專(zhuān)利名稱：流水線同步設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流水線同步設(shè)備，用于在具有不同時(shí)鐘頻率的定時(shí)裝置之間轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)。
將來(lái)的發(fā)展削弱了全局時(shí)鐘VLSI電路的作用。VLSI代表超大規(guī)模集成。VSLI電路在芯片上具有100.000到1百萬(wàn)個(gè)晶體管。全局時(shí)鐘意味著用相同的時(shí)鐘頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)電路的所有部件。芯片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)傾向于產(chǎn)生包含幾個(gè)模塊的芯片，其中用不同的時(shí)鐘頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)所述模塊。將來(lái)日益發(fā)展的技術(shù)將難于分送高速低偏移時(shí)鐘信號(hào)。偏移代表時(shí)鐘信號(hào)中定時(shí)或相位的改變，這是信號(hào)流過(guò)模塊花費(fèi)時(shí)間的結(jié)果。因此，將來(lái)芯片將包含幾個(gè)本地時(shí)鐘子模塊，其彼此之間相互通信。這些系統(tǒng)被稱為GALS(全局異步、局部同步)系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)同步子模塊通信的方式來(lái)區(qū)分這兩種系統(tǒng)。
在時(shí)鐘同步系統(tǒng)中，子模塊具有所謂的看似真實(shí)的時(shí)鐘，其是可以暫停的環(huán)形振蕩器。通過(guò)同步所述時(shí)鐘來(lái)獲得安全通信。
在數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)中，子模塊具有自由運(yùn)行時(shí)鐘并且從一個(gè)時(shí)鐘到另一時(shí)鐘傳遞的數(shù)據(jù)被同步。這種數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)可以從1994年11月出版的、異步電路和系統(tǒng)的發(fā)展研究的國(guó)際討論會(huì)的會(huì)議記錄(Proceedings International Symposium on advanced research in asynchronous circuits and systems)第87到96頁(yè)中的J.N.Seizovic提出的流水線同步中獲知。流水線同步緩沖器由三個(gè)部分組成寫(xiě)入部分、中間部分和讀取部分。所述寫(xiě)入部分用寫(xiě)入時(shí)鐘來(lái)同步輸入操作，而讀取部分用讀取時(shí)鐘來(lái)同步輸出操作。中間部分是異步緩沖器，其用來(lái)去耦兩個(gè)同步的部分。所有三個(gè)部分的設(shè)計(jì)都是基于波紋緩沖器(異步緩沖器)的。在J.N.Seizovic提出的“流水線同步”中給出了從波紋緩沖器到同步緩沖器的變換。此變換是基于在兩個(gè)鄰近單元中間插入部件，所述部件用時(shí)鐘相位來(lái)同步信號(hào)交換?；镜却考?稱作等待4)延遲四相信號(hào)交換的完成，直到附加信號(hào)時(shí)鐘為高。由于當(dāng)信號(hào)交換開(kāi)始時(shí)信號(hào)時(shí)鐘可以降低，所以可能出現(xiàn)沖突，這意味著在設(shè)計(jì)所述部件時(shí)需要所謂的判優(yōu)器?；九袃?yōu)器(也稱作互斥元件)具有兩個(gè)輸入請(qǐng)求信號(hào)和兩個(gè)輸出確認(rèn)信號(hào)。當(dāng)對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求信號(hào)升高時(shí)確認(rèn)信號(hào)升高，而當(dāng)請(qǐng)求信號(hào)降低時(shí)確認(rèn)信號(hào)降低。但是存在一個(gè)限制至多一個(gè)確認(rèn)信號(hào)可以為高。如果一個(gè)確認(rèn)信號(hào)為高而其它請(qǐng)求信號(hào)也升高，那么判優(yōu)器忽略其它請(qǐng)求信號(hào)，直到所述確認(rèn)信號(hào)降低。當(dāng)兩個(gè)請(qǐng)求信號(hào)同時(shí)升高時(shí)，判優(yōu)器必須決定哪個(gè)確認(rèn)信號(hào)應(yīng)該首先升高。當(dāng)進(jìn)行判定時(shí)，判優(yōu)器可以無(wú)限期地保持在亞穩(wěn)定狀態(tài)。
圖6示出了基于基本判優(yōu)器的等待4部件的設(shè)計(jì)。所述等待4部件由基本判優(yōu)器60和反相器65組成。在所述基本判優(yōu)器60中輸入反相的時(shí)鐘信號(hào)。在所述等待4部件中不使用對(duì)應(yīng)于所述反相時(shí)鐘信號(hào)的基本判優(yōu)器的確認(rèn)信號(hào)。每當(dāng)反相的時(shí)鐘信號(hào)為高并且對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)為高時(shí)，在圖6中對(duì)應(yīng)于請(qǐng)求信號(hào)d的確認(rèn)信號(hào)e為低，而不管請(qǐng)求信號(hào)d。如果反相的時(shí)鐘信號(hào)為低，即時(shí)鐘為高，那么確認(rèn)信號(hào)e可能只從低到高。只在時(shí)鐘的高相位期間轉(zhuǎn)送信號(hào)d中的上邊沿。立即把信號(hào)d中的下降沿轉(zhuǎn)送給信號(hào)e。


