專利名稱：多設(shè)備系統(tǒng)中的通信子系統(tǒng)及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多設(shè)備系統(tǒng)及用于其中的通信方法，尤其涉及采用了改進的變速率數(shù)據(jù)傳送方式的多設(shè)備系統(tǒng)及其通信方法，使系統(tǒng)中的實時設(shè)備在得到快速有效的響應(yīng)的情況下能保證較高的總線頻率。
背景技術(shù)：
半導體生產(chǎn)工藝的迅猛發(fā)展大大推動了集成電路設(shè)計業(yè)的發(fā)展，特別是半導體生產(chǎn)工藝中深亞微米技術(shù)的出現(xiàn)把單芯片系統(tǒng)設(shè)計推到了集成電路設(shè)計的前沿。單芯片系統(tǒng)技術(shù)，是把以前分散在多個不同的芯片上的多個處理器集成在同一塊芯片上，以形成一個功能完善、性能優(yōu)化的完整的系統(tǒng)。由于單芯片系統(tǒng)的物理面積和封裝針腳相對于多芯片系統(tǒng)都有了較大幅度的減少，使得整個系統(tǒng)的生產(chǎn)成本相應(yīng)地大幅度降低。另一方面，系統(tǒng)中的知識產(chǎn)權(quán)(IP)復(fù)用技術(shù)縮短了單芯片系統(tǒng)的設(shè)計周期，使系統(tǒng)的設(shè)計成本也得以降低。
單芯片系統(tǒng)中可能包括各種處理器，如中央處理器(CPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)和各種專用集成電路(ASIC)等，以及存儲單元，甚至可能包括各種內(nèi)設(shè)處理器內(nèi)核的子系統(tǒng)。整個系統(tǒng)規(guī)模的擴大使系統(tǒng)的復(fù)雜性較之以前的多芯片系統(tǒng)也大為提高，因而如何合理有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各個處理器或者是子系統(tǒng)的運行在整個系統(tǒng)設(shè)計過程中成為一個相當重要的問題?？偩€架構(gòu)就是用來達成系統(tǒng)中各個處理器或者子系統(tǒng)的相互通信，包括指令傳送和數(shù)據(jù)傳送。
在多設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)多個設(shè)備之間的信號傳送中，向總線發(fā)出請求，要求進行信號傳送的設(shè)備稱為主設(shè)備；而主設(shè)備要求與之進行信號傳送的目標設(shè)備則稱為從設(shè)備。對于多設(shè)備的通信常常是采用仲裁器來對多個設(shè)備發(fā)出的總線使用請求作出判斷，根據(jù)各種算法決定出給予總線占有權(quán)的設(shè)備，然后由獲得授權(quán)的主設(shè)備占有總線與相應(yīng)的從設(shè)備進行通信。為了達到減小電路面積、降低制造成本的目的，多設(shè)備系統(tǒng)中常常采用共享總線的方式達成總線上各設(shè)備的通信；但在同一時間總線上只能由一個主設(shè)備占有總線進行通信。另一方面，多設(shè)備系統(tǒng)中的各個設(shè)備其本身性質(zhì)就常常是各不相同，有的是輸入輸出設(shè)備，如鍵盤、鼠標或顯示器等，而有的是中央處理器(CPU)和數(shù)字信號處理系統(tǒng)(DSP)等，或是一些其他的子系統(tǒng)等。輸入輸出設(shè)備對于總線的響應(yīng)速度要求并不高，因此它所需的帶寬并不要求很高，而中央處理器和數(shù)字信號處理系統(tǒng)等處理器類對實時響應(yīng)速度有著較高的要求，相應(yīng)地也要求總線能夠為其提供高速帶寬。如果把帶寬要求高和帶寬要求不高或者還有一些對帶寬要求介于二者之間的設(shè)備直接同時連接到總線上，而同時由一個仲裁器進行集中式仲裁，往往造成各種帶寬不同的設(shè)備之間的相互制約，而不能及時對實時設(shè)備進行響應(yīng)。
現(xiàn)今單芯片系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展使集成電路單位面積功能增加得以實現(xiàn)，而市場需求又一起推動著系統(tǒng)中更多功能的集成，多功能的實現(xiàn)從硬件上而言不可避免地要在系統(tǒng)中加入更多用來執(zhí)行各種功能的設(shè)備。在多設(shè)備系統(tǒng)的總線架構(gòu)中，如果主設(shè)備和從設(shè)備增多，數(shù)據(jù)傳送過程中的布線延時就會對數(shù)據(jù)傳送速率產(chǎn)生較大的影響，因而引起總線的頻率迅速下降。而由于近年來在大規(guī)模集成電路中系統(tǒng)頻率的大幅度提高和布線的密集也使得布線延時在整個系統(tǒng)的傳輸延遲占有的比例越來越高，導致系統(tǒng)傳輸延遲的不確定性也相應(yīng)增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用變速率數(shù)據(jù)傳送方法的多設(shè)備系統(tǒng)，該系統(tǒng)對總線上的多個設(shè)備進行分層仲裁并采用不同的速率進行數(shù)據(jù)傳送，從一個方面提高了總線的頻率，保證了對快速響應(yīng)有較高要求的設(shè)備的響應(yīng)速度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多設(shè)備系統(tǒng)，包括至少一條總線；至少一個仲裁器；與總線和仲裁器相連接的多個主設(shè)備；與總線和仲裁器相連接的多個從設(shè)備，多個從設(shè)備中的任何一個都可通過總線與多個主設(shè)備中的任何一個進行數(shù)據(jù)傳送操作；其中，按照各主設(shè)備和/或從設(shè)備對總線帶寬要求的不同，該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備被分別劃分成多個不同級別，其中級別高的主設(shè)備