JP2002351818A

JP2002351818A - バス制御システム

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Publication number: JP2002351818A
Application number: JP2001153343A
Authority: JP
Inventors: Setsuko Kojima; 節子小嶋; Itaru Nonomura; 到野々村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-06
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP4124579B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも２階層のバスを備えるシステムにお
いて、一方のバスに接続されたマスタデバイスが、出力
するデータの転送先によって信号を同期するクロックを
変更可能にすることで、転送先となるターゲットデバイ
スの同期化回路を削除し、転送効率を向上する。【解決手段】１次バスから２次バスへ転送を伝えるバス
ブリッジに、転送先アドレスをデコードする機能を設
け、その結果で出力する信号線を同期化するクロックを
動的に選択することにより、転送先のデバイス内部の同
期化回路を削除し、１回の転送で発生する同期化の回数
を減少させる。さらに、２次バスの転送要求を調停する
アービタの内部に、２次バスに出力する信号を同期化す
るべきクロックを選択する機能を設け、転送先のデバイ
ス内部に同期化回路を設けることなく、複数マスタを２
次バスに接続可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の異なる周波
数で動作するバスを有する計算機システムのバス制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセッサに高速な動作周波数を必要と
するシステムにおいて、プロセッサや記憶装置等を接続
する高速プロセッサバスとは別に周辺装置等を接続する
比較的低速のバスを用意し、プロセッサバスに接続する
デバイス数を低減することで、プロセッサバスの動作周
波数の高速化を実現する方法がある。複数のデバイスを
接続するバスはクロック同期式のバスが一般的である
が、上記低速バスに接続されるデバイスは、機能面でも
最大動作周波数の面でも多様化しており、単一の周波数
を持つクロック同期式バスに複数のデバイスを接続する
ためには、デバイスの動作クロックをバスクロックと同
一にするか、デバイス側に同期化回路を設ける方式が取
られる。一般には、接続するデバイスを各々の最大周波
数で動作させることができるため、同期化回路を設ける
方式の方がシステム全体の性能が良いとされる。

【０００３】デバイス側に同期化回路を設けた、バスの
階層構造を有するシステムの一構成例を図２に示す。図
２において、１０１は同期式１次バス、１０２は１次バ
ス１０１とは異なる周波数で動作する同期式２次バス、
１０３は１次バス１０１に接続されているプロセッサ、
１０４は１次バス１０１に接続されている転送要求を出
力するマスタデバイス、１０５は１次バス１０１に接続
されている転送要求を受信するターゲットデバイス、１
０６は１次バス１０１で発生した転送要求を２次バス１
０２のデバイスに伝えるバスブリッジ、１０７は各デバ
イスにクロックを供給するクロック供給部、１０８は２
次バス１０２に接続され、クロックＡで動作するターゲ
ットデバイスＡ、１０９は２次バス１０２に接続され、
クロックＢで動作するターゲットデバイスＢ、１１４は
１次バス１が動作するクロックＸ、２０１は２次バス１
０２が動作するクロックＹ、１１５はターゲットデバイ
スＡ１０８が動作するクロックＡ、１１６はターゲット
デバイスＢ１０９が動作するクロックＢである。ここ
で、クロックＸ１１４、クロックＹ２０１、クロックＡ
１１５、クロックＢ１１６はそれぞれ独立で周波数の異
なるクロックであり、４種類のクロックの中でクロック
Ｘ１１４が一番周波数が高いと仮定する。また、１１１
は、１次バス１０１が動作するクロックＸ１１４に同期
した信号を２次バス１０２が動作するクロックＹ２０１
に、２次バス１０２が動作するクロックＹ２０１に同期
した信号を１次バス１０１が動作するクロックＸ１１４
にそれぞれ同期化するための同期化回路、２０２はクロ
ックＹ２０１に同期した信号をクロックＡ１１５に、ク
ロックＡ１１５に同期した信号をクロックＹ２０１にそ
れぞれ同期化する同期化回路、２０３はクロックＹ２０
１に同期した信号をクロックＢ１１６に、クロックＢ１
１６に同期した信号をクロックＹ２０１にそれぞれ同期
化する同期化回路である。ターゲットデバイスＡ１０８
やターゲットデバイスＢ１０９のように、接続するバス
の動作クロックと異なるクロックで動作しているデバイ
スは、同期化回路２０２，２０３を備え、それぞれのデ
バイスの動作クロックで動作する信号をバスクロックＹ
２０１で同期化して出力、および、入力したバスクロッ
クＹ２０１に同期している信号をそれぞれのデバイスの
動作クロックで同期化して使用する必要がある。

【０００４】次に、１次バス１０１上のプロセッサ１０
３から、２次バス１０２上のターゲットデバイスＡ１０
８へのデータ転送の流れを、図２を使用して説明する。
プロセッサ１０３で発生した転送要求は、転送先をター
ゲットデバイスＡ１０８に特定して１次バス１０１上に
発行される。転送を受け取ったバスブリッジ１０６は、
２次バス１０２に転送を伝達するため、１次バス１０１
から入力した信号を同期化回路１１１で同期化する。同
期化回路１１１を通ることで、信号は２次バス１０２の
動作クロックＹ２０１に同期化され、２次バス１０２上
に発行される。２次バス１０２では、転送先となるター
ゲットデバイスＡ１０８がその転送を受信し、受け取っ
た信号をクロックＡ１１５で動作するよう同期化回路１
１２に通して同期化する。