圖1示出了常規(guī)的誘捕緩沖器(mousetrap buffer)的設(shè)計(jì)，其是使用二相單軌信號(hào)交換在鄰近單元之間發(fā)信號(hào)進(jìn)行通信的波紋緩沖器。每個(gè)單元具有兩個(gè)信令輸出，讀取請(qǐng)求信號(hào)(Rreq)和寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)(WACK)。誘捕緩沖器具有兩個(gè)信令輸入寫(xiě)入請(qǐng)求輸入(Wreq)和讀取確認(rèn)輸入(Rack)。把讀取請(qǐng)求輸出和讀取確認(rèn)輸入連接到EXNOR門(mén)。EXNOR門(mén)的輸出控制誘捕緩沖器的寄存器。如果信號(hào)en為高，那么緩沖器中的所有鎖存器是透明的，這意味著鎖存器的輸出等于輸入。在此狀態(tài)下，可以把數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述誘捕緩沖器。如果所述信號(hào)en降低，那么使誘捕緩沖器的鎖存器不透明。只要所述緩沖器不透明，那么任何數(shù)據(jù)都不能被轉(zhuǎn)送到所述緩沖器。二相相位交換協(xié)議中的通信只由兩個(gè)信號(hào)交換事件組成第一，發(fā)送器借助于所謂的請(qǐng)求信號(hào)的轉(zhuǎn)變來(lái)表明正在提供新數(shù)據(jù)。然后接收器借助于確認(rèn)信號(hào)的轉(zhuǎn)變來(lái)表明已經(jīng)接收數(shù)據(jù)。重要的是獲知所述請(qǐng)求信號(hào)的改變和確認(rèn)信號(hào)的改變表明各自的事件。請(qǐng)求信號(hào)和確認(rèn)信號(hào)的轉(zhuǎn)變可以是所述信號(hào)上邊沿或下邊沿的轉(zhuǎn)變。因此每個(gè)二相通信反相所述信號(hào)交換的信號(hào)。與四相信號(hào)交換通信對(duì)比，其留下的信號(hào)是不變的。四相信號(hào)交換總是以兩個(gè)信號(hào)都為低開(kāi)始的。二相信號(hào)交換以兩個(gè)信號(hào)相等(高或低)開(kāi)始。在誘捕緩沖器中，使用請(qǐng)求信號(hào)來(lái)傳遞數(shù)據(jù)項(xiàng)(滿的存儲(chǔ)桶)，而使用確認(rèn)信號(hào)來(lái)使?jié)M的緩沖區(qū)清空(恢復(fù)空的存儲(chǔ)桶)。經(jīng)由請(qǐng)求信號(hào)來(lái)完成傳遞數(shù)據(jù)項(xiàng)(滿的存儲(chǔ)桶)，而使用確認(rèn)信號(hào)來(lái)恢復(fù)空的存儲(chǔ)桶。當(dāng)已經(jīng)把數(shù)據(jù)寫(xiě)入誘捕緩沖器時(shí)，使所述寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)等于所述寫(xiě)入請(qǐng)求信號(hào)。借此，空的存儲(chǔ)桶回到先前的誘捕緩沖器，而把滿的存儲(chǔ)桶轉(zhuǎn)送到隨后的誘捕緩沖器。
誘捕緩沖器具有幾個(gè)屬性，其使GALS系統(tǒng)中的流水線同步非常吸引人。
在許多GALS(全局異步，局部同步)系統(tǒng)中，時(shí)鐘還意味著距離，在這種情況下傳輸延遲是十分重要的。為此，二相協(xié)議比四相協(xié)議更吸引人。誘捕緩沖器是快速的，這意味著其允許同步緩沖器中存在高的時(shí)鐘速率。此外，對(duì)于給定的時(shí)鐘頻率而言，更快的緩沖器具有更多的時(shí)間來(lái)處理亞穩(wěn)定狀態(tài)，這使得出現(xiàn)同步故障的可能性變得更小?？盏恼T捕緩沖器具有每個(gè)單元只有一個(gè)鎖存器延遲的等待時(shí)間。
圖2示出了如何把兩個(gè)誘捕單元MS1和MS2彼此連接，以便形成異步(自定時(shí)的)流水線。把誘捕1的讀取確認(rèn)輸入連接到誘捕2的寫(xiě)入確認(rèn)輸出。誘捕1的讀取請(qǐng)求輸出等于誘捕2的寫(xiě)入請(qǐng)求輸入。誘捕1的讀取數(shù)據(jù)輸出等于誘捕2的寫(xiě)入數(shù)據(jù)輸入。這種緩沖器不能用于橋時(shí)鐘域，這是因?yàn)樗鲂盘?hào)交換的信號(hào)會(huì)異步改變(可能不滿足設(shè)置和保持要求)。
因此本發(fā)明的目的是提供一種流水線同步設(shè)備，其快速而又可靠地操作。
所述目的是由一種流水線同步設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以便在具有不同時(shí)鐘頻率的定時(shí)外部設(shè)備之間轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)。所述流水線同步設(shè)備包括用于與外部時(shí)鐘設(shè)備之一交換數(shù)據(jù)的誘捕緩沖器。誘捕設(shè)備可以讀取或混合來(lái)自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，或者把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到外部設(shè)備。誘捕緩沖器具有用于協(xié)調(diào)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的信令輸出。所述信令輸出可以是到外部設(shè)備的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)，其把數(shù)據(jù)寫(xiě)入誘捕緩沖器，或者是讀取請(qǐng)求信號(hào)，用于向外部設(shè)備轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)。同步器適于使信令輸出的變化與外部設(shè)備的時(shí)鐘同步。信令輸出的變化可以是上邊沿或下邊沿的信號(hào)。所述誘捕緩沖器是波紋緩沖器。所述信令輸出可以異步改變。因此，所述誘捕緩沖器可以不與內(nèi)部定時(shí)設(shè)備通信。由于同步器，誘捕緩沖器的信令輸出可以滿足所制造的外部設(shè)備的設(shè)置與保持要求。采用這種方法，誘捕緩沖器可以用于流水線同步。