具有比級別低的主設(shè)備更高的總線響應(yīng)速度要求；級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率；級別低于第一預(yù)定閾值的主設(shè)備與從設(shè)備之間的通信或主設(shè)備與級別低于第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信則采用較低的數(shù)據(jù)傳送速率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種多設(shè)備系統(tǒng)中的通信方法，該多設(shè)備系統(tǒng)包括至少一條總線；至少一個與總線相連接的仲裁器；與總線和仲裁器相連接的多個主設(shè)備；與總線和仲裁器相連接的多個從設(shè)備，多個從設(shè)備中的任何一個都可通過總線與多個主設(shè)備中的任何一個進行數(shù)據(jù)傳送操作；其中，該方法包括下列步驟按照各主設(shè)備和/或從設(shè)備對總線帶寬要求的不同，將該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備分別劃分成多個不同級別，級別高的主設(shè)備具有比級別低的主設(shè)備更高的總線響應(yīng)速度要求；所述仲裁器判斷當級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間進行通信時，采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率；當級別低于第一預(yù)定閾值的主設(shè)備與從設(shè)備之間進行通信或主設(shè)備與級別低于第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間進行通信時，則采用較低的數(shù)據(jù)傳送速率。
此外，根據(jù)本發(fā)明的附加方面，在物理布局上，較高級別的主設(shè)備和較高級別的從設(shè)備離總線上的仲裁器較近，而較低級別的主設(shè)備和較低級別的從設(shè)備離總線上的仲裁器較遠。
這樣，帶寬要求較高的主設(shè)備和從設(shè)備之間的通信采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率，能夠很快地完成數(shù)據(jù)傳送操作，同時從物理布局上，較高層次的主設(shè)備和較高層次的從設(shè)備離總線仲裁器較近，受到布線延時的影響也相應(yīng)減小，因此很好地能夠滿足此類設(shè)備的帶寬要求。而帶寬要求較低的主設(shè)備和從設(shè)備雖然離總線仲裁器較遠，但采用了較低的數(shù)據(jù)傳送速率，主設(shè)備和從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送的時間受布線延時的影響同樣有所減小，使得系統(tǒng)傳輸延時的不確定性也能相應(yīng)降低。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。


以下附圖為對本發(fā)明示例性實施例的輔助說明，結(jié)合以下附圖對本發(fā)明實施例的闡述，是為進一步揭露本發(fā)明的特征所在，但并不限制本發(fā)明，圖中相同符號代表實施例中相應(yīng)元件或步驟，其中圖1為本發(fā)明一實施例的多設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示多設(shè)備系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)拓樸圖；圖3為本發(fā)明一實施例的通信子系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明一實施例的仲裁器的結(jié)構(gòu)框架圖；圖5為本發(fā)明一實施例的通信方法的示意流程圖；圖6為本發(fā)明一實施例的第二階段仲裁的示例性時序圖；圖7為本發(fā)明一實施例的第一階段仲裁的仲裁時機的示例性時序圖；圖8為本發(fā)明一實施例中仲裁器的仲裁狀態(tài)機工作原理圖；圖9為本發(fā)明一實施例的正向仲裁示例性時序圖；和圖10為本發(fā)明一實施例的反向仲裁時機時序圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一實施例的多設(shè)備系統(tǒng)包括一總線101，與總線101相連的仲裁器102以及分別與該總線相連的六個主設(shè)備和六個從設(shè)備，如圖1所示。其中主設(shè)備可以是CPU、DSP、ASIC或者是子系統(tǒng)等；從設(shè)備可以是同步動態(tài)隨機訪問存儲器(SDRAM)或直接存取存儲器(DMA)等設(shè)備。總線上的仲裁器可以對連接在總線上的各設(shè)備提出的總線使用請求做出仲裁，經(jīng)仲裁選中的主設(shè)備占有總線與對應(yīng)的從設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送。
主設(shè)備可以分成重要主設(shè)備和次要主設(shè)備。本實施例中主設(shè)備AM、主設(shè)備BM和主設(shè)備CM為重要主設(shè)備，而主設(shè)備DM、主設(shè)備EM和主設(shè)備FM為次要主設(shè)備。一般而言，可以把對總線響應(yīng)速度要求較高的主設(shè)備設(shè)為重要主設(shè)備，如需進行實時處理的設(shè)備等，而把對響應(yīng)速度要求不是太高的設(shè)備設(shè)為次要主設(shè)備。類似地，從設(shè)備也分成重要從設(shè)備和次要從設(shè)備。在本實施例中從設(shè)備AS、從設(shè)備BS和從設(shè)備CS為重要從設(shè)備，而從設(shè)備DS、從設(shè)備ES和從設(shè)備FS為次要從設(shè)備。一般而言，可以把對總線響應(yīng)速度要求較高的從設(shè)備設(shè)為重要從設(shè)備，如需進行實時處理的設(shè)備等，而把對響應(yīng)速度要求不是太高的設(shè)備設(shè)為次要從設(shè)備。在其他實施例中，也可以將主設(shè)備和從設(shè)備分成多個而不僅僅是兩個級別，即，第一級主(從)設(shè)備、第二級主(從)設(shè)備...。它們依次具有更高或更低的響應(yīng)速度要求。