【０００５】図２のようなシステムでは、各ターゲット
デバイスが同期化回路を持たなくてはいけないことで論
理規模や消費電力が増大する上、各ターゲットデバイス
とバスブリッジ両方の同期化回路を通る際に発生するレ
イテンシにより転送効率の低下が生じる。これらの課題
を解決する一手段として、異なる動作周波数を持つデバ
イスを同一のバスに接続する特開平６−８３７７０号公
報記載の方式が考えられる。特開平６−８３７７０号公
報記載の方式では、動作周波数の異なる複数のデバイス
がアドレスバスとデータバスを共有している場合に、各
デバイスの動作周波数に同期したコマンドを生成するコ
マンド生成回路をデバイス毎に設け、各デバイスにコマ
ンドを送付した後、デバイスからのデータ送受信終了信
号を受け取り転送を終了する、という手順で転送が行わ
れる。この方式を使用すれば、一度のアドレス出力で一
種類のデータのみを送受信する単純なプロトコルを持つ
バスを２次バスとして採用した場合には、デバイス側の
同期化回路を削除することが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来方式では、複雑な
プロトコルを持つバスを２次バスとして採用すると、２
次バスに接続されたデバイスのクロックの種類の分だけ
制御線の同期化回路を設ける必要があるため、バスブリ
ッジの同期化回路の規模が大きくなり、信号線もデバイ
ス毎に１組ずつ持たなくてはならないためにバスブリッ
ジのインタフェース信号の本数も増大する。さらに、ア
ドレスとデータを同一信号線を用いて、決められたタイ
ミングで切り替えるようなプロトコルを持つバスを２次
バスとして採用した場合には、アドレス・データ線も各
デバイスのクロックに同期して出力する必要があるた
め、バスブリッジは、バスの全信号をクロック周波数の
種類分だけ、インタフェース信号として持たなければな
らない。

【０００７】本発明の目的は、２次バスとして複雑なプ
ロトコルを持つバスを選択しても、バスブリッジ側の同
期化回路とインタフェース信号の本数を増大させること
なく、異なる周波数で動作するデバイスの接続を可能に
し、論理規模、消費電力を低減して転送効率を向上させ
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
を解決するため、バスブリッジからのクロック選択信号
により、２次バスに接続されている数種類のデバイスの
動作クロックから２次バスの動作クロックを選択するク
ロック選択部を設け、クロック選択部から出力されたク
ロックで同期化した信号をバスブリッジから送出する機
能を備える。また、複数マスタに対応した２次バスにお
いても、転送要求の調停と同時に２次バスのクロック選
択を行うバスアービタを設け、同期化回路を用いずター
ゲットデバイスの２次バスへの接続を可能にする。ここ
でバスブリッジ以外のマスタデバイスとしては、独自の
動作クロックを持たないマスタデバイスと、独自の動作
クロックを持つマスタデバイス、双方に対応する。ター
ゲットデバイスの同期化回路を不要にすることで、論理
規模の低減、転送効率の向上が実現される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施例を図１を用
いて説明する。図１において、１１０は１次バス１０１
から入力されたアドレスをデコードするアドレスデコー
ダ、１１２はクロックＡ１１５とクロックＢ１１６を選
択するクロックセレクタ、１１３はアドレスデコーダ１
１０で転送先として特定されたターゲットデバイスの動
作クロックを示すクロック選択信号、１１７はクロック
セレクタ１１２で選択された同期化回路用クロックであ
る。第一の実施例では、周波数の異なるクロックで動作
する２つ以上のターゲットデバイスを、同一のバスに接
続し、ターゲットデバイス内部に同期化回路を備えるこ
となく実現するバス制御システムを示している。

【００１０】バスブリッジ１０６には、図２の従来例と
同様にクロック供給部１０７より２系統のクロックが入
力されているが、本実施例では、２次バス１０２の動作
クロックの替わりにクロックセレクタ１１２で選択され
た同期化回路用クロック１１７が使用されている。ま
た、２次バス１０２に接続されているターゲットデバイ
スには、各デバイスの動作クロック、１系統のみが入力
され、同期化回路は削除されている。２次バス１０２に
は規定の動作クロックはなく、データの転送先がターゲ
ットデバイスＡ１０８の場合にはクロックＡ１１５に、
転送先がターゲットデバイスＢ１０９の場合にはクロッ
クＢ１１６に、それぞれ同期した信号をバスブリッジ１
０６が出力することにより、ターゲットデバイスの同期
化回路なしでの２次バス１０２上のデータ転送を可能に
している。