所述同步器可以適于使改變的信令輸出與外部設(shè)備時(shí)鐘的高相位或低相位同步。換句話說(shuō)，如果外部設(shè)備的時(shí)鐘為高或低，那么只轉(zhuǎn)送信令輸出中的上邊沿或下邊沿。為此，同步器延遲轉(zhuǎn)送信令輸出的變化，直到外部設(shè)備的時(shí)鐘為高或低。如果時(shí)鐘為高或低來(lái)開(kāi)始，即當(dāng)出現(xiàn)信令輸出的變化時(shí)，那么所述同步器不延遲轉(zhuǎn)送。這樣可以滿足外部設(shè)備的設(shè)置和保持要求。
優(yōu)選地是，同步器包括同步鎖存器。所述同步鎖存器具有用于接收信令輸出的同步輸入。鎖存器還包括用于向外部設(shè)備輸出所接收的信令輸出的同步輸出，和用于啟用向所述外部設(shè)備輸出該接收的信令輸出的控制輸入。當(dāng)所述控制輸入為高時(shí)，鎖存器變得透明并且輸入到鎖存器的信號(hào)等于來(lái)自鎖存器的信令輸出。同步鎖存器用于延遲轉(zhuǎn)送信令輸出的變化，直到控制輸入啟用所述鎖存器。
可以用下列方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制輸入與外部設(shè)備的時(shí)鐘相位的同步所述同步器還包括EXNOR門(mén)。所述EXNOR門(mén)具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。把EXNOR門(mén)的輸入端連接到同步鎖存器的同步輸入和輸出。如果誘捕緩沖器的信令輸出沒(méi)有變化，那么EXNOR門(mén)的輸入和輸出相等。因此，關(guān)閉EXNOR門(mén)，即EXNOR門(mén)的輸出為低。如果誘捕緩沖器的信令輸出改變，那么同步鎖存器的輸入和輸出將不同。因此，開(kāi)啟EXNOR門(mén)，即EXNOR門(mén)的輸出為高。所述同步器還包括等待部件，其連接到EXNOR門(mén)的輸出端和外部設(shè)備的時(shí)鐘。把等待部件的輸出端連接到同步鎖存器的控制輸入。等待部件使同步鎖存器的控制輸入與外部設(shè)備時(shí)鐘的相位同步。優(yōu)選地是，如果外部設(shè)備的時(shí)鐘為高，那么等待部件只適于輸出在輸入中從低到高的變化。如果外部設(shè)備的時(shí)鐘為低，那么即使等待部件的輸入為高，等待部件的輸出也保持為低。如果輸入為高，其表示各自時(shí)鐘的狀態(tài)，那么等待部件的輸出保持為高。立即輸出在輸入端中從高到低的變化，其分別是外部設(shè)備時(shí)鐘的狀態(tài)。因此，如果所述時(shí)鐘為高，那么只把EXNOR門(mén)的高輸出轉(zhuǎn)送到控制輸入。此后只要EXNOR門(mén)為高，那么控制輸入保持為高。如果同步鎖存器的同步輸入和同步輸出相等，那么EXNOR門(mén)為低。高控制輸入均衡了同步輸入和同步輸出。
優(yōu)選地是，等待部件包括反相器和判優(yōu)器。判優(yōu)器具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端?？傮w上，如果對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)升高，那么判優(yōu)器的輸出信號(hào)升高，而如果對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)降低，那么所述輸出信號(hào)降低。但是由于存在至多輸出信號(hào)之一可以為高的限制，所以此規(guī)則存在例外。如果輸入信號(hào)之一為高而其它輸入信號(hào)升高，那么判優(yōu)器忽略其它輸入信號(hào)。這意味著輸出信號(hào)保持不變。對(duì)應(yīng)于其它輸入信號(hào)的輸出信號(hào)保持為低。判優(yōu)器的輸入端之一接收所述外部設(shè)備的反相時(shí)鐘信號(hào)。所述反相器使所述時(shí)鐘信號(hào)反相。判優(yōu)器的其它輸入端適于接收EXNOR門(mén)的輸出。對(duì)應(yīng)于EXNOR門(mén)輸入的判優(yōu)器的輸出用于發(fā)送所述輸入。判優(yōu)器的其它輸出在等待部件中不起作用。如果外部設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)為低，那么判優(yōu)器對(duì)應(yīng)的輸入為高。
先前討論的本發(fā)明的實(shí)施方式涉及相位同步。這意味著把信令輸出的變化與外部設(shè)備時(shí)鐘的高相位或低相位同步。優(yōu)選地是，所述同步器可以適于使信令輸出的改變與外部設(shè)備時(shí)鐘的上升沿和/或下降沿同步。可以通過(guò)利用二相同步器來(lái)實(shí)現(xiàn)邊沿同步器，所述二相同步器均適于延遲信令輸出變化的轉(zhuǎn)送，直到外部設(shè)備的時(shí)鐘為高或低。提供兩個(gè)誘捕緩沖器。把第一誘捕緩沖器連接到外部設(shè)備，而把第二誘捕緩沖器連接到第一誘捕緩沖器。兩個(gè)同步器的第一同步器使第一誘捕緩沖器到外部設(shè)備的信令輸出與外部時(shí)鐘的高相位或低相位同步。第二同步器使第二誘捕緩沖器到第一誘捕緩沖器的信令輸出與外部時(shí)鐘的另一相位同步。例如，使到第一誘捕緩沖器的信令輸入與外部時(shí)鐘的低相位同步。作為響應(yīng)，產(chǎn)生第一誘捕緩沖器的信令輸出。總體上，在外部時(shí)鐘的低相位期間將把信令輸出發(fā)送到第一同步器。第一同步器延遲把信令輸出轉(zhuǎn)送到第一誘捕緩沖器，直到外部時(shí)鐘為高。在此例子中，使第一誘捕緩沖器的信令輸出與外部時(shí)鐘的上邊沿同步。
