用于主設(shè)備和異步從設(shè)備之間經(jīng)由接口的通信的數(shù)據(jù)處理裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于主設(shè)備和異步從設(shè)備之間經(jīng)由接口的通信的裝置和方法。異步從設(shè)備是其時鐘信號相對于主設(shè)備所使用的時鐘信號異步的從設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]存在可用于主設(shè)備和從設(shè)備之間的通信的信號的數(shù)目受限的許多情形，并且在這樣的情形中，每個多比特項的信息不得不以至少部分串行的方式進行傳輸。通常信息被布置為分組以用于主設(shè)備和從設(shè)備之間的傳送，每個分組包括多個比特。主設(shè)備發(fā)起交易，每次交易包括多次傳送，這些傳送包括將分組從主設(shè)備發(fā)送至從設(shè)備的主傳送以及將分組從從設(shè)備發(fā)送至主設(shè)備的從傳送。
[0003]在這樣的系統(tǒng)中，接口通常被稱作串行接口，因為每個多比特項的信息是以至少部分串行的方式進行傳輸?shù)?。這樣的串行接口通常還被稱作減少引腳數(shù)接口，因為沒有為待發(fā)送的多比特項的信息的每個比特提供單獨的引腳。例如，如果每個信息項是32比特大小，則這樣串行接口將通常具有遠小于32個引腳，并且實際上在一些情形中將僅存在單個引腳，這樣的接口被稱作單線接口。
[0004]存在許多使用這些串行接口的情形，一個示例為主設(shè)備和從設(shè)備居留在不同芯片上的情形，特別是在接口尺寸的減小比總體性能更重要的低成本設(shè)備中。這樣的串行接口還被用于支持諸如調(diào)試之類的輔助功能，其中并行接口的成本和尺寸通常是不可接受的。
[0005]在從設(shè)備的時鐘信號相對于主設(shè)備的時鐘信號異步的情形中，這產(chǎn)生了如何通過串行接口在主設(shè)備和從設(shè)備之間同步分組的傳送的問題。在一些實現(xiàn)方式中，可以為主設(shè)備和從設(shè)備之間的時鐘信號的傳輸提供單獨的引腳。例如，提供雙線調(diào)試接口是已知的，其中一條線用于主設(shè)備和從設(shè)備之間的分組的傳送，而另一條線用于時鐘信號的傳輸。
[0006]然而，對于減少設(shè)備外圍的引腳數(shù)有著越來越高的要求，因而必須針對時鐘信號的傳輸提供單獨的信號線是不希望的。
[0007]存在多種已知的解決方案避免針對串行接口上的時鐘信號的傳輸使用單獨引腳的需求。一種已知技術(shù)是“源同步”技術(shù)，例如用于以太網(wǎng)、PCIe和SATA通信。根據(jù)此技術(shù)，發(fā)送側(cè)(針對一些傳送將為主設(shè)備，并且針對其他傳送將為從設(shè)備)一直使用它自己的時鐘并且以保證規(guī)則的數(shù)據(jù)邊沿的方式對分組的數(shù)據(jù)進行編碼(例如，通過使用曼徹斯特編碼，8B/10B)。接收側(cè)然后含有時鐘恢復(fù)邏輯，該時鐘恢復(fù)邏輯能夠根據(jù)這些規(guī)則數(shù)據(jù)邊沿重構(gòu)原始時鐘的副本，原始時鐘的副本然后用于對分組中提供的數(shù)據(jù)進行采樣。這可通過使用鎖相環(huán)(PLL)電路等等來完成，而鎖相環(huán)電路是較大且昂貴的并且一般需要精確的參考時鐘。另一方式是對到來的數(shù)據(jù)進行過采樣，但這要求接收側(cè)上的高速時鐘，該高速時鐘不是在所有情形中都是可用的并且限制了接口上的最大鏈路速度。
[0008]另一已知方式是諸如在通用非同步接收發(fā)送(UART)接口和IR遠程控制中使用的“定時”方式。根據(jù)這樣的技術(shù)，比特周期具有固定和預(yù)定的寬度。數(shù)據(jù)能夠以多種方式進行編碼(例如，高電壓可指示邏輯值一，而低電壓指示邏輯值零)，其中所有比特具有相同的寬度。可替換地，接口上的信號可默認為低電壓電平，并且邏輯值一由預(yù)定寬度的脈沖表示，邏輯值零由不同(但也是預(yù)定的)寬度的脈沖表示。然而，因為這些類型的協(xié)議依賴于固定的時序，它們通常要求已知頻率的高速時鐘。它們一般也被過采樣，這會限制最大鏈路速度。采用“定時”方式的各種示例系統(tǒng)包括可于http://www.1ntersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn92/fn9201.pdf 處得到的文檔中描述的 Intersil 系統(tǒng)，由 Dallas Semiconductor 公司石開發(fā)并且在http://en.wikipedia.0rg/wiki/1-ffire 處描述的 “ l_Wire” 設(shè)備通信系統(tǒng)總線，以及在 http://www.ets1.0rg/deliver/etsi_ts/102600_102699/102613/07.07.00_60/ts_102613v070700p.pdf 處描述的單線協(xié)議(SWP)。