【００１１】バスブリッジ１０６は、２次バス１０２上
に出力する信号を同期するクロックを、発生した転送毎
に動的に変化させる必要があるため、１次バス１０１か
ら入力されたアドレスをアドレスデコーダ１１０でデコ
ードして転送先のターゲットを特定し、その結果をクロ
ックセレクタ１１２に送ることで、どちらのクロックに
信号を同期化するかを選択する。

【００１２】１次バス１０１上のプロセッサ１０３か
ら、２次バス１０２上のターゲットデバイスＡ１０８へ
のデータ転送の流れを、図１を使用して説明する。プロ
セッサ１０３で発生した転送要求は、転送先をターゲッ
トデバイスＡ１０８に特定して１次バス１０１上に発行
される。転送を受け取ったバスブリッジ１０６は、受け
取った転送のアドレスをデコードし、２次バス上のター
ゲットデバイスＡ１０８、ターゲットデバイスＢ１０９
のどちらに対する転送なのかを判定する。判定の結果、
プロセッサ１０３からの転送がターゲットデバイスＡ１
０８への転送と判明すると、バスブリッジ１０６から出
力する信号をクロックＡ１１５で同期化するために、判
定結果をクロックセレクタ１１２へクロック選択信号１
１３として出力する。クロックセレクタ１１２では、ク
ロック選択信号１１３の値に従い、クロックＡ１１５を
同期化回路用クロック１１７として選択する。クロック
選択信号１１３は、２次バス１０２上の転送が終了する
まで一定の値に保たれる。バスブリッジ１０６では、ア
ドレスデコーダ１１０の判定結果をクロックセレクタ１
１２に出力する一方、２次バス１０２に転送を伝達する
ため、１次バス１０１から入力した信号を同期化回路１
１１で同期化する。以上の流れで、２次バス１０２には
クロックＡに同期した信号が出力され、転送先として指
定されたターゲットデバイスＡ１０８が転送を受信す
る。転送先がターゲットデバイスＢ１０９の場合も同様
の転送手順となる。

【００１３】クロックセレクタ１１２におけるクロック
の切り替えタイミングと、１次バス１０１から入力され
た信号の同期化の関係について、図３、図４を用いて説
明する。図３は、バスブリッジ１０６の１次バス１０１
から入力された信号を同期化する同期化回路１１１の周
辺のブロック図、図４はそのタイミングチャートであ
る。図３において、３０１はクロックＸ１１４の立ち上
がりエッジで動作するフリップフロップ、３０２、３０
３はクロックＡ１１５の立ち上がりエッジで動作するフ
リップフロップ、３０４はクロックＸ１１４に同期して
いる１次バス１０１からバスブリッジ１０６に入力され
る信号１（Ｘ）、３０５はフリップフロップ３０１から
出力された信号２（Ｘ）、３０６はフリップフロップ３
０２から出力された信号３（Ａ）、３０７はフリップフ
ロップ３０３から２次バス１０２に出力された信号４
（Ａ）である。図４において、Ｘ１からＸ９はクロック
Ｘ１１４の時間、Ａ１からＡ６はクロックＡ１１５の時
間である。ここで、クロックＸ１１４、クロックＡ１１
５、クロックＢ１１６は、それぞれ異なる周波数と位相
を持つクロックであるとする。

【００１４】図４のタイムチャートで、Ｘ４で変化した
信号２（Ｘ）３０５は、Ａ３のクロックＡ１１５の立ち
上がりエッジでフリップフロップ３０２に取り込まれ
る。Ａ３では、信号２（Ｘ）３０５の状態変化の発生時
刻とクロックＡ１１５の立ち上がりエッジ発生時刻が極
めて接近しているため、フリップフロップ３０２が信号
２（Ｘ）３０５の状態変化をうまく取り込めず、出力さ
れた信号３（Ａ）３０６はＡ４で不確定状態（メタステ
ーブル状態）に陥っている。このメタステーブル状態を
除去するために１クロック間の時間を置き、信号３
（Ａ）３０６は、Ａ５のクロックＡ１１５の立ち上がり
エッジで、もう１段のフリップフロップ３０４に入力さ
れ、クロックＡ１１６に同期した信号４（Ａ）３０７が
生成される。

【００１５】本実施例１において、バスブリッジ１０６
の同期化回路１１１で使用されるクロックは、クロック
Ａ１１５とクロックＢ１１６を選択した同期化回路用ク
ロック１１７である。この同期化回路用クロック１１７
の切り替わりタイミングは、クロックＸ１１４に同期し
たアドレスをデコードした結果得られたクロック選択信
号１１３の状態変化のタイミングであるが、クロックＸ
１１４、クロックＡ１１５、クロックＢ１１５は周波数
や位相が異なるクロックであるため、切り替わりタイミ
ング前後の同期化回路用クロック１１７の立ち上がりエ
ッジ間の時間は保証されない。