還可以通過(guò)使用兩個(gè)等待部件來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖存同步器。兩個(gè)等待部件中的每個(gè)使在輸入中的變化與外部時(shí)鐘的相位同步。兩個(gè)等待組件都具有兩個(gè)輸入端。一個(gè)輸入端用于接收外部時(shí)鐘，而另一輸入端用于接收要發(fā)送的信號(hào)。如果所接收的時(shí)鐘信號(hào)為高，那么只發(fā)送在輸入信號(hào)中的變化。一旦這種等待部件的輸出為高，那么其不管所接收時(shí)鐘的狀態(tài)如何，都保持為高，直到輸入信號(hào)從高到低改變。把兩個(gè)等待部件彼此連接。第一等待部件向外部設(shè)備輸出信號(hào)，而第二等待部件接收來(lái)自誘捕緩沖器的信令輸出。第二等待部件接收來(lái)自外部設(shè)備的反相時(shí)鐘，而第一等待部件接收外部設(shè)備的時(shí)鐘。第二等待部件只在外部時(shí)鐘的低相位期間，向第一等待部件發(fā)送在信令輸出中從低到高的變化。第一等待部件只在外部時(shí)鐘的高相位期間發(fā)送在第二等待部件的輸出中的變化。因此，使信令輸出與外部時(shí)鐘的上邊沿同步。所述同步只發(fā)生在信令輸出的上邊沿，這是由于所述等待部件沒(méi)有使在輸入中從高到低的變化與外部時(shí)鐘相位同步。
為了使信令輸出的上邊沿和下邊沿都與外部時(shí)鐘邊沿同步，還需要另外的部件。為此，同步器包括具有同步輸入和同步輸出的同步鎖存器。同步輸入接收誘捕緩沖器的信令輸出。把同步輸出連接到外部設(shè)備。所述同步鎖存器還具有控制輸入。如果同步鎖存器的控制輸入為高，那么只把在同步鎖存器的同步輸入和同步輸出之間的變化轉(zhuǎn)送到外部設(shè)備。如果控制輸入為高，那么使所述鎖存器的同步輸出等于同步輸入。把同步鎖存器的同步輸入和同步輸出都連接到異或非(exclusive nor)門(mén)的輸入端。只要同步輸入和輸出相等，那么EXNOR門(mén)的輸出就為低。如果同步輸入和同步輸出不同，那么EXNOR門(mén)的輸出為高。高的EXNOR門(mén)輸出表明向同步鎖存器提供的信令輸入有變化。EXNOR門(mén)的輸出用于控制鎖存器。如果使EXNOR門(mén)的輸出與外部設(shè)備的時(shí)鐘邊沿同步，那么其啟用轉(zhuǎn)送并且信令輸出的變化與所述時(shí)鐘邊沿同步。
下面參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1示出了依照技術(shù)現(xiàn)狀的誘捕緩沖器，圖2示出了彼此連接的依照技術(shù)現(xiàn)狀的兩個(gè)誘捕緩沖器，圖3示出了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的寫(xiě)入部分，圖4示出了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的讀取部分，圖5示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的同步器，圖6示出了第一實(shí)施例的同步器的等待部件，圖7示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的同步器，圖8示出了用于圖7同步器的四相上邊沿部件(UE4)，
圖9示出了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的誘捕緩沖器，圖10a示出了依照本發(fā)明第三實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的寫(xiě)入部分，和圖10b示出了依照本發(fā)明第三實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的讀取部分，圖11示出了依照本發(fā)明第四實(shí)施例的流水線同步設(shè)備。
在圖3中示出的依照第一實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的寫(xiě)入部分包括誘捕緩沖器(MT)和同步器(S)。把誘捕緩沖器MT和同步器S連接到寫(xiě)入裝置WD。寫(xiě)入裝置具有被輸出到同步器S的內(nèi)部時(shí)鐘CLK。同步器S使誘捕緩沖器MT的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)Wack與寫(xiě)入裝置WD的時(shí)鐘CLK同步。圖3中的誘捕緩沖器MT對(duì)應(yīng)于在圖1中示出的常規(guī)誘捕緩沖器。如果已經(jīng)把數(shù)據(jù)Wdat寫(xiě)入誘捕緩沖器MT，那么寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)Wack從高到低或從低到高改變。同時(shí)使誘捕緩沖器MT不透明，這意味著不可以把進(jìn)一步的數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述誘捕緩沖器MT。誘捕緩沖器MT改變讀取請(qǐng)求信號(hào)Rreq。此信號(hào)變化表明可以從誘捕緩沖器MT讀取數(shù)據(jù)。同步器S延遲把寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)中的變化轉(zhuǎn)送到寫(xiě)入裝置WD。寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)Wack中的變化可以組成上邊沿和下邊沿轉(zhuǎn)變。由于誘捕緩沖器MT依照二相協(xié)議來(lái)操作，所以寫(xiě)入確認(rèn)協(xié)議的上邊沿和下邊沿轉(zhuǎn)變可以表明緩沖器已經(jīng)接收了寫(xiě)入數(shù)據(jù)Wdat。借此，通知寫(xiě)入裝置不可以把附加數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述誘捕緩沖器MT，直到寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)再次改變。必須與所述寫(xiě)入裝置的內(nèi)部時(shí)鐘同步來(lái)接收所述寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)，以便寫(xiě)入裝置可以處理誘捕緩沖器MT的信令輸出。