圖2為本實施例中總線系統(tǒng)的物理布局示意圖。圖2示意性地表示出，在物理布局上重要主設(shè)備AM、重要主設(shè)備BM和重要主設(shè)備CM，離仲裁器較近，而次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM離仲裁器較遠；重要從設(shè)備AS、重要從設(shè)備BS和重要從設(shè)備CS離仲裁器較近，而次要從設(shè)備DS、次要從設(shè)備ES和次要從設(shè)備FS離仲裁器較遠。總線上并對主設(shè)備和從設(shè)備分別設(shè)置了兩層多路復(fù)用器。次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM，分別有信號線連接至第二主設(shè)備多路復(fù)用器202的輸入端，第二主設(shè)備多路復(fù)用器202的輸出端連接至第一主設(shè)備多路復(fù)用器201的輸入端。第二主設(shè)備多路復(fù)用器202另有信號線與仲裁器102相連，使次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM也可以直接向仲裁器102傳送數(shù)據(jù)。重要主設(shè)備AM、重要主設(shè)備BM和重要主設(shè)備CM各有相應(yīng)的信號線連接至第一主設(shè)備多路復(fù)用器201的輸入端，第一主設(shè)備多路復(fù)用器201的輸出端連接至所有從設(shè)備。這樣，所有主設(shè)備可以在得到總線授權(quán)后直接向?qū)?yīng)的從設(shè)備傳送數(shù)據(jù)。類似地，次要從設(shè)備DS、次要從設(shè)備ES和次要從設(shè)備FS，分別有信號線連接至第二從設(shè)備多路復(fù)用器204的輸入端，第二從設(shè)備多路復(fù)用器204的輸出端連接至第一從設(shè)備多路復(fù)用器203的輸入端。重要從設(shè)備AS、重要從設(shè)備BS和重要從設(shè)備CS各有相應(yīng)的信號線連接至第一從設(shè)備多路復(fù)用器203的輸入端，第一從設(shè)備多路復(fù)用器203的輸出端連接至所有主設(shè)備。這樣，在進行讀操作時，所有從設(shè)備可以直接向相應(yīng)的主設(shè)備返回數(shù)據(jù)。在其他實施例中，也可以只使用一層多路復(fù)用器，或根據(jù)實際設(shè)備的數(shù)量來選擇多路復(fù)用器的層數(shù)。
重要主設(shè)備和重要從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送速率較大，而重要主設(shè)備和次要從設(shè)備之間、次要主設(shè)備和重要從設(shè)備之間以及次要主設(shè)備和次要從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送速率較小。在本實施例中，重要主設(shè)備AM、重要主設(shè)備BM或重要主設(shè)備CM與重要從設(shè)備AS、重要從設(shè)備BS或重要從設(shè)備CS之間的數(shù)據(jù)傳送速率為1個數(shù)據(jù)/時鐘周期，如總線為32位，總線頻率為1兆赫茲，則數(shù)據(jù)傳送速率為32兆位/秒。重要主設(shè)備AM、重要主設(shè)備BM或重要主設(shè)備CM與次要從設(shè)備DS、次要從設(shè)備ES或次要從設(shè)備FS之間、次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM或次要主設(shè)備FM與重要從設(shè)備AS、重要從設(shè)備BS或從要主設(shè)備CS之間，以及次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM或次要主設(shè)備FM與次要從設(shè)備DS、次要從設(shè)備ES或次要從設(shè)備FS之間的數(shù)據(jù)傳送速率為1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期，如前述總線為32位，總線頻率為1兆赫茲，則數(shù)據(jù)傳送速率為16兆位/秒，小于重要主設(shè)備與重要從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送速率32兆位/秒。當然，正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能夠理解的，在將主(從)設(shè)備分為多個級別，即，不僅僅劃分為重要和次要主(從)設(shè)備的情況下，可以在仲裁時根據(jù)一預(yù)定的主設(shè)備級別閾值和一預(yù)定的從設(shè)備級別閾值來進行所使用的傳輸速率的判斷。例如，可以將主設(shè)備AM、BM設(shè)為第一級主設(shè)備，主設(shè)備CM、DM設(shè)為第二級主設(shè)備，主設(shè)備EM、FM設(shè)為第三級主設(shè)備，第一級主設(shè)備具有最高的總線響應(yīng)速度要求，而第三級主設(shè)備則具有最低的總線響應(yīng)速度要求；將從設(shè)備AS、BS設(shè)為第一級從設(shè)備，從設(shè)備CS、DS設(shè)為第二級從設(shè)備，從設(shè)備ES、FS設(shè)為第三級從設(shè)備，第一級從設(shè)備具有最高的總線響應(yīng)速度要求，而第三級從設(shè)備則具有最低的總線響應(yīng)速度要求。