【００１６】アドレスが、信号１（Ｘ）３０４と同じＸ
３のタイミングでバスブリッジに入力されるとすると、
アドレスデコーダ１１０を通して生成したクロック選択
信号１１３は、信号１（Ｘ）３０４よりも状態変化が遅
れる。信号１（Ｘ）３０４に対して同期化を始めるとす
れば、クロック選択信号１１３により選択された同期化
回路用クロック１１７の立ち上がりエッジが発生してい
るＸ３で、状態変化した値がフリップフロップ３０２に
取り込まれる。ここで、フリップフロップ３０２の出力
信号がメタステーブル状態になったと仮定すると、同期
化回路用クロック１１７の次の立ち上がりエッジである
Ａ３までの時間、Ｔｃｋの間にメタステーブル状態を脱
しないと、フリップフロップ３０３でメタステーブル状
態を除去することができない。前述のように、同期化回
路用クロック１１７の切り替えタイミング前後では、ク
ロックの立ち上がりエッジ間の時間は保証されないた
め、Ｔｃｋが非常に短くなり、フリップフロップ３０２
の出力信号がメタステーブル状態を脱することができな
い可能性がある。

【００１７】そこで、正常に同期化を行うために、同期
化する信号をクロック選択信号１１３よりも遅いタイミ
ングで同期化回路に入力する必要がある。図３、図４の
例では、入力信号１（Ｘ）１１３をクロックＸ１１４で
動作するフリップフロップ３０１に入力し、状態変化を
１クロック分遅延させてから同期化回路１１１に入力し
ている。

【００１８】同期化回路１１１に入力するクロックを選
択することのない従来方式では、フリップフロップ３０
１は必要ないため、バスブリッジ１０６のみのレイテン
シを考えれば大きくなる。しかしシステム全体でみれ
ば、クロックＸ１１４はクロックＡ１１５やクロックＢ
１１６と比較して動作周波数が高いと考えられるので、
ターゲットデバイスＡ１０８やターゲットデバイスＢ１
０９の同期化回路を削除したことで短縮した遅延時間の
方が、クロックＸ１１４で動作するフリップフロップ３
０１の通過時間よりも充分大きく、本方式を採用したこ
とによる効果に影響はないと言える。

【００１９】次に、２次バス１０２にバスブリッジ１０
６以外のマスタデバイスが接続されている場合の実施例
２を図５を使用して説明する。実施例２で２次バス１０
２に新たに接続されたマスタデバイスは、単一クロック
で動作し、動的なクロック変化が可能なデバイスと仮定
する。そのようなデバイスの例としては、レジスタを設
定することで転送要求を発行するＤＭＡコントローラ等
がある。図５において、５０１は２次バス１０２に接続
された転送要求を発行するマスタデバイス、５０２は複
数のバス使用者を調停するバスアービタ、５０３はバス
ブリッジ１０６からバスアービタ５０２に出力されるバ
スブリッジ転送要求、５０４はバスアービタ５０２から
バスブリッジ１０６に出力されるバスブリッジ転送許可
信号、５０５はマスタデバイス５０１からバスアービタ
５０２に出力されるマスタ転送要求、５０６はバスアー
ビタ５０２からマスタデバイス５０１に出力されるマス
タ転送許可信号、５０７はクロック選択信号である。こ
こで、５０３と５０４の転送要求信号が出力されると同
時に、クロック選択信号もバスアービタ５０２に対して
出力されるものとする。

【００２０】複数マスタを接続可能なバスにはバス使用
者の調停を行う機構が必要であるが、実施例２では、バ
スアービタ５０２はバス使用者の調停だけでなく、クロ
ック選択信号の出力も行う。図５において、２次バス１
０２に接続された転送要求を発行する２つのデバイスで
あるバスブリッジ１０６とマスタデバイス５０１は、バ
スアービタ５０２に対して転送要求だけではなく、どの
クロックで動作させるかを指定するクロック選択信号を
出力する。

【００２１】バスアービタ５０２は、２次バス１０２で
転送を開始できるデバイスを選択して、そのデバイスに
転送許可信号５０４、５０６を送信すると同時に、選択
されたデバイスが発行しているクロック選択信号を、ク
ロックセレクタ１１２に出力し、バス権を取ったデバイ
スが要求する周波数のクロックを選択する。バスアービ
タ５０２では、バス使用権の切り替えタイミングでクロ
ックも切り替えるため、切り替えの前後で、何らかの方
法を用いてバス衝突やメタステーブルが発生するのを防
がなくてはならない。そこで実施例２では、バスアービ
タ５０２でクロック切り替えタイミングを操作する機構
を導入する方式と、バスブリッジ１０６でクロックを操
作する方式を採用する。