圖4示出了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的流水線同步設(shè)備的讀取部分。把圖4中的誘捕緩沖器MT連接到讀取裝置RD，其從誘捕緩沖器讀取數(shù)據(jù)Rdat。必須使誘捕緩沖器MT向讀取裝置RD發(fā)信號(hào)來(lái)與讀取裝置RD的時(shí)鐘CLK同步。為此，把對(duì)應(yīng)于圖3中的同步器S的同步器S插入在誘捕緩沖器MT的讀取請(qǐng)求輸出和讀取裝置RD的讀取請(qǐng)求輸入之間。把讀取裝置RD的內(nèi)部時(shí)鐘輸入到同步器S。同步器S延遲把讀取請(qǐng)求信號(hào)Rreq中的變化轉(zhuǎn)送到讀取裝置RD。因此，使讀取請(qǐng)求信號(hào)的變化與讀取裝置的內(nèi)部時(shí)鐘CLK同步。
圖5依照第一實(shí)施例示出了用于圖3和4的同步器。圖5中的同步器S包括具有輸入SI和輸出SO的鎖存器L。圖5中的同步輸入SI對(duì)應(yīng)于圖3中的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)Wack并且對(duì)應(yīng)于圖4中的讀取請(qǐng)求信號(hào)Rreq。圖5中的同步輸出SO對(duì)應(yīng)于圖3中的同步器到寫(xiě)入裝置WD的輸出，并且對(duì)應(yīng)于圖4中的同步器到讀取裝置RD的輸出。如果到鎖存器L的控制輸入E為高，那么使鎖存器L的同步輸出SO等于鎖存器的同步輸入SI。圖3和4中的誘捕緩沖器MT的信令輸出的變化對(duì)應(yīng)于鎖存器L的同步輸入SI和同步輸出SO的變化。借助于等待部件wait4來(lái)使此信號(hào)輸出轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)送與寫(xiě)入裝置WD或讀取裝置RD的時(shí)鐘CLK同步。所述wait4部件使鎖存器L的控制輸入與外部時(shí)鐘CLK同步。由于連接到輸入SI和輸出SO的EXNOR門(mén)50，所以如果輸入SI和輸出SO不同，那么等待部件的輸入d為高，而如果輸入SI和輸出SO相等，那么所述輸入d為低。信號(hào)d從低到高的變化表示誘捕緩沖器MT的信號(hào)輸出的變化。wait4部件延遲信號(hào)d中的上邊沿，直到時(shí)鐘CLK為高。因此，鎖存器L的控制輸入D只可以在時(shí)鐘CLK的高相位期間從低到高改變。因此，使圖3和4中的信令輸出的上邊沿或下邊沿與寫(xiě)入裝置WD或讀取裝置RD的對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘CLK的高相位同步。
圖6示出了圖5中的wait4部件的設(shè)計(jì)。所述wait4部件包括判優(yōu)器60和反相器65。所述反相器65使外部設(shè)備WD或RD的時(shí)鐘信號(hào)CLK反相。判優(yōu)器60具有兩個(gè)輸出。兩個(gè)輸出中只有一個(gè)輸出、即輸出e是用于等待部件的。判優(yōu)器60的輸出e是對(duì)應(yīng)于判優(yōu)器60的輸入d的輸出。這意味著在任何時(shí)候信號(hào)e等于信號(hào)d，除非對(duì)應(yīng)于所反相時(shí)鐘信號(hào)輸入的判優(yōu)器60的第二輸出為高。
圖7示出了二相邊沿同步器，其用于本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖7的同步器具有與在圖5中示出的同步器同樣的設(shè)計(jì)，只有一處不同圖5中的wait4部件由四相上邊沿部件UE4來(lái)代替。四相高相位上邊沿部件UE4被設(shè)計(jì)成用于使輸入信號(hào)d中的上邊沿轉(zhuǎn)變與外部時(shí)鐘CLK的上邊沿同步。包圍UE4部件的部件負(fù)責(zé)把四相上邊沿部件UE4變換到同步器中，所述同步器使信號(hào)的上邊沿和下邊沿與時(shí)鐘CLK中的上邊沿轉(zhuǎn)變同步。只要輸入信號(hào)SI和輸出信號(hào)SO彼此相等，那么EXNOR門(mén)50就具有低輸出d。如果不管怎樣SI和SO不同，那么EXNOR門(mén)50具有高輸出d。信號(hào)SI中的下邊沿轉(zhuǎn)變和信號(hào)SI中的上邊沿轉(zhuǎn)變都會(huì)導(dǎo)致EXNOR門(mén)50的高輸出。EXNOR門(mén)不能區(qū)分上邊沿和下邊沿轉(zhuǎn)變。因此，由部件UE4使上邊沿和下邊沿轉(zhuǎn)變同步，每當(dāng)在信號(hào)SI中出現(xiàn)上邊沿或下邊沿轉(zhuǎn)變時(shí)，所述部件UE4接收來(lái)自所述EXNOR門(mén)50的上邊沿信號(hào)d。由UE4部件使上邊沿信號(hào)d與時(shí)鐘CLK的上邊沿同步。把同步的信號(hào)輸出到鎖存器L的控制輸入e，隨后其使輸出信號(hào)SO等于輸入信號(hào)SI。借此，與時(shí)鐘CLK的上邊沿同步來(lái)轉(zhuǎn)送輸入信號(hào)的變化。
圖8示出了四相上邊沿部件UE4的設(shè)計(jì)，其可以用于在圖7中示出的同步器。通過(guò)把兩個(gè)wait4部件彼此連接來(lái)構(gòu)造部件UE4。第一wait4部件接收信號(hào)d，所述信號(hào)d將被同步。第二wait4部件接收第一wait4部件的輸出ar。反相器80使外部時(shí)鐘信號(hào)CLK反相。把所反相的時(shí)鐘輸入到第一wait4部件。第二wait4部件接收所述時(shí)鐘信號(hào)CLK。只在時(shí)鐘CLK的低相位期間，即當(dāng)?shù)谝粀ait4部件的時(shí)鐘輸入為高時(shí)，才轉(zhuǎn)送信號(hào)輸入d中的上邊沿。在這種情況下，輸入到第二wait4部件的信號(hào)ar為高，而第二wait部件的時(shí)鐘輸入為低。輸出信號(hào)e保持低，直到時(shí)鐘CLK從低到高。只要輸入d為高，第一wait4部件的輸出ar就不受時(shí)鐘CLK變化的影響。因此，信號(hào)d中的上邊沿與時(shí)鐘CLK中的上邊沿同步。在開(kāi)啟第一wait4部件之前，反相器80的延遲在下降時(shí)鐘邊沿負(fù)責(zé)關(guān)閉第二wait4部件。
