fā)送信號(313)的第二發(fā)射機(220)，一個沖突檢測器(280)，用于檢測當來自第一設(shè)備(100)的第一發(fā)送信號(411)出現(xiàn)時第二發(fā)射機(220)正在發(fā)送第二發(fā)送信號(313)的情況下的沖突(281)，以及與第二發(fā)射機(220)和沖突檢測器(280)連接的一個控制器，用于在檢測到?jīng)_突(281)時終止第二發(fā)送信號(313)，以及第一設(shè)備(100)被設(shè)計可繼續(xù)發(fā)送第一發(fā)送信號(411)而與沖突(281)無關(guān)。
2．權(quán)利要求1的通信系統(tǒng)，其中第一發(fā)送信號(411)包括第一前置碼(411a)和第一數(shù)據(jù)流(411b)，第一前置碼(411a)所具有的第一前置碼持續(xù)時間(500)，至少等于第一設(shè)備(100)和第二設(shè)備(200)之間的發(fā)送傳播延遲加上第二設(shè)備(200)檢測沖突(281)的沖突檢測延遲。
3．權(quán)利要求2的通信系統(tǒng)，其中第二發(fā)送信號(313)包括第二前置碼(720a)和第二數(shù)據(jù)流(720b)，第二前置碼(313a)所具有的第二前置碼持續(xù)時間(700)至少等于第一設(shè)備(100)和第二設(shè)備(200)之間發(fā)送傳播延遲的兩倍，以及該沖突檢測器(280)用于在第二前置碼持續(xù)時間(700)內(nèi)檢測沖突(281)。
4．權(quán)利要求1的通信系統(tǒng)，其中第二發(fā)送信號(313)包括一個前置碼(720a)和一個數(shù)據(jù)流(720b)，前置碼(313a)所具有的前置碼持續(xù)時間(700)至少等于第一設(shè)備(100)和第二設(shè)備(200)之間發(fā)送傳播延遲的兩倍，以及該沖突檢測器(280)用于在前置碼持續(xù)時間(700)內(nèi)檢測沖突(281)。
5．權(quán)利要求4的通信系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)流(720b)在前置碼(720a)之后發(fā)送，以及在數(shù)據(jù)流(720b)的發(fā)送開始之后，第二發(fā)射機(220)都繼續(xù)發(fā)送第二發(fā)送信號(313)而與第一發(fā)送信號(411)無關(guān)。
6．在包括一臺主機設(shè)備(200)的通信系統(tǒng)中使用的一臺外圍設(shè)備(100)，該主機設(shè)備(200)用于在單信道通信路徑(50)上發(fā)送一個主機發(fā)送信號(312、314)序列，該外圍設(shè)備(100)包括接收機(160)，用于檢測單信道通信路徑(50)上的主機發(fā)送信號(312、314)序列的第一主機發(fā)送信號(312)終點，與接收機(160)相連的發(fā)射機(120)，用于在第一主機發(fā)送信號(312)結(jié)束之后，在單信道通信路徑(50)上開始發(fā)送外圍信號(411)，并且將繼續(xù)該外圍信號(411)發(fā)送而與主機發(fā)送信號(312、314)序列的后續(xù)主機發(fā)送信號(314)無關(guān)。
7．權(quán)利要求6的通信系統(tǒng)，其中外圍發(fā)送信號(411)包括一個前置碼(411a)和一個數(shù)據(jù)流(411b)，前置碼(411a)所具有的前置碼持續(xù)時間(500)至少等于主機設(shè)備(200)和外圍設(shè)備(100)之間的發(fā)送傳播延遲加上與主機設(shè)備(200)相關(guān)的沖突檢測持續(xù)時間。
8．權(quán)利要求7的外圍設(shè)備(100)，還包括與發(fā)射機(120)相連的一個數(shù)據(jù)源(110)，用于提供數(shù)據(jù)(111)以便構(gòu)成數(shù)據(jù)流(411b)。
9．權(quán)利要求7的外圍設(shè)備(100)，還包括提供與時間相關(guān)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源(110)，而且其中發(fā)射機(120)開始發(fā)送進一步與該時間相關(guān)的數(shù)據(jù)相關(guān)的外圍發(fā)送信號(411)。
10．權(quán)利要求7的外圍設(shè)備(100)，其中數(shù)據(jù)源(110)至少是以下之一磁帶驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器和視盤驅(qū)動器。
11．用于控制在單信道通信路徑(50)之上的第一設(shè)備(100)和第二設(shè)備(200)之間的數(shù)據(jù)流的一種方法，包括步驟在單信道通信路徑(50)上開始發(fā)送來自第一設(shè)備(100)的第一發(fā)送信號(411)，第一發(fā)送信號(411)具有第一預(yù)定持續(xù)時間(421)，在單信道通信路徑(50)上開始發(fā)送來自第二設(shè)備(200)的第二發(fā)送信號(313)，第二發(fā)送信號(313)具有第二預(yù)定持續(xù)時間(321)，檢測第一發(fā)送信號(411)和第二發(fā)送信號(313)在一段公共時間(399)內(nèi)出現(xiàn)時發(fā)生的沖突(281)，以及當檢測到?jīng)_突(281)時，只終止在第二預(yù)定持續(xù)時間(321)內(nèi)的第二發(fā)送信號(313)，以及繼續(xù)發(fā)送第一預(yù)定持續(xù)時間(421)內(nèi)的第一發(fā)送信號(411)。
12．權(quán)利要求11的方法，其中第二發(fā)送信號(313)包括第二前置碼(720a)和第二數(shù)據(jù)流(720b)，第二前置碼(720a)具有第二前置碼持續(xù)時間(700)，以及只在第二前置碼持續(xù)時間(700)內(nèi)檢測沖突(281)。
13．權(quán)利要求12的方法，其中第一發(fā)送信號(411)包括第一前置碼(411a)和第一數(shù)據(jù)流(411b)，第一前置碼(411a)具有第一前置碼持續(xù)時間(500)，第一前置碼持續(xù)時間(500)至少是發(fā)送傳播延遲的三倍，以及第二前置碼持續(xù)時間(700)至少是發(fā)送傳播延遲的兩倍。
全文摘要
為了減少單信道通信系統(tǒng)中沖突檢測通常所關(guān)聯(lián)的時間和資源,本發(fā)明提供了一種方法和裝置,用于可確保系統(tǒng)中的一臺設(shè)備總能在沖突競爭中勝出的沖突協(xié)議。根據(jù)本發(fā)明總能在沖突競爭中勝出的設(shè)備既不需要包含沖突檢測器,也不需要通常用于緩存沖突結(jié)果的存儲資源。發(fā)送一旦開始,該設(shè)備還總能確保連續(xù)發(fā)送訪問。這種連續(xù)發(fā)送訪問特別適合于高速數(shù)據(jù)訪問設(shè)備,例如當其讀頭運行經(jīng)過時可連續(xù)訪問數(shù)據(jù)的磁盤、激光盤等等。
文檔編號H04L12/413GK1296687SQ99804792
公開日2001年5月23日 申請日期1999年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月1日
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