【００２２】まずバスアービタ５０２においてクロック
切り替えタイミングを操作する方式を、図６のバスアー
ビタ５０２詳細図と図７のバス調停タイミングチャート
を用いて説明する。図６において、６０１はバスブリッ
ジ１０６が同期化回路用クロック１１７を選択するため
に出力するバスブリッジクロック選択信号、６０２はマ
スタデバイス５０１が同期化回路用クロック１１７を選
択するために出力するマスタデバイスクロック選択信
号、６０３はバス権が与えられたデバイスのクロック選
択信号を選ぶクロック選択信号セレクタ、６０４は１次
バス１０１のクロックＸ１１４に同期して出力される信
号であるバスブリッジ転送要求５０３をバスアービタ５
０２の動作クロックである同期化回路用クロック１１７
に同期化する同期化回路、６０５は同期化回路６０４で
同期化された同期化後バスブリッジ転送要求、６０６は
同期化後バスブリッジ転送要求６０５とマスタ転送要求
５０５を受け取り、任意の優先順位決定方法によってど
ちらのデバイスにバス権を与えるかを決定する優先順位
判定部、６０７は優先順位判定部６０６で判定された結
果であるバスブリッジ選択信号、６０８は２次バス１０
２の制御信号、６０９は制御信号６０６を用いて２次バ
ス１０２が使用中でないことを検出するバスアイドル検
出部、６１０はバスアイドル検出部６０７の結果である
バス権切り替えタイミング信号、バスブリッジ選択信号
６０７をバス権切り替えタイミング信号６１０がアサー
トしたときに取り込み、６１１はバスブリッジ転送許可
信号を生成するフリップフロップ、６１２はインバー
タ、６１３はインバータ６１２で反転後の信号、６１４
はマスタ転送許可信号５０６をマスタデバイス５０１が
要求するクロック周波数で同期化する同期化回路であ
る。また図７において、Ａ１からＡ５はクロックＡ１１
５の時間、Ｂ１からＢ６はクロックＢ１１６の時間、７
０１は図６の同期化回路６１０の内部信号で、同期化の
ため２段用意されたフリップフロップのうち、１段目の
フリップフロップの出力信号である。

【００２３】バスアービタ５０２でバスの調停が行われ
る手順を説明する。バスブリッジ１０６からの転送要求
信号５０３は、同期化回路６０４において同期化回路用
クロック１１７に同期化されてから、すでに同期化回路
用クロックに同期している１１７マスタデバイス５０１
からの転送要求信号５０５は直接、優先順位判定部６０
６に入力される。優先順位判定部６０６では、任意の優
先順位判定アルゴリズムにより、どちらの転送要求の優
先度が高いかを判定し、バスブリッジ１０６が選択され
たときにアサートされるバスブリッジ選択信号６０７を
出力する。

【００２４】同時に、バスアイドル検出部６０７では、
２次バス１０２の制御信号６０８を観測し、２次バス１
０２が使用中であるかを監視、使用中でない場合はバス
権切り替えタイミング信号６１０をアサートする。バス
ブリッジ選択信号６０７は、バス権切り替えタイミング
信号６１０がアサートされているときのクロックの立ち
上がりでフリップフロップ６１１に取り込まれ、バスブ
リッジ転送許可信号５０４が生成される。マスタ転送許
可信号５０６は、バスブリッジ転送許可信号５０４の反
転である。

【００２５】本実施例２の前提として、マスタデバイス
５０１を、レジスタを設定することにより転送要求が発
生するデバイスと仮定している。そのようなデバイス
は、通常データを転送する準備が整ってから転送要求を
発行するため、マスタデバイス５０１は、転送要求に対
する転送許可信号５０６を受信すると、同期化回路を通
すことなく次の同期化回路用クロック１１７の立ち上が
りエッジでバス出力動作を開始できる。よってバスアー
ビタ５０２は、同期化回路が存在しないマスタデバイス
５０１へのマスタ転送許可信号５０６を、マスタデバイ
ス５０１が要求するクロックに同期させて出力しなくて
はならない。一方でバスブリッジ１０６は、転送要求５
０３を発行してバス権を獲得した後、信号を同期化回路
１１１に通して２次バス１０２に出力するため、バスブ
リッジ転送許可信号５０４がクロックに同期している必
要はなく、バスアービタ５０２でバスブリッジ転送許可
信号５０４を同期化すると２重に同期化することにな
る。そこで、図６にあるように、バスブリッジ転送許可
信号５０４はフリップフロップ６１１の出力をそのまま
使用し、マスタ転送許可信号５０６はフリップフロップ
６１１の出力をインバータ６１２で反転後、その信号６
１２を同期化回路６１４でクロック切り替え後の同期化
回路用クロック１１７に同期化して出力することで、同
期化の重複を避ける。