圖9示出了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的誘捕緩沖器的設(shè)計(jì)。圖7中示出的誘捕緩沖器具有所有部件，在圖1中示出的常規(guī)誘捕緩沖器都擁有這些部件。圖1和7中的相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征。另外，圖7中的誘捕緩沖器包括同步器(s)。所述同步器(s)使從誘捕緩沖器的EXOR門(mén)輸出的信號(hào)d與外部寫(xiě)入裝置(未示出)的時(shí)鐘同步。為此，所述同步器(s)接收寫(xiě)入裝置的時(shí)鐘(CLK)。誘捕緩沖器被如此設(shè)計(jì)，以便使到寫(xiě)入裝置的信令輸出(Wack)與寫(xiě)入裝置的時(shí)鐘(CLK)同步。已經(jīng)把信號(hào)輸出的同步集成到誘捕緩沖器中。
緩沖器的設(shè)計(jì)利用了以下事實(shí)，鎖存器(L)的控制輸入(e)執(zhí)行四相信號(hào)交換協(xié)議，其當(dāng)實(shí)現(xiàn)空存儲(chǔ)桶時(shí)開(kāi)始(使鎖存器透明)。因此，可以通過(guò)把四相同步器(s)合并在誘捕單元的鎖存控制中來(lái)同步空存儲(chǔ)桶的實(shí)現(xiàn)。相位同步器的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比邊沿同步器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。因此，減少了同步化的開(kāi)銷(xiāo)。然而，由于所述單元只同步空存儲(chǔ)桶的實(shí)現(xiàn)，所以其只能用于緩沖器的寫(xiě)入部分。由此改進(jìn)了寫(xiě)入部分的性能。誘捕緩沖器的寫(xiě)入部分總體上比讀取部分要慢。經(jīng)由請(qǐng)求信號(hào)來(lái)完成傳遞來(lái)自誘捕緩沖器的數(shù)據(jù)項(xiàng)(滿的存儲(chǔ)桶)，而使用確認(rèn)信號(hào)來(lái)返回空的存儲(chǔ)桶。用于傳遞數(shù)據(jù)項(xiàng)的速度受到鎖存器延遲的限制。用于傳遞空存儲(chǔ)桶的速度受EXNOR門(mén)和鎖存器的延遲的限制。因此，當(dāng)緩沖器全速運(yùn)行時(shí)，傳遞空存儲(chǔ)桶是瓶頸。由于把同步組件集成在誘捕緩沖器中，所以寫(xiě)入部分提供了與讀取部分幾乎相同的性能。
集成到鎖存器使能控制電路中的UE4部件將使Rack的到達(dá)與Clk同步。此后，鎖存器是透明的，并且信號(hào)Wack直接符合信號(hào)Wreq。因?yàn)樾盘?hào)Wreq起源于由Clk驅(qū)動(dòng)的同步域，從而其與此Clk同步，信號(hào)Wack也與Clk同步。在某種程度上，在此同步化期間，Wack組合地取決于Wreq，并且僅僅是此信號(hào)的延遲模型。在時(shí)鐘域中，這假定時(shí)鐘寄存器在從Wack到Wreq的路徑中，以便對(duì)于下一時(shí)鐘周期來(lái)計(jì)算Wreq的新值。
圖10a示出了依照本發(fā)明的流水線同步設(shè)備的寫(xiě)入部分的設(shè)計(jì)。寫(xiě)入部分是流水線的一部分，所述流水線接收來(lái)自寫(xiě)入裝置的數(shù)據(jù)(未示出)。寫(xiě)入部分基本上對(duì)應(yīng)于包括圖2中所示的兩個(gè)誘捕緩沖器的異步流水線。把圖10a中的第一誘捕緩沖器MT1連接到寫(xiě)入裝置WD(未示出)。以與圖3所示的相同方式來(lái)建立與所述寫(xiě)入裝置的連接。經(jīng)由同步器把第一誘捕MT1的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)饋送到寫(xiě)入裝置。使用第一wait2同步器，其使在誘捕緩沖器MT1的Wack信號(hào)中上邊沿和下邊沿的轉(zhuǎn)變與高時(shí)鐘相位同步。在第一和第二誘捕緩沖器MT1和MT2之間提供第二wait2部件。使來(lái)自誘捕緩沖器2的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)與反相的時(shí)鐘信號(hào)同步。這意味著如果時(shí)鐘為低，那么只把來(lái)自誘捕緩沖器MT2的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)的變化轉(zhuǎn)送到誘捕緩沖器MT1。寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)負(fù)責(zé)在誘捕緩沖器之間傳遞空的存儲(chǔ)桶。在外部時(shí)鐘CLK的低相位期間，把寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)中的上邊沿或下邊沿從第二誘捕緩沖器MT2發(fā)送到第一誘捕緩沖器MT2。因此，使第一誘捕緩沖器MT1為空，并且改變第一誘捕緩沖器到寫(xiě)入裝置的寫(xiě)入確認(rèn)信號(hào)的狀態(tài)。如果此變化發(fā)生在外部時(shí)鐘的低相位期間，那么不發(fā)送該信號(hào)，這是由于wait2部件把信號(hào)Wack發(fā)送到寫(xiě)入裝置WD。延遲該轉(zhuǎn)送、直到時(shí)鐘為高，即在時(shí)鐘的上邊沿轉(zhuǎn)變期間。圖10a給出的設(shè)計(jì)是用于依照本發(fā)明的流水線同步設(shè)備的寫(xiě)入部分的上邊沿同步電路。
