專利名稱：實現(xiàn)多總線到一總線進行不間斷流水切換的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多總線系統(tǒng)中多條流水總線到一條流水總線進行不間斷流水切換的方法。
多總線系統(tǒng)設計中，多總線的引入主要是因多個總線主控器需要在系統(tǒng)工作過程中并發(fā)對多個從設備進行操作，而需要多條總線的支持，這就涉及多總線系統(tǒng)中多個主設備對同一從設備或目標總線進行訪問的仲裁和切換。這方面已有文獻記載，如ARM公司的AHB總線仲裁器，采用由總線的主控器通過總線向總線仲裁器提出訪問請求，再由仲裁器向主設備返回一個應答信號，確定其可否訪問該總線。這種實現(xiàn)仲裁和切換的方法，由于有總線的主控器的參與，增加了總線切換的時間，降低了總線切換的效率。再如美國專利號為6023754的專利中提到的總線開關，通過開關的形式實現(xiàn)總線的切換，這種方式，降低了總線訪問的流水性和不間斷性?？傊F(xiàn)有技術的總線仲裁和切換方法，相對來說效率低，且實現(xiàn)較為復雜，成本相對較高。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種在多總線系統(tǒng)中，實現(xiàn)一條或多條總線以流水的方式不間斷地切換到另外一條總線上，在連續(xù)的請求中實現(xiàn)到目標總線的不間斷訪問，無需總線的主控器直接參與總線的切換；能夠在任何情況下對下一個總線的請求實現(xiàn)零周期的總線切換時間，切換效率高，實現(xiàn)成本低的，不間斷流水切換的方法和裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)，設計一種實現(xiàn)系統(tǒng)總線進行不間斷切換的方法和裝置，所述方法采用以下步驟實現(xiàn)a、總線通道接收部件對總線進行監(jiān)測，當監(jiān)測到某一總線向目標總線提出訪問請求時，總線通道接收部件立即對相應的訪問請求進行處理，并向仲裁部件發(fā)出對目標總線的訪問請求；b、仲裁部件根據(jù)請求和目標總線的狀態(tài)，依照循環(huán)優(yōu)先的原則對所有的請求進行仲裁，并最終產(chǎn)生仲裁的結果信號；
c、通道準入控制部件根據(jù)仲裁的結果將訪問請求送入目標總線；d、數(shù)據(jù)響應進出控制及響應產(chǎn)生部件根據(jù)仲裁結果，未決定將目標總線的數(shù)據(jù)及響應返回哪一路請求總線，如果請求總線沒有被選中，則產(chǎn)生一個相應的響應信號返回請求總線。
如圖1所示，系統(tǒng)處于待命狀態(tài)(此時仲裁器讓通道0一直占有通道的準入)，當總線通道接收部件監(jiān)測到總線上對目標總線的訪問時，立即對相關信號進行處理并向仲裁器發(fā)出請求信號，同進根據(jù)請求總線的HREADY信號對總線的訪問請求進行鎖定。仲裁部件根據(jù)仲裁的原則對所有的請求進行仲裁，并產(chǎn)生最終的仲裁結果到請求通道進入控制部件和總線請求響應部件。請求通道進入控制部件和總線請求響應部件根據(jù)仲裁的結果決定哪一路總線的請求進入目標總線，同時決定哪一路總線接收來自目標總線或者響應部件產(chǎn)生的響應信號。在請求進入目標總線后，仲裁器會根據(jù)目標總線的工作狀態(tài)判別數(shù)據(jù)通道的切換，在該請求結束后，仲裁器根據(jù)請求源和從設備的工作狀態(tài)，重新產(chǎn)生新的請求確認信號。根據(jù)仲裁原則，通道0具有最高的優(yōu)先級，通道1次之，通道2的優(yōu)先級最低；但在通道1有訪問權后，通道1具有最高的優(yōu)先級，通道2的優(yōu)先級次之，通道0的優(yōu)先級最低；如此循環(huán)。在沒有請求后，系統(tǒng)自動返回初始狀態(tài)，通道0具有目標總線的準入權。