在仲裁過程中，可以設(shè)定為級別超過第二級的主設(shè)備和級別超過第三級的從設(shè)備之間采用較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，而其余情況則采用較低的傳輸速率。當然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，根據(jù)實際情況的不同，還可以對所需使用的傳輸速率作進一步劃分，而不僅僅用較高和較低的兩種傳輸速率。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的通信子系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，該通信子系統(tǒng)包括劃分裝置301、判斷裝置302和數(shù)據(jù)傳輸裝置303。在劃分裝置301中，將該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備被分別劃分成多個不同級別的劃分裝置，其中劃分的標準主要依據(jù)總線響應(yīng)速度要求，以及對帶寬要求和延遲的綜合考慮。劃分裝置301隨后將具體的劃分結(jié)果提供給判斷裝置302使用。在判斷裝置302中，判斷所述請求的通信是否將發(fā)生在級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間，并將判斷結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)傳送裝置303使用。根據(jù)判斷裝置302的判斷結(jié)果，數(shù)據(jù)傳送裝置303進行數(shù)據(jù)傳送，其中該裝置對級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率；而對級別低于第一預(yù)定閾值的主設(shè)備與從設(shè)備之間的通信或主設(shè)備與級別低于第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信則采用較低的數(shù)據(jù)傳送速率。
本實施例中總線使用請求分為兩個等級，包括REQ級別和CREQ級別。其中CREQ級別比REQ級別的總線使用請求級別高，在仲裁時可優(yōu)先獲得總線授權(quán)。
在本實施例中，總線采用流突發(fā)形式的數(shù)據(jù)傳送方式。以流突發(fā)的形式進行數(shù)據(jù)傳送，可傳送的數(shù)據(jù)包括單一數(shù)據(jù)或/和突發(fā)形式的數(shù)據(jù)。同一個流突發(fā)中的單一數(shù)據(jù)或一個完整的地址連續(xù)的突發(fā)數(shù)據(jù)可稱為一個分段突發(fā)，而分段突發(fā)之間的地址可以不連續(xù)，在本實施例中一個流突發(fā)中的不同分段突發(fā)還可以發(fā)送給不同的目標從設(shè)備。本實施例中規(guī)定了MLast信號發(fā)送主設(shè)備給仲裁器的分段突發(fā)結(jié)束碼來指示數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)。MLast信號有四類值，分別是CONT、LAST、SAME和DIFF。CONT表示一個分段突發(fā)正在傳送過程中；LAST表示一個完整的流突發(fā)已經(jīng)結(jié)束；SAME表示當前分段突發(fā)已經(jīng)結(jié)束，但流突發(fā)尚未結(jié)束，而下一個分段突發(fā)訪問的從設(shè)備與當前分段突發(fā)相同；DIFF表示一個流突發(fā)尚未結(jié)束，當前分段突發(fā)已經(jīng)結(jié)束，而下一個分段突發(fā)訪問的從設(shè)備與當前分段突發(fā)不相同。當MLast信號為LAST、SAME、DIFF這三種值時，表示當前分段突發(fā)已經(jīng)結(jié)束。在分段突發(fā)結(jié)束時，仲裁器進入可仲裁狀態(tài)，下文將對此作進一步描述。在一個流突發(fā)的傳送過程中，如果沒有其他較高級別的請求提出，當前正在進行數(shù)據(jù)傳送的主設(shè)備持續(xù)占有總線進行數(shù)據(jù)傳送操作；如果有其他較高級別的總線使用請求在流突發(fā)的傳送過程中提出，且此時仲裁器進入可仲裁狀態(tài)，則仲裁器將對當前流突發(fā)的總線使用請求和其他較高級別的總線使用請求一并進行仲裁，選中較高級別的總線使用請求進行總線授權(quán)。
當總線上的主設(shè)備要求使用總線進行數(shù)據(jù)傳送操作時，首先會發(fā)出總線使用請求給仲裁器，由仲裁器按照預(yù)設(shè)的算法判斷出可優(yōu)先進行的請求。本實施例中仲裁器可進行的仲裁包括正向仲裁和反向仲裁兩個部分。正向仲裁是指對主設(shè)備發(fā)出的總線使用請求進行仲裁；反向仲裁是指在讀操作中對從設(shè)備為返回數(shù)據(jù)而發(fā)出的總線使用請求進行仲裁。而正向仲裁又包括兩層仲裁，分別是第二階段仲裁和第一階段仲裁。
圖4所示的仲裁器包括實現(xiàn)第二階段仲裁的正向第二階段仲裁模塊404、實現(xiàn)第一階段仲裁的正向第一階段仲裁模塊401和實現(xiàn)反向仲裁的反向仲裁模塊405。正向仲裁后的各信號經(jīng)過正向解碼器403解碼后送給相應(yīng)的主設(shè)備和從設(shè)備；反向仲裁后的各信號經(jīng)過反向解碼器406解碼后送給相應(yīng)的從設(shè)備和主設(shè)備。正向第二階段仲裁模塊404對次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM或次要主設(shè)備FM發(fā)出的總線使用請求進行仲裁，再將仲裁結(jié)果送入第一階段仲裁模塊401；第一階段仲裁模塊401則把重要主設(shè)備發(fā)出的總線使用請求和第二階段的仲裁結(jié)果一起進行仲裁。