圖10b描述了依照本實(shí)施例對(duì)應(yīng)的流水線同步設(shè)備的讀取部分的設(shè)計(jì)。此實(shí)施例使Rreq信號(hào)與Rclk同步，但是其具有一個(gè)缺點(diǎn)。由于只使Rreq與Rclk的高階段同步，所以對(duì)于到達(dá)Rdat的新數(shù)據(jù)而言，實(shí)際上通知同步域(假定其是正邊沿觸發(fā))就太遲了。因此，必須允許同步域用一個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)吸收在下一Rclk邊沿的新數(shù)據(jù)。從而Rack對(duì)Rreq的依賴性要求時(shí)鐘延遲(例如觸發(fā)器)，這減少了大約50％的吞吐量(就同步域看來(lái))。因此優(yōu)選實(shí)施例是其中Rreq信號(hào)并不直接與Rclk同步，而是其先兆。這通過(guò)把同步等待部件向左移動(dòng)一個(gè)誘捕階段來(lái)獲得，如圖11所示。
圖11示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中接連地把兩個(gè)等待部件插入在鄰近的誘捕緩沖器之間。所述等待部件都接收外部時(shí)鐘信號(hào)，其中一個(gè)等待部件包括反相器，其使所接收的時(shí)鐘信號(hào)反相。在圖11中示出的電路和在圖10b中示出的電路之間的差異是流水線中所述等待部件的位置。在圖10b中，一個(gè)等待部件位于流水線和外部讀取裝置之間的接口。而在圖11中示出的流水線中不是這樣。圖11中示出的電路是圖10b中電路的優(yōu)選替換，并且用于讀取同步化。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有不同時(shí)鐘頻率(CLK)的定時(shí)裝置(WD，RD)之間轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)的流水線同步設(shè)備，包括誘捕緩沖器(MT，MT1，MT2)，用于與所述外部設(shè)備(WD，RD)之一交換數(shù)據(jù)(Wdat，Rdat)，所述誘捕緩沖器(MT，MT1，MT2)具有用于協(xié)調(diào)與所述外部設(shè)備(WD，RD)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的信令輸出(Wack，Rreq)，其特征在于同步器(S1，S2)，適于使信令輸出(Wack，Rreq)的變化與外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)同步。
2.如權(quán)利要求1所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S1)適于使信令輸出(Wack，Rreq)的變化與外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)的高相位或低相位同步。
3.如權(quán)利要求2所述的流水線同步設(shè)備，其中同步器(S1)適于延遲轉(zhuǎn)送信令輸出(Wack，Rreq)的變化，直到外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)為高或低。
4.如權(quán)利要求3所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S1)包括同步鎖存器(L)，其具有用于接收信令輸出(Wack，Rreq)的同步輸入(SI)，用于向外部設(shè)備(WD，RD)輸出所接收的信令輸出(Wack，Rreq)的同步輸出(SO)和用于啟動(dòng)向外部設(shè)備(WD，RD)輸出所接收的信令輸出(Wack，Rreq)的控制輸入(e)。
5.如權(quán)利要求4所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S1)包括具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的EXNOR門(mén)(50)，EXNOR門(mén)(50)的輸入端連接到同步鎖存器(L)的同步輸入(SI)和輸出(SO)，并且所述同步器(S1)包括等待部件(Wait4)，其具有連接到EXNOR門(mén)(50)輸出的輸入(d)、連接到外部設(shè)備(WD，RD)時(shí)鐘(CLK)的輸入和連接到同步鎖存器(L)控制輸入(e)的輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的流水線同步設(shè)備，其中如果外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)為高，那么所述等待部件(Wait4)只適于輸出所述輸入(d)中從低到高的變化，并且不管外部設(shè)備(WD，RD)時(shí)鐘(CLK)的狀態(tài)如何，輸出所述輸入(d)中的從高到低的變化。
7.如權(quán)利要求6所述的流水線同步設(shè)備，其中所述等待部件(Wait4)包括反相器(65)和判優(yōu)器(60)，所述判優(yōu)器(60)具有用于接收反相的時(shí)鐘信號(hào)(CLK)的輸入，所述時(shí)鐘信號(hào)(CLK)由反相器(65)來(lái)反相，還具有用于接收EXNOR門(mén)(50)的輸出的輸入(d)和用于發(fā)送所述輸入(d)的輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S2)適于使信令輸出(Wack，Rreq)的變化與外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)的上升沿和/或下降沿同步。
9.如權(quán)利要求8所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S2)包括如權(quán)利要求3所述的兩個(gè)同步器(S1)，其適于延遲轉(zhuǎn)送信令輸出(Wack，Rreq)的變化，直到外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)為高或低，其中兩個(gè)同步器(S1)的第一個(gè)適于向外部設(shè)備(WD，RD)轉(zhuǎn)送第一誘捕緩沖器(MT1)的信令輸出(Wack，Rreq)的變化，而兩個(gè)同步器(S1)的第二個(gè)適于接收外部設(shè)備(WD，RD)的反相時(shí)鐘(CLK)，并且適于向第一誘捕緩沖器(MT1)轉(zhuǎn)送第二誘捕緩沖器(MT2)的信令輸出。