如圖2所示，實現(xiàn)多總線到一總線，進行不間斷流水切換的方法和裝置，所述裝置包括a、具有自動監(jiān)測和鎖存總經(jīng)線上的訪問請求信號和立即向排隊網(wǎng)絡提供請求信號功能的并可使請求總線上的地址及控制信號進入目標總線通道接收部件；b、用于接受來自總線通道接收部件的請求信號，根據(jù)目標總線的狀態(tài)和循環(huán)排原則產(chǎn)生控制當前有效的通道控制信號進入目標總線，并選擇哪個通道請求總線能接收目標總線返回的響應的仲裁結果的仲裁部件；c、用于根據(jù)仲裁的結果控制不同總線通道接收部件相應的請求總線通道準入控制部件；d、用于根據(jù)仲裁的結果對目標總線返回的響應進入處理和對其它沒有得到訪問響應的請求總線產(chǎn)生響應信號的數(shù)據(jù)、響應進入控制及響應產(chǎn)生部件。
如圖3(以兩個通道為例)所示，本發(fā)明包括了如上所述的總線通道接收部件、請求仲裁部件、總線通道準入部件、數(shù)據(jù)進出控制通道和總線的響應處理部件四部分。AC(地址和總線訪問請求)通道是請求總線上的地址和控制信號進入從設備的受控通道，具有自動鎖存輸入信號和向排隊網(wǎng)絡提供請求的功能，是總線通道接收部件。排隊網(wǎng)絡接受來自AC通道的請求的信號，并根循環(huán)排隊的原則產(chǎn)生當前有效的通道信號；通道選擇產(chǎn)生部件根據(jù)目標總線的HREADY信號(從設備向總線輸出的表示上一個訪問請求是否完成的信號，高表示上一個請求完成)用二個“n”位寬的時鐘上升沿鎖存器(“n”表示n位外部通道的個數(shù))鎖定排隊網(wǎng)絡產(chǎn)生的結果信號用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)和請求響應的輸出的控制信號，這兩者構成了本發(fā)明的仲裁部件。由信號D控制的多路開關mux0，和由信號C控制的AC通道內的多個多路開關構成了通道準入控制部件。由C信號控制的MUX1和相應的響應信號產(chǎn)生組合邏輯電路(在圖中的AC通道內)構成了訪問數(shù)據(jù)和反饋信號的控制返回通道，沒有得到授權訪問的總線上的響應信號由組合邏輯(在圖中的AC通道內)產(chǎn)生，這些構成了數(shù)據(jù)和響應返回部件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本系統(tǒng)可實現(xiàn)二條或多條總線以流水的方式切換到另外一條總線上，在連續(xù)的請求中實現(xiàn)到目標總線的不間斷訪問，無需總線的主控器直接參與總線的切換；能夠在目標總線空閑或上一個總線的請求結束時，實現(xiàn)對下一個總線的請求零周期的總線切換時間，切換效率高，實現(xiàn)成本低。


圖1為本發(fā)明的原理流程圖；圖2為本發(fā)明裝置結構示意圖；圖3為以兩通道為例的本發(fā)明總線訪問進入目標通道的結構示意圖；圖4為本發(fā)明AC通道結構示意圖；圖5為本發(fā)明通道選擇產(chǎn)生部件原理示意圖。
下面結合實施例對本發(fā)明進一步詳述如圖4所示ACR(地址和總線訪問請求鎖存寄存器)寄存器、QACR(ACR寄存器輸出的鎖存寄存器)寄存器、HREADYx寄存器和多路開關MUX0構成的由HREADYx控制的總線地址和控制信號鎖存部件以及Rx(向請求仲裁器發(fā)出的請求信號)的產(chǎn)生電路。其中Rx＝(HSELX*HTRANS)+(MHSELX*MHTRANS)*Cx總線數(shù)據(jù)通道切換控制信號的反向。上式中HSELX為總線上的請求命中信號，QHSELX是HSELX信號的有效鎖存，QQHSELX是QHSELX的有效鎖存，HTRANS是表示總線的請求是否有效，高為有效表示HTRANS為SEQUENTIAL或NONSEQUENTIAL，MHTRANS信號為HTRANS信號有效鎖存的結果。Rx信號的產(chǎn)生實現(xiàn)了多總線到目標總線在連續(xù)請求中的不間斷流水切換。
由MUX1(MUX為二路到一路選擇器)構成的地址控制信號輸入選擇，Cx為總線數(shù)據(jù)通道切換控制信號，Cx為低時表示選中的是鎖存的訪問信號，反之為直接從總線上的請求輸入。由于Cx信號用來作為訪問數(shù)據(jù)和響應信號的控制以及切換信號，因而保證了請求信總線對目標總線訪問的流水性切換。
由MUX2和MUX3構成的HREADY和HRESP(目標總線上從設備的傳輸響應信號)信號產(chǎn)生部件。其控制信號是Dx和Cx，分別控制總線在請求剛被通道接收時以及在仲裁援權后的總線響應信號的產(chǎn)生。