正向仲裁的第二階段在任何時間都可進行新的仲裁，所采用的仲裁算法可以是熟悉相關(guān)技術(shù)人員所知曉的各種算法。在本實施例中，正向第二階段仲裁模塊404是采用固定優(yōu)先權(quán)算法進行仲裁，即對每一個主設(shè)備設(shè)定一個確定的優(yōu)先權(quán)等級，在同一時間有兩個或兩個以上的主設(shè)備提出請求時，則選中優(yōu)先級別較高的主設(shè)備進入第一階段。例如，本實施例中，次要主設(shè)備包括次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM，其優(yōu)先權(quán)等級分別設(shè)定為1級、2級和3級。這樣，當次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM同時提出請求時，仲裁器將選中優(yōu)先權(quán)等級相對較高的次要主設(shè)備DM提出的總線請求作為仲裁結(jié)果，送入第一階段仲裁模塊。
下面將參見圖5對根據(jù)本發(fā)明的通信方法進行描述。該方法從步驟501開始，在步驟502中，該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備分別劃分成多個不同級別，級別高的主設(shè)備具有比級別低的主設(shè)備更高的總線響應(yīng)速度要求；在步驟503，主設(shè)備發(fā)出的總線使用請求，則送入仲裁器進行仲裁，仲裁結(jié)果即為得到總線授權(quán)響應(yīng)的總線使用請求，本實施例中，以信號AMNum來表示得到響應(yīng)的主設(shè)備，以信號MDstnum來表示總線使用請求所對應(yīng)的目標從設(shè)備；在步驟504將根據(jù)信號AMNum來判斷發(fā)出該總線使用請求的主設(shè)備是否為重要主設(shè)備，如果不是重要主設(shè)備，則按步驟507，得到響應(yīng)的主設(shè)備以較低的傳送速率與對應(yīng)從設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送操作；如果是重要主設(shè)備，則進一步在步驟505中判斷該總線使用請求要求進行數(shù)據(jù)傳送的目標從設(shè)備是否為重要從設(shè)備，如果不是重要從設(shè)備，仍按步驟507，得到響應(yīng)的主設(shè)備以較低的傳送速率與對應(yīng)從設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送操作；如果是重要從設(shè)備，則按步驟506，得到響應(yīng)的主設(shè)備以較高的傳送速率與對應(yīng)從設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送操作。
圖6描述了第二階段仲裁一個示例性的時序圖，其中次要主設(shè)備DM發(fā)出的總線使用請求的信號包括MReq3、MLast3和MDstnum3，分別指出請求的級別、數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)和目標從設(shè)備的號碼，類似的，次要主設(shè)備E發(fā)出的總線使用請求的信號包括MReq4，MLast4和MDstnum4。第二階段仲裁模塊發(fā)出的仲裁結(jié)果信號包括A2Req，A2Last、A2Dstnum和A2MNum，這些信號分別指出第二級仲裁后得到的請求的級別、數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)、目標從設(shè)備的號碼和響應(yīng)的主設(shè)備的號碼。本實施例中，對重要主設(shè)備AM、重要主設(shè)備BM、重要主設(shè)備CM、次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM、次要主設(shè)備FM依序編號為0、1、2、3、4、5；類似地，對重要從設(shè)備AS、重要從設(shè)備BS、重要從設(shè)備CS、次要從設(shè)備DS、次要從設(shè)備ES、次要從設(shè)備FS依序編號為0、1、2、3、4、5。
當次要主設(shè)備DM、次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM同時提出總線使用請求時，根據(jù)優(yōu)先等級，仲裁器102將優(yōu)先選中次要主設(shè)備DM提出的總線使用請求；若只有次要主設(shè)備EM和次要主設(shè)備FM同時提出總線使用請求時，根據(jù)優(yōu)先等級，仲裁器102將優(yōu)先選中次要主設(shè)備EM提出的總線使用請求。因此，在圖6的時序中，第二階段仲裁模塊404發(fā)出的仲裁結(jié)果為優(yōu)先響應(yīng)次要主設(shè)備DM的總線使用請求。在次要主設(shè)備DM的總線使用請求響應(yīng)結(jié)束后，仲裁器102才對次要主設(shè)備EM此時發(fā)出的總線使用請求做出響應(yīng)。第二階段仲裁模塊404發(fā)出的仲裁結(jié)果信號，包括A2Req，A2Last、A2Dstnum和A2MNum等，送入第一階段仲裁模塊401參與仲裁。在圖6的示例中，假定此時無其他總線使用請求參與仲裁或第二階段仲裁模塊404被優(yōu)先選中，則在第一階段仲裁模塊401中總線上的仲裁器102將發(fā)出仲裁信號，包括圖6示出的總線授權(quán)信號AGrant和授權(quán)主設(shè)備信號AMNum等。在本實施例中由于次要主設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率始終為較低的速率，即1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期，因此，仲裁器對于次要主設(shè)備送出的數(shù)據(jù)在兩個時鐘周期只對一個數(shù)據(jù)的傳送操作發(fā)出AGrant有效信號進行響應(yīng)。