【００２６】バス権をバスブリッジ１０６からマスタデ
バイス５０１に切り替える際のタイミングの詳細を、図
７のタイミングチャートに示す。Ａ１で、バスブリッジ
１０６が２次バス１０２でクロックＡ１１５に同期して
転送中に、マスタデバイス５０１が転送要求５０３を発
行している。ここで、マスタデバイス５０１は、ターゲ
ットデバイスＢ１０９に対する転送を要求しており、ク
ロックＢ１１６で動作することを希望しているとする。
Ａ１でバスブリッジ１０６の転送が終了し、Ａ２のクロ
ックＡ１１５の立ち上がりでバスブリッジ１０６が転送
要求５０３を下げる。同時に、２次バス１０２が未使用
状態になるので、バス権切り替えタイミング信号６１０
がアサートされる。Ａ３のクロックＡ１１５の立ち上が
りで、バスブリッジ転送許可信号５０４がネゲートさ
れ、クロック選択信号５０７として、マスタデバイス５
０１から出力されたマスタデバイスクロック選択信号６
０２が選択される。クロック選択信号５０７の切り替わ
り後、同期化回路用クロック１１７がクロックＡ１１５
からクロックＢ１１６に切り替わる。バスブリッジ転送
許可信号５０４は、クロックの切り替わりタイミングで
あるＡ３のクロックＡ１１５の立ち上がりでネゲートさ
れているため、その反転信号をそのままマスタデバイス
５０１への転送許可信号５０６として使用しては、マス
タデバイス５０１が要求する動作クロックであるクロッ
クＢ１１６とは非同期の信号になってしまう。そこで、
Ｂ４のクロックＢ１１６の立ち上がりで、バスブリッジ
転送許可信号５０４の反転信号６１３の値が、同期化１
段目フリップフロップに取り込まれ、Ｂ５のクロックＢ
１１６の立ち上がりで、同期化１段目フリップフロップ
からの出力信号７０１の値が同期化２段目フリップフロ
ップに取り込まれることで、クロックＢ１１６に同期し
たマスタ転送許可信号５０６が生成される。

【００２７】次に、バスブリッジ１０６でクロックを操
作する方式について説明する。実施例２で用いられるマ
スタデバイス５０１は、プロセッサ１０３によってレジ
スタが設定されることにより転送要求５０５が発行され
るため、どのターゲットに対してマスタデバイス５０１
が転送要求５０５を発行するのか、転送要求発行前にプ
ロセッサ１０３が把握しているはずである。そこで本方
式では、マスタデバイス５０１にレジスタアクセスに行
く際のクロックとして、転送要求５０５を発行時に選択
される予定のクロックを選択して転送を行うよう、バス
ブリッジ１０６内部に設定できるような機構を設ける。
このような機構の例としていくつかの方法が考えられ
る。一つは、バスブリッジ１０６内部に発行する転送の
動作クロックを設定する専用レジスタを設けて、マスタ
デバイス５０１のレジスタを設定する転送を発行する前
に設定し、その専用レジスタの値をクロック選択信号と
して出力する方法である。もう一つは、マスタデバイス
５０１の転送要求５０３発行時のアドレスをマスタデバ
イス５０１内部のレジスタに設定する際に、そのアドレ
スの設定値をデコードする機構をバスブリッジ１０６内
部に設け、クロック選択信号を決定する方法である。こ
うしてマスタデバイス５０１のレジスタアクセス時にク
ロックを選択しておけば、マスタデバイス５０１が転送
要求５０５を発行する際にはクロックの切り替えが発生
しないため、バスアービタ５０２がマスタ転送許可信号
５０６を出力する際の同期化回路を設ける必要がなくな
り、バスの調停にかかる時間を短くできる。

【００２８】さらに、実施例３として、２次バス１０２
に接続されたデバイスが、外部Ｉ／Ｏや他のバスに接続
されているため独自の動作クロックを持っている場合を
挙げ、図８を用いて説明する。図８において、８０１は
２次バス１０２とのインタフェース以外に、外部とのイ
ンタフェースを持つマスタデバイス、８０２はマスタデ
バイス８０１に接続されている外部Ｉ／Ｏ、８０３は外
部Ｉ／Ｏ８０２からのアドレスデコーダ、８０４は外部
Ｉ／Ｏ８０２からの入力信号を同期化回路用クロック１
１７に、２次バス１０２からの入力信号を外部Ｉ／Ｏ８
０２の動作クロックにそれぞれ同期化する同期化回路、
８０５はマスタデバイス８０１と外部Ｉ／Ｏ８０２が動
作するクロックＣ、８０６はバスブリッジ１０６とマス
タデバイス８０１から転送要求を受け取ってバスの調停
をするバスアービタである。

【００２９】実施例３では、マスタデバイス８０１が独
自の動作クロックであるクロックＣ８０５を持っている
ため、実施例１におけるバスブリッジ１０６と同様の機
能を設ける必要がある。すなわち、外部Ｉ／Ｏ８０２か
らの入力されたアドレスを、アドレスデコーダ８０３で
デコードし、バスアービタ８０６にマスタ転送要求５０
５と共に出力し、マスタ転送許可信号５０６を受け取っ
た時点で、同期化回路８０４においてクロックＣ８０５
で動作する信号を同期化回路用クロック１１７に同期化
する。