[0009]另一已知方式是“主同步”方式，其中所有經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)被同步到主設(shè)備，其中包括由從設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。為此，協(xié)議被設(shè)計為使得從設(shè)備被給予來自主設(shè)備的規(guī)則邊沿，它可使用規(guī)則邊沿來推斷主時鐘頻率是什么。主時鐘的副本然后被從設(shè)備創(chuàng)建并被用于對到來的數(shù)據(jù)進行采樣，或者將響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送回主設(shè)備。盡管創(chuàng)建時鐘的副本的總體方式類似于上文提到的源同步系統(tǒng)，但是這里的關(guān)鍵區(qū)別是復(fù)雜度被偏置于從設(shè)備側(cè)，從而使得主設(shè)備能夠?qū)⒔涌诋斪鏊煌街猎撝髟O(shè)備。然而，這樣的方式要求從設(shè)備具有某一形式的PLL電路和高速參考時鐘，或者限制鏈路速度并利用過采樣技術(shù)。這樣的主同步系統(tǒng)的示例在Microchip UNI/0說明書中被描述，該說明書可于http://wwl.microchip, com/downloads/en/DeviceDoc/2 2067H.pdf 處得到。一些其他的主同步方法在US2011/170645A、US2008/151792A、和 JP4326826A 中進行了描述。
[0010]盡管主同步方式相比于源同步方式具有以下益處:同步分組所需的復(fù)雜度被限制于鏈路的一側(cè)(即，從設(shè)備側(cè))，但存在很多不可能在從設(shè)備內(nèi)支持這樣的復(fù)雜度的情形。例如，在諸如調(diào)試接口之類的實現(xiàn)中，從設(shè)備/調(diào)試目標內(nèi)的可用資源是受限的(例如，高速參考時鐘通常不可用，并且沒有足夠的管芯面積用于提供復(fù)雜邏輯或PLL)。
[0011]從概念上看，從同步方式(實質(zhì)上是上文所述的主同步方式的相對方式)看起來是用于克服從設(shè)備內(nèi)的復(fù)雜度限制的有利技術(shù)。根據(jù)這樣的方式，從設(shè)備將接口當做被同步至它的時鐘，并且主設(shè)備然后創(chuàng)建從時鐘的副本，它使用該副本來對來自從設(shè)備的到來數(shù)據(jù)進行采樣以及向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，出現(xiàn)了以下問題??每次交易(涉及從主設(shè)備到從設(shè)備的至少一次傳送，和從從設(shè)備到主設(shè)備的至少一次傳送)是由主設(shè)備發(fā)起的，而由于交易是由主設(shè)備發(fā)起的，主設(shè)備需要在交易被發(fā)起時具有關(guān)于從時鐘的足夠信息。因而，需要提供一種使得主設(shè)備能夠取得關(guān)于從時鐘的信息的機制，并且此機制自身不能夠要求依賴于由主設(shè)備維護的副本時鐘的交易被發(fā)出，其中該副本時鐘是從設(shè)備的時鐘的精確表不O
[0012]尋求提供這樣的從同步技術(shù)的一種方式在US 2005/0091428中進行了描述。根據(jù)此專利申請中所述的技術(shù)，在每次數(shù)據(jù)交易前，主單元向從單元發(fā)送開始信號，并且從單元響應(yīng)于該開始信號向主單元發(fā)送同步字段，該同步字段是指示從單元的傳送時鐘的數(shù)據(jù)串(脈沖信號)。主單元然后根據(jù)由發(fā)送自從單元的同步字段指示的傳送時鐘來使用此樣本向從單元發(fā)送命令數(shù)據(jù)。響應(yīng)于命令數(shù)據(jù)，從單元然后根據(jù)由同步字段指示的傳送時鐘向主單元發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)。該方式的一個問題是必須在每次交易前發(fā)送從時鐘的樣本。這樣，此樣本必須被保持為相對較短從而減少所述協(xié)議的開銷。然而，作為保持樣本相對較短的結(jié)果，這不利地影響了主單元能夠創(chuàng)建從單元的時鐘的副本的精確性，并且即使當樣本被保持較短時，它仍然呈現(xiàn)了與每次交易相關(guān)聯(lián)的開銷。