正向第一階段仲裁并不是在任何時間都可進行新的仲裁，而只是在滿足一定條件而允許仲裁的時候才能進行仲裁。一般情況下，第一階段可以進行仲裁的首要條件是當前仲裁器處于空閑狀態(tài)。本實施例中，仲裁器102提供了Arb_state信號，當該信號為IDLE時，表示仲裁器當前處于空閑狀態(tài)，即當前無正在進行中的仲裁操作。
第一階段仲裁采用了分級仲裁機制，在本實施例中包括REQ仲裁時機和CREQ仲裁時機。對應(yīng)于這兩個仲裁時機，分別設(shè)有較低級仲裁時機信號AREQ_arb和較高級仲裁時機信號ACREQ_arb信號。針對本實施例流突發(fā)形式的數(shù)據(jù)傳送方式，仲裁狀態(tài)機402中只有在出現(xiàn)LAST、SAME和DIFF這三種分段突發(fā)結(jié)束碼時，才能進入仲裁狀態(tài)。在本實施例中，一個流突發(fā)過程只能被CREQ級別的其他總線使用請求中斷，而REQ級別的其他總線使用請求是不能中斷一個流突發(fā)的。因此，在出現(xiàn)LAST信號時，AREQ_arb信號與ACREQ_arb信號同時有效；在出現(xiàn)SAME或DIFF信號時，只有ACREQ_arb信號有效。
圖7示例性地以一個仲裁時機的時序?qū)Υ俗隽苏f明。ALast信號為仲裁器的正向解碼器在主設(shè)備發(fā)出的MLast信號經(jīng)仲裁器仲裁后而發(fā)出的信號，圖中共有三個示例，分別為LAST、SAME和DIFF。LAST信號表示一個流突發(fā)結(jié)束，此時AREQ_arb和ACREQ_arb兩個信號同時有效；SAME和DIFF均只表示一個分段突發(fā)已經(jīng)結(jié)束，而流突發(fā)未結(jié)束，此時只有ACREQ_arb信號有效。
參見圖8，本實施例的仲裁狀態(tài)機共包括三個狀態(tài)IDLE、ARBLEVEL1和ARBLEVEL2。ARBLEVEL1和ARBLEVEL2分別為前文所述的REQ仲裁時機和CREQ仲裁時機。其中，下列表1列出了該仲裁狀態(tài)機轉(zhuǎn)移狀態(tài)所需滿足的具體條件

當Arb_state信號為IDLE，并且滿足條件1，即AREQ_arb信號有效時，只有REQ級別的有效請求而沒有CREQ級別的有效請求，仲裁器進入ARBLEVEL1仲裁狀態(tài)。在ARBLEVEL1仲裁狀態(tài)下，仲裁器可以對主設(shè)備發(fā)出的REQ和CREQ級別的總線使用請求進行仲裁。當Arb_state信號為IDLE，并且滿足條件3，即ACREQ arb信號有效時，只要有CREQ級別的有效請求，而無論是否有REQ級別的有效請求，仲裁器進入ARBLEVEL2仲裁狀態(tài)。在ARBLEVEL 2仲裁狀態(tài)下，仲裁器102只對主設(shè)備發(fā)出的CREQ級別的總線使用請求進行仲裁，而REQ級別的總線使用請求不參與仲裁。
從圖8也可以看到，仲裁狀態(tài)機中ARBLEVEL1和ARBLEVEL2兩個狀態(tài)在一定的條件也可以相互轉(zhuǎn)換。因此，在本實施例中，引入了AEnterST2信號，用來記錄被中斷的仲裁現(xiàn)場。當仲裁器正在ARBLEVEL1狀態(tài)下仲裁時，由于出現(xiàn)較高級別的有效請求，如CREQ請求，需要轉(zhuǎn)換仲裁狀態(tài)到ARBLEVEL2狀態(tài)下，此時記AEnterST2信號為1。由于仲裁器從ARBLEVEL1狀態(tài)下轉(zhuǎn)換到ARBLEVEL2狀態(tài)下時，需記AEnterST2信號為1，這樣，在AEnterST2信號為1的情況下，當ARBLEVEL2狀態(tài)下的仲裁操作完成后，若只有REQ級別的總線使用請求而沒有CREQ級別的總線使用請求，仲裁器將不進行重新仲裁，而是返回到原先的仲裁現(xiàn)場，并在返回的同時將AEnterST2信號清零。而在轉(zhuǎn)換仲裁狀態(tài)時，需要保留仲裁器的內(nèi)部現(xiàn)場，要保留的信號量暫時放在緩沖器中，要保留的信號量主要有仲裁器送給主設(shè)備的響應(yīng)主設(shè)備的信號AMNum、仲裁器送給從設(shè)備的響應(yīng)從設(shè)備的信號ASNum和用來指明數(shù)據(jù)傳送速率的仲裁器內(nèi)部信號ALevel。在本實施例中，ALevel信號為高表示使用較高的速率，即1個數(shù)據(jù)/時鐘周期，而ALevel信號為低表示使用較高的速率，即1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期。而在其他實施例中，也可采用更多個不同的數(shù)據(jù)傳送速率，并相應(yīng)地對ALevel信號進行編碼。
在從IDLE狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換到ARBLEVEL2狀態(tài)下時，當仲裁器102完成ARBLEVEL2狀態(tài)下的仲裁任務(wù)后，即使有REQ級別的有效請求而沒有CREQ級別的有效請求的情況出現(xiàn)，仲裁器102仍將重新對全部的有效請求進行仲裁。
在ARBLEVEL1狀態(tài)下，仲裁器102采用一般算法，公平地對各個主設(shè)備發(fā)出的各類總線使用請求進行仲裁，從中選出一個請求，并對發(fā)出該請求的主設(shè)備傳送授權(quán)信號，則主設(shè)備開始數(shù)據(jù)傳送。在ARBLEVEL2狀態(tài)下，仲裁器102將采用一般算法對CREQ級別的總線使用請求進行仲裁，從中選出一個請求，對發(fā)出該總線使用請求的主設(shè)備傳送授權(quán)信號，主設(shè)備接到授權(quán)信號后開始占用總線進行數(shù)據(jù)傳送操作。在ARBLEVEL2狀態(tài)下REQ級別的請求將被忽略掉。這里的一般算法，指單循環(huán)仲裁算法或其他為本技術(shù)領(lǐng)域人員公知的仲裁算法，在此不再贅述。