當該端口對應總線上的HREADYx為高時，總線地址和控制信號鎖存部件的輸出將是當前總線上的地址和控制信號，否則將保持原有的值。它的作用有兩方面首先，監(jiān)控當前總線上的傳輸命令，并及時判斷當前傳輸是否結束(Rx＝0)；其次，當該總線端口不能占據(jù)通道時，在HREADY產(chǎn)生部件的協(xié)助下鎖存總線上的第一個傳輸請求。
地址控制信號輸出控制部件的主要功能是選擇將總線上的地址和控制信號直接輸出到從設備中(Cx＝1)，還是將鎖存的地址和控制信號輸出到從設備中(Cx＝0)。在通道選擇部件的支持下，當總線提出傳輸請求但沒有占據(jù)通道或HREADY信號為0時，將輸出已鎖存的總線初始命令。一旦該端口占據(jù)了通道將直接輸出總線上的后續(xù)控制信號。
HREADY信號產(chǎn)生部件的輸出由三種情況在總線無請求時輸出1；當總線有請求但是沒有占據(jù)通道或需要等待HREADY信號時，將輸出0；在占據(jù)通道的傳輸過程中直接輸出從設備的HREADY信號。上述地址和控制信號輸出以及HREADY信號的反饋都將在通道選擇部件的控制下完成。
如圖3為雙總線通道的實例，總線AC通道產(chǎn)生的請求信號發(fā)給仲裁部件，排隊網(wǎng)絡根據(jù)循優(yōu)先的原則和目標總線的狀態(tài)，產(chǎn)生相應的仲裁結果信號；選擇產(chǎn)生部件是由目標總線上的HREADY作為使能信號對排隊網(wǎng)絡結果進行寄存，HREADY為1時，C(總線數(shù)據(jù)通道切換控制信號)輸入使能；為0時，C鎖存上次的結果。
通道選擇產(chǎn)生部件的結構如圖5所示圖中CR寄存器是一個位寬與總線的數(shù)量一致的D寄存器；QCR是CR寄存器輸出結果的寄存器。該部件的主要含義是排隊網(wǎng)絡產(chǎn)生的結果D(請求仲裁器的最終結果輸出信號。以下同)只有在從設備輸出的HREADY信號為1時才能影響真正引起通道的切換，否則將保持原有的輸出值C不變。C較排隊網(wǎng)絡的輸出D要慢一個HREADY為1的節(jié)拍。這主要有兩個功能1.當端口沒有占據(jù)通道時，Cx為0。此時將保持該端口輸出的傳輸命令為端口已寄存的總線首次傳輸命令。此時要進入直通傳輸過程需要兩個條件首先，相應的D為1，表示通道選擇了該端口，同時從設備的HREADY＝1表示從設備已經(jīng)做好接收命令的請求。當這兩個條件都滿足的時候，Cx將被設置為0。這時該端口的后續(xù)地址和控制命令將直接輸入到從設備中。
2.由于AHB總線的流水特性，總線上的數(shù)據(jù)相位較地址和控制相位要晚一個周期以上。當總線上的傳輸請求撒消后，從設備的數(shù)據(jù)通道輸入還應保持原有總線端口的輸入，直至從設備給出HREADY信號。
圖4、圖5中排隊網(wǎng)絡中的C信號的初始化值只有C0為1，其余全部為0。對于只有兩個通道的排隊網(wǎng)絡中第x位的邏輯表達式為D0=R0*(C0+C1*R‾1)+R‾1*R‾0;]]>Dx=Rx*(Cx+Cx-1*Rx-1‾);(x=1)]]>對于有三個通道的排隊網(wǎng)絡中第x位的邏輯表達式為D0=R0*(C0+C2*R‾2+C1*R‾1*R2‾)+R‾2*R1‾*R0‾;]]>Dx=Rx*(Cx+Cx-1*Rx-1‾+Cx-2*Rx-1‾*Rx-2‾)+Cx-1*Rx-2‾*Rx-1‾*Rx‾;(x=1,2)]]>該邏輯表達式和初始化值使得排隊網(wǎng)絡具有以下特性(1)某一有請求的總線一旦占據(jù)了通道，它將一直占用下去直到該總線上的請求撒消。
(2)總線的優(yōu)先權仲裁是按照輪轉的方式進行。
(3)當總線無請求是，通道將缺省“停靠”在總線0上。一般來說，總線0應該是具有最高訪問可能性的總線，這樣可以減少通道切換的開銷。
圖5中的數(shù)據(jù)控制通道由Cx信號控制不同總線的數(shù)據(jù)總線對目標總線的切換，在選中目標總線的讀周期，該部件根據(jù)Cx的值決定數(shù)據(jù)的輸出到哪一路總線上，如果目標總線沒有被選中，則總線響應界面產(chǎn)生相應響應信號；在寫周期，數(shù)據(jù)控制通道根據(jù)請求總線對目標總線的選中情況連接不同的數(shù)據(jù)輸入總線。
