計算設備擴展裝置、以及可擴展的計算系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于計算設備擴展技術，具體地，涉及計算設備擴展裝置以及可擴展的計算系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著嵌入式計算機技術的發(fā)展，計算設備的集成度越來越高，性能及功能越來越強大，其復雜度也不斷提高。
[0003]計算設備不僅包括計算機中使用的通用處理器，還包括將處理器與外圍電子系統(tǒng)集成在一個芯片中的片上系統(tǒng)(簡稱為SoC)。片上系統(tǒng)是客戶定制的或面向特定用途的標準產(chǎn)品，雖然這樣可以降低制造成本，但卻存在著擴展性差的問題?，F(xiàn)有的計算設備(尤其是SoC)在通用性和經(jīng)濟性方面存在著難以調(diào)和的矛盾。系統(tǒng)開發(fā)人員試圖設計出可以滿足各種用戶需求的單芯片計算設備，但實際上很難滿足不同用戶在不同應用中的定制需求。
[0004]圖1示出現(xiàn)有的計算系統(tǒng)的示意性框圖。計算系統(tǒng)100包括計算設備101 (例如SoC)和外部存儲器102 (例如RAM)。外部存儲器102是計算設備101的外圍設備。計算設備101和外部存儲器102之間經(jīng)由內(nèi)存總線傳輸數(shù)據(jù)信號以及地址和控制信號。
[0005]針對用戶的定制需求，計算系統(tǒng)100的擴展方式包括:利用軟件實現(xiàn)或利用板級資源添加新功能。在利用軟件實現(xiàn)新功能時，將占用計算設備101的計算能力，從而導致計算系統(tǒng)100的性能下降。在利用板級資源添加新功能時，將占用硬件和接口資源，例如高速I/O, ADC, DAC 等。
[0006]在計算設備101為SoC并且外圍設備為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的情形下，希望在二者之間提供高帶寬的通信互連?，F(xiàn)有的板級資源難以滿足所述帶寬需求。如果板級系統(tǒng)未預留硬件和接口資源，則不可能添加新功能。此外，利用板級資源添加新功能還將導致硬件設計和軟件管理復雜化。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的在于提供一種計算設備擴展裝置、以及可擴展的計算系統(tǒng)。
[0008]根據(jù)本實用新型實施例的一方面，提供一種設備擴展裝置，包括:第一端口，用于經(jīng)由內(nèi)存總線與外部的計算設備相連；第二端口，用于經(jīng)由內(nèi)存總線與外部的存儲器相連；以及第三端口，用于經(jīng)由用戶自定義總線與外部的擴展功能單元相連，其中，所述設備擴展裝置根據(jù)從計算設備傳送的內(nèi)存總線信號產(chǎn)生選擇信號，使得第一至第三端口中的任一個端口與第一至第三端口中的其余兩個端口中的一個端口相連，從而提供內(nèi)存總線的路由功能，所述內(nèi)存總線信號包括數(shù)據(jù)信號以及地址和控制信號。
[0009]優(yōu)選地，所述設備擴展裝置還包括:第一數(shù)據(jù)緩沖器，用于緩存經(jīng)由第一端口傳送的數(shù)據(jù)信號；第二數(shù)據(jù)緩沖器，用于緩存經(jīng)由第二端口傳送的數(shù)據(jù)信號；第三數(shù)據(jù)緩沖器，用于緩存經(jīng)由第三端口傳送的數(shù)據(jù)信號；譯碼器，用于根據(jù)經(jīng)由第一端口傳送的地址和控制信號，產(chǎn)生所述選擇信號；以及數(shù)據(jù)復用模塊，用于根據(jù)選擇信號，將第一至第三數(shù)據(jù)緩沖器中的至少兩個數(shù)據(jù)緩沖器相連。
[0010]優(yōu)選地，數(shù)據(jù)復用模塊包括至少一個多路復用器。
[0011]優(yōu)選地，所述設備擴展裝置還包括旁路開關陣列，所述旁路開關陣列根據(jù)選擇信號，選擇性地將地址和控制信號從第一端口傳送至第二端口。
[0012]優(yōu)選地，第一至第三數(shù)據(jù)緩沖器中的至少兩個數(shù)據(jù)緩沖器選通。
[0013]優(yōu)選地，所述譯碼器根據(jù)地址和控制信號中的片選信號和/或地址信號產(chǎn)生選擇信號。
[0014]優(yōu)選地，所述地址信號包括地址數(shù)據(jù)和保留數(shù)據(jù)，所述保留數(shù)據(jù)指示存儲操作或擴展通信操作。
[0015]根據(jù)本實用新型實施例的另一方面，提供一種可擴展的計算系統(tǒng)，包括:上述的設備擴展裝置；計算設備，經(jīng)由內(nèi)存總線與設備擴展裝置的第一端口相連；存儲器，經(jīng)由內(nèi)存總線與設備擴展裝置的第二端口相連；以及擴展功能單元，經(jīng)由用戶自定義總線與設備擴展裝置的第三端口相連。
[0016]優(yōu)選地，所述計算設備為選自通用處理器和片上系統(tǒng)中的一種。
[0017]優(yōu)選地，所述擴展功能單元的功能是可配置的。
[0018]優(yōu)選地，所述擴展功能單元為現(xiàn)場可編程門陣列。