【００３０】実施例３のバスアービタ８０６の内部構成
を図９に示す。図９において、９０１はマスタデバイス
８０１の動作クロックであるクロックＣ８０５に同期し
て出力される信号であるマスタ転送要求５０５をバスア
ービタ５０２の動作クロックである同期化回路用クロッ
ク１１７に同期化する同期化回路、９０２は同期化回路
９０１で同期化された同期化後マスタ転送要求である。
マスタデバイス８０１に同期化回路８０４が存在するた
め、マスタ転送許可信号５０６は、フリップフロップ６
１１で生成されたバスブリッジ転送許可信号５０４を反
転しただけで出力される。マスタデバイス８０１が独自
のクロックで動作していても、２種類のターゲットデバ
イスには同期化回路は必要ない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、階層的バス構造を持つ
システムにおいて、１次バス（高速プロセッサバス）と
２次バス（周辺装置等を接続する比較的低速のバス）を
結ぶバスブリッジが、データの２次バス上の転送先によ
って、出力する信号を同期させるクロックを選択できる
ような機構を設けることで、転送先になるターゲットデ
バイスの同期化回路を排除し、論理規模や消費電力が低
減でき、転送効率も向上する。また、２次バス上にバス
の調停以外に、各マスタが出力するデータを同期させる
クロックの選択を行うバスアービタを設けることによ
り、ターゲットデバイスに同期化回路を持たせずに、２
次バスへの複数マスタ接続を可能にする。さらに、２次
バス上に接続されるバスブリッジ以外のマスタデバイス
が独自の動作クロックを持たない場合には、そのマスタ
デバイス内部の同期化回路も削除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の構成図である。