[0013]因此，希望能夠提供用于通過接口在主設(shè)備和異步從設(shè)備之間通信的改進機制，其使得從設(shè)備的復(fù)雜度降低，同時仍然允許在通過接口發(fā)送數(shù)據(jù)時實現(xiàn)相對較高的數(shù)據(jù)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)處理裝置，包括:被配置為根據(jù)主時鐘信號進行操作的主設(shè)備；被配置為根據(jù)與主時鐘信號相異步的從時鐘信號進行操作的從設(shè)備；主設(shè)備和從設(shè)備之間的接口，接口提供用于主設(shè)備和從設(shè)備之間的分組的傳送的通信路徑，每個分組包括多個比特；主設(shè)備被配置為發(fā)起交易，每次交易包括多個傳送，該多個傳送包括將分組從主設(shè)備發(fā)送至從設(shè)備的主傳送和將分組從從設(shè)備發(fā)送至主設(shè)備的從傳送；主設(shè)備包括被配置為生成從時鐘副本的從時鐘副本生成器，該從時鐘副本被用于控制由主設(shè)備通過接口進行分組的發(fā)送的時序，以及用于控制主設(shè)備對由從設(shè)備通過接口發(fā)送的分組的接收的時序；主設(shè)備包括控制電路，該控制電路被配置為響應(yīng)于預(yù)定觸發(fā)條件，使得同步請求傳送通過接口從主設(shè)備被發(fā)出至從設(shè)備，同步請求傳送具有能夠由從設(shè)備識別的屬性而不論同步請求傳送是否與從時鐘信號同步；從設(shè)備響應(yīng)于檢測到同步請求傳送，通過接口發(fā)出至少指示了從時鐘信號的頻率的同步響應(yīng)傳送；從時鐘副本生成器被配置為根據(jù)同步響應(yīng)傳送來至少確定從時鐘副本的頻率；并且從時鐘副本生成器還被配置為參考選定從傳送的分組的至少一部分來確定從時鐘副本的相位，分組的至少一部分包含第一值與不同于第一值的第二值之間的至少一次變換；由此，對從時鐘副本的相位的確定與對從時鐘副本的頻率的確定相脫離。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，主設(shè)備包括被配置為生成從時鐘副本的從時鐘副本生成器，該從時鐘副本被用于控制由主設(shè)備通過接口進行分組的發(fā)送的時序，以及用于控制主設(shè)備對由從設(shè)備通過接口發(fā)送的分組的接收的時序。響應(yīng)于預(yù)定觸發(fā)條件，主設(shè)備通過接口發(fā)出同步請求傳送，該同步請求傳送具有使得它可被從設(shè)備識別的屬性而不論同步請求傳送是否與從時鐘信號同步。響應(yīng)于這樣的同步請求傳送，從設(shè)備通過接口發(fā)出同步響應(yīng)傳送，并且主設(shè)備內(nèi)的從時鐘副本生成器根據(jù)同步響應(yīng)傳送來至少確定從時鐘副本的頻率。同時在一些實施例中，從時鐘副本生成器還可被配置為根據(jù)同步響應(yīng)傳送確定從時鐘副本的相位，額外機制被提供以允許從時鐘副本生成器確定從時鐘副本的相位，從而將這種相位的確定與頻率的確定相脫離。具體地，從時鐘副本生成器被配置為根據(jù)響應(yīng)于由主設(shè)備發(fā)起的交易而發(fā)生的選定從傳送的分組的至少一部分來確定從時鐘副本的相位。分組的相關(guān)部分被布置為使得它包含第一值與不同于第一值的第二值之間的至少一次變換，從而確保存在從時鐘副本生成器能夠定位從而確定從時鐘副本的相位的至少一個邊沿。
[0016]由于根據(jù)本發(fā)明對于從時鐘副本的相位的確定與對從時鐘副本的頻率的確定相脫離，這允許對從時鐘副本的相位的定期更新，并且獨立于被發(fā)出的任何同步請求傳送。因而，觸發(fā)條件能夠被設(shè)置以便檢測適合于重新評估從設(shè)備的時鐘的頻率的情形。通常，從設(shè)備的時鐘頻率將相對不頻繁地和/或相對緩慢地變化。因此，對于發(fā)出同步請求傳送的需求可能相對不那么頻繁地出現(xiàn)。結(jié)果，與發(fā)出這樣的同步請求傳送相關(guān)聯(lián)的開銷是相對微小的，因此相關(guān)聯(lián)的同步響應(yīng)傳送能夠占用足以提供對于從時鐘信號的準確指示的時間段。然而，此外，通過將對從時鐘副本的相位的確定與對從時鐘副本的頻率的確定相脫離，對于相位的頻繁更新可被檢測到，允許由主設(shè)備維護的從時鐘副本跟蹤從時鐘信號的相位的變化。
[0017]預(yù)定觸發(fā)條件可采用各種形式，但在一個實施例中，預(yù)定觸發(fā)條件被設(shè)置為使得:隨著時間推移聚合，從時鐘副本生成器比接收同步響應(yīng)傳送更頻繁地接收選定從傳送。
[0018]這樣的方式確保通過向主設(shè)備提供用于生成從時鐘副本的可靠機制而降低了從設(shè)備的復(fù)雜度，該從時鐘副本被用于控制它通過接口進行分組的發(fā)送的時序，以及用于控制它對由從設(shè)備通過接口發(fā)送的分組的接收的時序。另外，本發(fā)明的方式減少了與維護從時鐘副本相關(guān)聯(lián)的開銷，并相應(yīng)地允許在通過接口發(fā)送數(shù)據(jù)時實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。
[0019]由從時鐘副本生成器參考的選定從傳送可采用各種形式，但在一個實施例中，它們包括每次交易中的至少