參見圖9，在本實施例的另一個示例中，次要主設(shè)備DM和次要主設(shè)備EM需要完成與圖6的示例同樣的數(shù)據(jù)傳送操作，但在次要主設(shè)備DM的傳送過程中仲裁器102收到了一個較高級別的總線使用請求。圖9中重要主設(shè)備AM發(fā)出了總線使用請求，其信號包括MReq3、MLast3和MDstnum3等。仲裁器收到CREQ級別重要主設(shè)備AM的總線使用請求后，仲裁狀態(tài)機進入到ARBLEVEL2，對重要主設(shè)備AM的總線使用請求進行仲裁。在次要主設(shè)備DM的第一個分段突發(fā)結(jié)束時，仲裁器授權(quán)重要主設(shè)備AM進行數(shù)據(jù)傳送。重要主設(shè)備AM的發(fā)送對象為重要從設(shè)備BS，因此其數(shù)據(jù)傳送速率較高，為1個數(shù)據(jù)/時鐘周期。重要主設(shè)備AM的數(shù)據(jù)傳送完成后返回原流突發(fā)，假設(shè)此時無其他CREQ級別的總線使用請求，則繼續(xù)進行次要主設(shè)備DM的數(shù)據(jù)傳送以及次要主設(shè)備EM的數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)傳送速率仍為1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期。
本實施例中主設(shè)備AM和主設(shè)備BM還具有多線程，每一線程可以是CPU、DSP、ASIC或者是子系統(tǒng)等。當有一線程獲得授權(quán)使用總線時，仲裁器102會給出該線程所屬主設(shè)備的號碼和該線程的號碼。一個線程的請求未被執(zhí)行完全時，例如在其讀取的數(shù)據(jù)對應(yīng)從設(shè)備還未準備好時，允許同一主設(shè)備中的其他線程發(fā)出請求，因此可能出現(xiàn)幾個不同線程請求的讀數(shù)據(jù)從各自對應(yīng)的不同從設(shè)備同時返回的情形。在其他實施例中，也可能出現(xiàn)幾個不同主設(shè)備請求的讀數(shù)據(jù)從各自對應(yīng)的不同從設(shè)備同時返回的情形。仲裁器102的反向仲裁模塊405在這種情形下可以對各個不同從設(shè)備返回讀數(shù)據(jù)的總線使用請求進行仲裁。類似于正向仲裁，當仲裁器102反向仲裁完成后，仲裁器102提供的ARGrant信號將置于有效狀態(tài)，授權(quán)選中的從設(shè)備占有總線進行數(shù)據(jù)返回操作，同時，表示已有從設(shè)備獲得授權(quán)并占有總線，ARGrant信號為各設(shè)備共享。
本實施例中仲裁器的反向仲裁也有仲裁時機。在次要從設(shè)備進行反向數(shù)據(jù)傳送時或是進行反向數(shù)據(jù)傳送目標是次要主設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送時，即正在進行數(shù)據(jù)傳送速率為1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期的數(shù)據(jù)傳送操作時，仲裁器不進行仲裁。
圖10對反向仲裁的仲裁時機進行示例性說明。圖中ARSNum信號表示進行反向數(shù)據(jù)傳送的從設(shè)備，ARGrant信號表示仲裁器102對反向數(shù)據(jù)傳送的從設(shè)備和對應(yīng)主設(shè)備發(fā)出響應(yīng)，ARMNum信號表示反向數(shù)據(jù)傳送的目標主設(shè)備，ARArb_forbid信號為低時表示允許對反向傳送的從設(shè)備的有效請求做出仲裁。從圖10中可以看出，重要從設(shè)備AS在對重要主設(shè)備BM進行反向數(shù)據(jù)傳送時，數(shù)據(jù)傳送速率為1個數(shù)據(jù)/時鐘周期，ARArb_forbid信號為低，可進行仲裁；重要從設(shè)備BS向次要從設(shè)備FS返回數(shù)據(jù)的反向總線使用請求，數(shù)據(jù)傳送速率為1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期，ARArb_forbid信號變高，不可進行反向仲裁；次要從設(shè)備ES對重要主設(shè)備BM和次要從設(shè)備FS對次要主設(shè)備DM發(fā)出反向總線使用請求時數(shù)據(jù)傳送速率均為1個數(shù)據(jù)/2時鐘周期，ARArb_forbid信號會變高，不可進行反向仲裁。
本實施例中反向請求也分成不同等級，包括SREQ級別的反向請求和CSREQ級別的反向請求，其中CSREQ級別的反向請求優(yōu)先級高于SREQ級別的反向請求。在仲裁器102對反向請求進行仲裁時，首先響應(yīng)CSREQ級別的反向請求。同級別的反向總線使用請求則按發(fā)出反向請求的從設(shè)備的固定優(yōu)先級次序來決定。例如，可將從設(shè)備AS、BS、CS、DS、ES和FS的固定優(yōu)先級次序由高到低設(shè)定，這樣，若從設(shè)備AS、BS和CS同時發(fā)出反向總線使用請求，仲裁器102將優(yōu)先響應(yīng)從設(shè)備AS的反向總線使用請求；而若只有從設(shè)備BS和從設(shè)備CS同時發(fā)出同級別的反向總線使用請求時，仲裁器102將優(yōu)先響應(yīng)從設(shè)備BS的反向總線使用請求。在其他實施例中，也可采用其他算法對反向總線使用請求進行仲裁，同樣應(yīng)該包含在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)。