【図２】従来の実施例の構成図である。

【図３】バスブリッジ内部の同期化回路の構成図であ
る。

【図４】図３の信号線のタイミングを示すタイミングチ
ャートである。

【図５】本発明の第二の実施例の構成図である。

【図６】第二の実施例におけるバスアービタの構成図で
ある。

【図７】図６のバスアービタにおけるバス調停のタイミ
ングチャートである。

【図８】本発明の第三の実施例の構成図である。

【図９】第三の実施例におけるバスアービタの構成図で
ある。

【符号の説明】

１０１…同期式１次バス、１０２…１次バスとは異なる
周波数で動作する同期式２次バス、１０３…１次バスに
接続されているプロセッサ、１０４…１次バスに接続さ
れている転送要求を出力するマスタデバイス、１０５…
１次バスに接続されている転送要求を受信するターゲッ
トデバイス、１０６…１次バスで発生した転送要求を２
次バス１０２のデバイスに伝えるバスブリッジ、１０７
…各デバイスにクロックを供給するクロック供給部、１
０８…２次バスに接続され、クロックＡで動作するター
ゲットデバイスＡ、１０９…２次バスに接続され、クロ
ックＢで動作するターゲットデバイスＢ、１１０…１次
バスから入力されたアドレスをデコードするアドレスデ
コーダ、１１２…クロックＡとクロックＢを選択するク
ロックセレクタ、１１３…クロックＡとクロックＢのど
ちらを選択するかを示すクロック選択信号、１１７…ク
ロックセレクタで選択された同期化回路用クロック、１
１４…１次バスが動作するクロックＸ、１１５…ターゲ
ットデバイスＡが動作するクロックＡ、１１６…ターゲ
ットデバイスＢが動作するクロックＢ、１１１…バスブ
リッジ内部の同期化回路、２０１…２次バスが動作する
クロックＹ、２０２…ターゲットＡ内部の同期化回路、
２０３…ターゲットＢ内部の同期化回路、３０１…クロ
ックＸの立ち上がりエッジで動作するフリップフロッ
プ、３０２、３０３…クロックＡの立ち上がりエッジで
動作するフリップフロップ、３０４…バスブリッジに入
力されるクロックＸに同期している信号１（Ｘ）、３０
５…フリップフロップ３０１から出力された信号２
（Ｘ）、３０６…フリップフロップ３０２から出力され
た信号３（Ａ）、３０７…フリップフロップ３０３から
２次バスに出力された信号４（Ａ）、５０１…２次バス
に接続された転送要求を発行するマスタデバイス、５０
２…複数のバス使用者の調停をするバスアービタ、５０
３…バスブリッジからバスアービタ５０２に出力される
バスブリッジ転送要求、５０４…バスアービタ５０２か
らバスブリッジに出力されるバスブリッジ転送許可信
号、５０５…マスタデバイス５０１からバスアービタ５
０２に出力されるマスタ転送要求、５０６…バスアービ
タ５０２からマスタデバイス５０１に出力されるマスタ
転送許可信号、５０７…クロック選択信号、６０１…バ
スブリッジが同期化回路用クロックを選択するために出
力するバスブリッジクロック選択信号、６０２…マスタ
デバイス５０１が同期化回路用クロックを選択するため
に出力するマスタデバイスクロック選択信号、６０３…
バス権が与えられたデバイスのクロック選択信号を選ぶ
クロック選択信号セレクタ、６０４…クロックＸに同期
して出力される信号であるバスブリッジ転送要求を同期
化回路用クロックに同期化する同期化回路、６０５…同
期化回路６０４で同期化された同期化後バスブリッジ転
送要求、６０６…同期化後バスブリッジ転送要求とマス
タ転送要求を受け取り、任意の優先順位決定方法によっ
てどちらのデバイスにバス権を与えるかを決定する優先
順位判定部、６０７…優先順位判定部で判定された結果
であるバスブリッジ選択信号、６０８…２次バスの制御
信号、６０９…制御信号を用いて２次バスが使用中でな
いことを検出するバスアイドル検出部、６１０…バスア
イドル検出部の結果であるバス権切り替えタイミング信
号、６１１…バスブリッジ転送許可信号を生成するフリ
ップフロップ、６１２…インバータ、６１３…インバー
タで反転した後の信号、６１４…マスタ転送許可信号を
マスタデバイス５０１が要求するクロック周波数で同期
化する同期化回路、７０１…同期化回路６１４の内部信
号で、同期化のため２段用意されたフリップフロップの
うち、１段目のフリップフロップの出力信号、８０１…
２次バスとのインタフェース以外に、外部とのインタフ
ェースを持つマスタデバイス、８０２…マスタデバイス
８０１に接続されている外部Ｉ／Ｏ、８０３…外部Ｉ／
Ｏからのアドレスデコーダ、８０４…マスタデバイス８
０１内部の同期化回路、８０５…マスタデバイス８０１
が動作するクロックＣ、８０６…バスブリッジとマスタ
デバイス８０１から転送要求を受け取ってバスの調停を
するバスアービタ、９０１…クロックＣに同期して出力
される信号であるマスタ転送要求５０５を同期化回路用
クロック１１７に同期化する同期化回路、９０２…同期
化回路９０１で同期化された同期化後マスタ転送要求、
Ｘ１〜Ｘ９…クロックＸ１１４の時間、Ａ１〜Ａ６…ク
ロックＡ１１５の時間、Ｂ１〜Ｂ６…クロックＢ１１６
の時間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２種類のクロック同期式バス
である１次バスと２次バスと、該２種類のバスを結ぶバ
スブリッジと、該１次バスに接続される転送要求を出力
する少なくとも１種類のクロック同期式マスタデバイス
１と、該２次バスに接続される互いに周波数または周期
の異なるクロックで動作し転送要求を受信する少なくと
も２種類のクロック同期式ターゲットデバイスと、該マ
スタデバイス１と該ターゲットデバイスと該バスブリッ
ジにクロックを供給するクロック供給部を備えるシステ
ムにおいて、該バスブリッジ内部に、該マスタデバイス
からの転送要求の転送先を検出するアドレスデコーダ
と、該アドレスデコーダで検出された転送先の該ターゲ
ットデバイスを示すターゲットデバイス選択信号を出力
する手段と、該１次バスのクロックで動作する信号を該
２次バスのクロックで、該２次バスのクロックで動作す
る信号を該１次バスのクロックで同期化する同期化回路
とを備え、該ターゲットデバイス選択信号により該２種
類のターゲットデバイスのクロックを選択して該２次バ
スのクロックとして該同期化回路に入力するクロック選
択部を備えることを特徴とするバス制御システム。
【請求項２】請求項１のバス制御システムにおいて、
該２次バスに出力される信号がデータの転送先によって
異なるクロックに同期していることを特徴とするバス制
御システム。
【請求項３】少なくとも１種類のバスと、該バスに接
続される少なくとも２種類のクロック同期式マスタデバ
イスと、該バスに接続される互いに周波数または周期の
異なるクロックで動作し転送要求を受信する少なくとも
２種類のクロック同期式ターゲットデバイスと、該マス
タデバイスと該ターゲットデバイスにクロックを供給す
るクロック供給部と、該２種類のターゲットデバイスの
動作クロックのうち１つを該バスの動作クロックとして
選択するクロック選択部を備えるシステムにおいて、該
２種類のマスタデバイスが出力する転送要求を調停し、
バス使用許可を該２種類のマスタデバイスに交互に与え
ると同時に、バス使用許可を与えられた該マスタデバイ
スの希望する動作クロックを該バスの動作クロックとし
て選択する機能を備え、異なるクロックに同期した信号
が２次バス上で衝突しないように転送要求を調停するこ
とを特徴とするバスアービタ。
【請求項４】請求項１のバス制御システムにおいて、
該２次バスに接続される少なくとも１種類のマスタデバ
イス２を備え、該バスブリッジと該マスタデバイス２の
転送要求を調停する請求項３のバスアービタを備えるこ
とを特徴とするバス制御システム。
【請求項５】該２次バスに接続される、該２次バスの
動作クロックのみで動作する少なくとも１種類のマスタ
デバイス２を備える、請求項１のバス制御システムにお
いて、該バスアービタから出力される該マスタデバイス
２に対する転送許可信号を、該マスタデバイス２が希望
する該２次バスの動作クロックに同期して出力すること
を特徴とする請求項３のバスアービタを備えるバス制御
システム。
【請求項６】請求項３のバスアービタと、該２次バス
に接続され、内部レジスタ設定により転送要求を出力す
るような該２次バスの動作クロックのみで動作する少な
くとも１種類のマスタデバイス２を備える、請求項１の
バス制御システムにおいて、該マスタデバイスが発行す
る予定の該２次バスの動作クロック要求と同じクロック
で該２次バスを動作させ、該マスタデバイスの該内部レ
ジスタ設定を行うことを特徴としたバス制御システム。