[0019]優(yōu)選地，所述設備擴展裝置在存儲操作時第一端口和第二端口的數(shù)據(jù)信號以及地址和控制信號是對稱的。
[0020]優(yōu)選地，所述計算系統(tǒng)還包括具有第一內(nèi)存插槽的主板，設備擴展裝置的第一端口提供插腳，用于與第一內(nèi)存插槽相連，設備擴展裝置的第二端口提供第二內(nèi)存插槽，用于與存儲器相連，設備擴展裝置的第三端口提供擴展接口，用于與擴展功能單元相連。
[0021]根據(jù)本實用新型的計算系統(tǒng)可以大大降低計算設備設計的復雜性，使得計算設備可以僅需要專注于計算功能，通過擴展功能單元實現(xiàn)USB接口、打印接口、高速通信和并行計算等，也就降低了對專用模塊的規(guī)格定義的要求，可以保持計算設備的通用性。利用擴展功能單元提供用戶定制功能，從而仍然保持經(jīng)濟性。由于設備擴展裝置可以使用標準的內(nèi)存總線和內(nèi)存插槽，因此，該計算設備擴展方案可以兼容原有的計算系統(tǒng)，并且低成本地提供新增功能。
【附圖說明】
[0022]通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0023]圖1示出現(xiàn)有的計算系統(tǒng)的示意性框圖；
[0024]圖2示出根據(jù)本實用新型的實施例的可擴展的計算系統(tǒng)的示意性框圖；
[0025]圖3示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的設備擴展裝置的示意性框圖；
[0026]圖4示出根據(jù)本實用新型的另一個實施例的設備擴展裝置的示意性框圖；以及
[0027]圖5是根據(jù)本實用新型的實施例的可擴展的計算系統(tǒng)的擴展方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]以下將參照附圖更詳細地描述本實用新型的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。
[0029]本實用新型可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。
[0030]圖2示出根據(jù)本實用新型的實施例的可擴展的計算系統(tǒng)的示意性框圖。計算系統(tǒng)200包括計算設備201，以及經(jīng)由內(nèi)存總線與計算設備201相連的外部存儲器202。外部存儲器202是計算設備201的外圍部件。
[0031]在優(yōu)選的實施例中，計算設備201為片上系統(tǒng)(SoC)，外部存儲器202為同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM)。相應地，內(nèi)存總線為SDRAM總線。
[0032]在優(yōu)選的實施例中，外部存儲器202包括主存儲器和輔存儲器。輔存儲器是為了擴展系統(tǒng)帶寬而附加的存儲器。
[0033]計算設備201和外部存儲器202之間經(jīng)由內(nèi)存總線傳輸數(shù)據(jù)信號以及地址和控制信號。相應地，內(nèi)存總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線?？刂瓶偩€用于向外部存儲器202提供讀寫信號，地址總線用于指定外部存儲器202中的選中單元地址。數(shù)據(jù)總線是雙向的，用于從計算設備201向外部存儲器202傳輸待寫入的數(shù)據(jù)，或者用于從外部存儲器202向計算設備201傳輸已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)。
[0034]與圖1所示的根據(jù)現(xiàn)有技術的計算系統(tǒng)不同，在本實用新型的計算系統(tǒng)200中，計算設備201沒有直接與外部存儲器202相連。替代地，本實用新型的計算系統(tǒng)200還包括設備擴展裝置203和擴展功能單元204，并且設備擴展裝置203位于計算設備201和外部存儲器202之間。
[0035]設備擴展裝置203提供內(nèi)存總線的路由功能，使得計算設備201或者經(jīng)由設備擴展裝置203與外部存儲器202相連，或者經(jīng)由設備擴展裝置203與擴展功能單元204相連。因此，計算設備201不僅可以經(jīng)由內(nèi)存總線訪問外部存儲器202，還可以經(jīng)由內(nèi)存總線與擴展功能單元204進行通信。
[0036]擴展功能單元204是通過設備擴展裝置203擴展出來的新增的硬件資源。本申請并未限定擴展功能單元204的類型、形式、實現(xiàn)方式，也不假設其所在的硬件環(huán)境、或者更上層的應用環(huán)境。擴展功能單元204只表示在設備擴展裝置203的支持下計算系統(tǒng)200中新增的硬件資源。
[0037]圖2中的雙向連接線表示內(nèi)存總線和用戶自定義總線，其中的數(shù)據(jù)流向是雙向的。內(nèi)存總線是外部存儲器202 (例如，SDRAM、DDR-SDRAM、LPDDR-SDRAM等)使用的總線。用戶自定義總線是擴展功能單元204和設備擴展裝置203之間的總線。
[0038]在優(yōu)選的實施例