本實施例只是為了進一步更清楚地描述本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。應(yīng)該可以理解，本發(fā)明并不限于實施例所做的闡述，任何基于本發(fā)明的修改和本發(fā)明的等同物都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多設(shè)備系統(tǒng)中的通信子系統(tǒng)，該多設(shè)備系統(tǒng)包括至少一條總線；至少一個仲裁器；與所述總線和仲裁器相連接的多個主設(shè)備；與所述總線和仲裁器相連接的多個從設(shè)備，所述多個從設(shè)備中的任何一個都可通過所述總線與所述多個主設(shè)備中的任何一個進行數(shù)據(jù)傳送操作；其特征在于，所述通信子系統(tǒng)包括將該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備分別劃分成多個不同級別的劃分裝置，其中級別高的主設(shè)備具有比級別低的主設(shè)備更高的總線響應(yīng)速度要求；對所述主/從設(shè)備請求的通信進行判斷的判斷裝置，判斷所述請求的通信是否將發(fā)生在級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間；根據(jù)上述判斷裝置的判斷結(jié)果進行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)傳送裝置，其中該裝置對級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率；級別低于第一預(yù)定閾值的主設(shè)備與從設(shè)備之間的通信或主設(shè)備與級別低于第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信則采用較低的數(shù)據(jù)傳送速率。
2.如權(quán)利要求1所述的多設(shè)備系統(tǒng)，其特征在于，在物理布局上，較高級別的主設(shè)備和較高級別的從設(shè)備離總線上的仲裁器較近，而較低級別的主設(shè)備和較低級別的從設(shè)備離總線上的仲裁器較遠。
3.如權(quán)利要求1所述的多設(shè)備系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個仲裁器對所述多個主設(shè)備中的任何一個所提出的總線使用請求采用多層仲裁的形式進行仲裁，該仲裁器包括第二階段仲裁模塊，用以對較低層次的主設(shè)備發(fā)出的總線使用請求進行較低層仲裁，和第一階段仲裁模塊，用以對所述較低層仲裁的仲裁結(jié)果與較高層次的主設(shè)備的總線使用請求一起進行較高層仲裁。
4.一種多設(shè)備系統(tǒng)中的通信方法，所述多設(shè)備系統(tǒng)包括至少一條總線；至少一個與所述總線相連接的仲裁器；與所述總線和仲裁器相連接的多個主設(shè)備；與所述總線和仲裁器相連接的多個從設(shè)備，所述多個從設(shè)備中的任何一個都可通過所述總線與所述多個主設(shè)備中的任何一個進行數(shù)據(jù)傳送操作；其特征在于，包括下列步驟將該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備分別劃分成多個不同級別，級別高的主設(shè)備具有比級別低的主設(shè)備更高的總線響應(yīng)速度要求；所述仲裁器判斷所述主/從設(shè)備請求的通信是否將發(fā)生在級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間；根據(jù)所述仲裁器判斷結(jié)果，當級別高于一個第一預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于一個第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間進行通信時，采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率；當級別低于第一預(yù)定閾值的主設(shè)備與從設(shè)備之間進行通信或主設(shè)備與級別低于第二預(yù)定閾值的從設(shè)備之間進行通信時，則采用較低的數(shù)據(jù)傳送速率。
5.如權(quán)利要求4所述的通信方法，其特征在于，在所述仲裁器判斷步驟前，所述方法進一步包括在物理布局上，將較高級別的主設(shè)備和較高級別的從設(shè)備設(shè)置成離總線上的仲裁器較近，而較低級別的主設(shè)備和較低級別的從設(shè)備離總線上的仲裁器較遠。
6.如權(quán)利要求4所述的通信方法，其特征在于，所述仲裁器包括一個第一階段仲裁模塊和一個第二階段仲裁模塊，所述仲裁器判斷步驟進一步包括所述仲裁器對所述多個主設(shè)備中的任何一個所提出的總線使用請求采用多層仲裁的形式進行仲裁，并在第二階段仲裁模塊中對較低級別的主設(shè)備發(fā)出的總線使用請求進行較低層仲裁，在第一階段仲裁模塊中對所述較低層仲裁的仲裁結(jié)果與較高級別的主設(shè)備的總線使用請求一起進行較高層仲裁。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多設(shè)備系統(tǒng)及其通信方法，該系統(tǒng)包括至少一條總線；至少一個仲裁器；多個主設(shè)備；多個從設(shè)備；在該系統(tǒng)中用以下方法進行通信將該多設(shè)備系統(tǒng)中的多個主設(shè)備和/或從設(shè)備分別劃分成多個不同級別，級別高的主設(shè)備具有比級別低的主設(shè)備更高的總線響應(yīng)速度要求；級別高于一個預(yù)定閾值的主設(shè)備和級別高于另一個預(yù)定閾值的從設(shè)備之間的通信采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率；其他情況下則采用較低的數(shù)據(jù)傳送速率。帶寬要求較高的主設(shè)備和從設(shè)備之間的通信采用較高的數(shù)據(jù)傳送速率，能夠很快地完成數(shù)據(jù)傳送操作并使系統(tǒng)中的實時設(shè)備在得到快速有效的響應(yīng)的情況下能保證較高的總線頻率。
文檔編號G06F13/14GK1581124SQ0314201
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者周振亞, 孫民梁 申請人:上海奇碼數(shù)字信息有限公司