10.如權(quán)利要求8所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S2)包括邊沿同步器(UE4)，其具有兩個(gè)如權(quán)利要求6所述的等待部件(Wait4)，每一個(gè)都適于如果所接收的時(shí)鐘為高時(shí)只輸出所述輸入(d)中的從低到高的變化，并且不管所接收的時(shí)鐘的狀態(tài)如何，都輸出所述輸入(d)中從高到低的變化，其中兩個(gè)等待部件(Wait4)的第一個(gè)適于接收外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘并且向所述外部設(shè)備輸出其輸入(ar)的變化，而兩個(gè)等待部件(Wait4)中的第二個(gè)適于接收來(lái)自外部設(shè)備(WD，RD)的反相時(shí)鐘(CLK)并且向第一等待部件(Wait4)的輸入(ar)輸出其輸入(d)的變化。
11.如權(quán)利要求10所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S2)包括同步鎖存器(L)，其具有用于接收信令輸出(Wack，Rreq)的同步輸入(SI)，用于向外部設(shè)備(WD，RD)輸出所接收的信令輸出(Wack，Rreq)的同步輸出(SO)和用于啟動(dòng)向外部設(shè)備(WD，RD)輸出所接收的信令輸出(Wack，Rreq)的控制輸入(e)。
12.如權(quán)利要求11所述的流水線同步設(shè)備，其中所述同步器(S2)包括具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的EXNOR門(mén)(50)，EXNOR門(mén)(50)的輸入連接到同步鎖存器(L)的同步輸入(SI)和輸出(SO)，并且所述同步器(S2)包括邊沿同步器(UE4)，其具有連接到EXNOR門(mén)(50)輸出的輸入(d)、連接到外部設(shè)備(WD，RD)時(shí)鐘(CLK)的輸入和連接到同步鎖存器(L)的控制輸入(e)的輸出。
13.如權(quán)利要求1所述的流水線同步設(shè)備，其中誘捕緩沖器(MT1)適于接收來(lái)自外部設(shè)備(WD)的數(shù)據(jù)(Wdat)，并且所述誘捕緩沖器具有用于告知所述外部設(shè)備(WD)收到數(shù)據(jù)的信令輸出(Wack)。
14.如權(quán)利要求1所述的流水線同步設(shè)備，其中誘捕緩沖器(MT2)適于向外部設(shè)備(RD)轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)(Rdat)，并且所述誘捕緩沖器具有用于請(qǐng)求向所述外部設(shè)備(RD)轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)的信令輸出(Rreq)。
15.如權(quán)利要求13所述的流水線同步設(shè)備，其中所述誘捕緩沖器(MT1)包括EXOR門(mén)，用于接收來(lái)自誘捕緩沖器(MT1)的讀取請(qǐng)求信號(hào)(Rreq)和讀取確認(rèn)信號(hào)(Rack)，具有用于使能并禁止接收和轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)的控制輸入(e)的鎖存器，其中所述同步器適于使所述EXOR門(mén)的輸出(d)與外部設(shè)備(WD)的時(shí)鐘(CLK)同步，并且適于向鎖存器(L)的控制輸入(e)提供同步輸出(d)。
16.如權(quán)利要求15所述的流水線同步設(shè)備，其中同步器(S2)適于使EXOR門(mén)的輸出(d)的變化與外部設(shè)備(WD)的時(shí)鐘(CLK)的上升沿和/或下降沿同步。
17.一種用于在具有不同時(shí)鐘頻率(CLK)的定時(shí)裝置之間轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)的方法，包括步驟使用誘捕緩沖器來(lái)與所述外部設(shè)備(WD，RD)之一交換數(shù)據(jù)(Wdat，Rdat)，其中所述誘捕緩沖器(MT，MT1，MT2)輸出信號(hào)(Wack，Rreq)以便協(xié)調(diào)與所述外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，其特征在于還包括步驟使輸出信號(hào)(Wack，Rreq)的變化與外部設(shè)備(WD，RD)的時(shí)鐘(CLK)同步。
全文摘要
一種用于在具有不同時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘裝置之間轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)的流水線同步設(shè)備。所述流水線同步設(shè)備包括用于與所述外部設(shè)備之一交換數(shù)據(jù)的誘捕緩沖器，所述誘捕緩沖器具有用于協(xié)調(diào)與所述外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的信令輸出。所述流水線同步設(shè)備還包括同步器，所述同步器適于使信令輸出的變化與所述外部設(shè)備的時(shí)鐘同步。
文檔編號(hào)H04L7/02GK1836206SQ200480002726
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
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