本發(fā)明的結構(方法)在作以下的變更后，還可以有以下作用如果本發(fā)明中的多總線是一條總線的多個主設備，那么本發(fā)明的結構可以用來作總線的仲裁器。
如果本發(fā)明中的目標總線上只一個從設備，那么本發(fā)明就可以用來做可支持多端口訪問的多設備的端口仲裁裝置。
權利要求
1.一種實現(xiàn)多總線到一總線進行不間斷流水切換的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟a.總線通道接收部件對總線進行監(jiān)測，當監(jiān)測到任一總線向目標總線提出訪問請求時，總線通道部件接收對仲裁部件發(fā)出請求；b.仲裁部件根據(jù)請求信號和目標總線的狀態(tài)以及循環(huán)優(yōu)先的原則，對所有的請求進行仲裁，并產(chǎn)生最終的仲裁結果；c.通道準入控制部件根據(jù)仲裁的結果將訪問請求送入目標總線；d.數(shù)據(jù)、響應進出控制及響應產(chǎn)生部件根據(jù)仲裁的結果，來決定將目標總線的數(shù)據(jù)及響應返回哪一路請求總線，如果請求總線沒有被選中，則產(chǎn)生一個相應的響應信號返回請求總線。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于a步驟中的通道部件對仲裁部件所發(fā)出的請求信號Rx是依據(jù)以下邏輯關系來確定的，總線上的請求命中信號HSELx和表示總線的請求是否有效的信號HTRANSx邏輯與，總線上的請求命中信號HSELx有效鎖存為信號QHSELx，信號QHSELx有效鎖存為信號QQHSELx，信號QQHSELx與信號QHSELx組合產(chǎn)生信號MHSELx，信號MHSELx與信號HTRANSx的有效鎖存信號MHTRANSx邏輯與，這些信號的邏輯表達式為Rx＝(HSELx*HTRANSx)+(MHSELx*MHTRANSx)*Cx，Cx為總線數(shù)據(jù)通道切換控制信號，Rx信號的產(chǎn)生實現(xiàn)了多總線到目標總線在連續(xù)請求中不間斷流水切換。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于b步驟中Cx信號的產(chǎn)生，是由目標總線的HREADY信號通過寄存器的鎖定來實現(xiàn)的。
4.一種實現(xiàn)多總線到一總線進行不間斷流水切換的裝置，其特征在于，所述裝置包括a.具有自動監(jiān)測和鎖存請求總線上的訪問信號和立即向排隊網(wǎng)絡提供仲裁請求信號功能的，并可使請求總線上的地址及控制信號進入目標總線的總線通道接收部件；b.用于接受來自總線通道接收部件的請求信號，根據(jù)目標總線的狀態(tài)和循環(huán)優(yōu)先原則產(chǎn)生控制當前有效的通道信號進入目標總線，并選擇哪個通道請求總線能接收目標總線返回的響應的仲裁結果的仲裁部件；c.用于根據(jù)仲裁的結果控制不同總線通道接收部件使相應的請求總線進入目標總線的通道準入控制部件；d.用于根據(jù)仲裁的結果對目標總線返回的響應進行處理和對其它沒有得到訪問響應的請求總線產(chǎn)生響應信號的數(shù)據(jù)、響應進出控制及響應產(chǎn)生部件。
全文摘要
一種實現(xiàn)多總線到一總線,進行不間斷流水切換的方法和裝置,所述方法是通過總線的通道接收部件對總線的訪問進行監(jiān)測,當任一總線對目標總線有請求時,仲裁部件根據(jù)當前的請求和目標總線的狀態(tài)產(chǎn)生仲裁信號,給以相應的執(zhí)行。所述的裝置包括:目標總線的訪問接收通道、仲裁部件、訪問準入通道和訪問響應處理部件。本發(fā)明,無需總線的主控器直接參與,能夠實現(xiàn)零周期的總線切換,效率高,成本低。
文檔編號G06F13/12GK1366240SQ01107469
公開日2002年8月28日 申請日期2001年1月18日 優(yōu)先權日2001年1月18日
發(fā)明者朱子宇, 陳虎, 劉華預, 王良清 申請人:深圳市中興集成電路設計有限責任公司