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Dokumentenidentifikation DE69535108T2 15.02.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000789872
Titel VERFAHREN UND APPARAT ZUM HERSTELLEN EINER SERIELLEN SCHNITTSTELLE FÜR ISOCHRONE UND ASYNCHRONE PERIPHERIEGERÄTE
Anmelder Intel Corp., Santa Clara, Calif., US
Erfinder KNOLL, Shaun, Portland, OR 97209, US;
MORRISS, Charles, Jeff, Boulder Creek, CA 95006, US;
CALLAHAN, Shelagh, Beaverton, OR 97006, US;
BHATT, V., Ajay, El Dorado Hills, CA 95762, US;
NIZAR, Kottal, Puthiya, El Dorado Hills, CA 95762, US;
HASLAM, M., Richard, Hillsboro, OR 97123, US
Vertreter Zenz, Helber, Hosbach & Partner GbR, 45128 Essen
DE-Aktenzeichen 69535108
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 31.10.1995
EP-Aktenzeichen 959390394
WO-Anmeldetag 31.10.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/US95/14244
WO-Veröffentlichungsnummer 1996013771
WO-Veröffentlichungsdatum 09.05.1996
EP-Offenlegungsdatum 20.08.1997
EP date of grant 12.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2007
IPC-Hauptklasse G06F 9/02(2006.01)A, F, I, 20061026, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G06F 13/40(2006.01)A, L, I, 20061026, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Computersysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf serielle Busse zum Verbinden von Peripherieeinrichtungen mit den Systemeinheiten von Computersystemen, die die zugehörigen Steuereinrichtungen (Controller) und Schnittstellen umfassen.

2. Hintergrundinformationen

Eine Anzahl komplexer Überlegungen macht es wünschenswert, über einen einzelnen, relativ schnellen, bidirektionalen, isochronen, preiswerten und dynamisch konfigurierbaren seriellen Bus zum gleichzeitigen Verbinden sowohl isochroner als auch asynchroner Peripherieeinrichtungen mit der Systemeinheit eines Desktop-Computersystems zu verfügen. Isochrone Peripherieeinrichtungen sind Peripherieeinrichtungen, die elementare Echtzeitdaten erzeugen, wie zum Beispiel Sprache, bewegte Videobilder und dergleichen. Diese komplexen Überlegungen umfassen:

Eine Verbindung des Telefons mit dem Desktop-Computer

Es wird erwartet, dass die Zusammenführung von EDV und Kommunikation die Grundlage der nächsten Generation leistungsfähiger Anwendungen auf Desktop-Computern sein wird. Die Verlagerung von Maschinen-orientierten und Mensch-orientierten Datenarten von einem Standort oder einer Umgebung zu einem anderen hängt von einer ubiquitären und kostengünstigen Verbindungsmöglichkeit ab. Bedauerlicherweise haben sich die Datenverarbeitungsindustrie und die Kommunikationsindustrie unabhängig voneinander entwickelt. Demzufolge muss eine große Vielfalt von Desktop-Computer- und Telefonverbindungen unterstützt werden.

Benutzerfreundlichkeit

Der Mangel an Flexibilität bei der Neukonfiguration von Desktop-Computern wurde als ihre Achillesferse für ihre weitere Entwicklung erkannt. Die Kombination anwenderfreundlicher grafischer Schnittstellen und die mit der neuen Generation von Systembusarchitekturen verbundenen Hardware- und Softwaremechanismen haben die Neukonfiguration von Desktop-Computern weniger problematisch und einfacher gemacht. Aus Sicht des Endanwenders fehlen den I/O-Schnittstellen des Desktop-Computers, wie zum Beispiel serielle/parallele Anschlüsse, Tastatur-/Maus-/Joystickschnittstellen, jedoch immer noch die Plug-and-Play[Einstecken/Anschließen und Einschalten]-Eigenschaften oder sie sind hinsichtlich der Art der im eingeschalteten Zustand verbindbaren/trennbaren I/O-Einrichtungen zu begrenzt.

Anschlusserweiterung

Das Hinzufügen externer Peripherieeinrichtungen zu Desktop-Computern ist weiterhin durch die Anschlussverfügbarkeit eingeschränkt. Das Fehlen eines bidirektionalen, preiswerten Peripheriebusses mit einer niedrigen bis mittleren Geschwindigkeit hat die Verbreitung von Peripherieeinrichtungen wie Telefon-/Fax-/Modemadaptern, Anrufbeantwortern, Scannern, Minicomputern (PDA), Tastaturen, Mäusen etc. verzögert. Bestehende Verbindungen sind für Produkte mit ein oder zwei Funktionen optimiert. Sobald eine neuen Funktion oder Fähigkeit zum Desktop-Computer hinzugefügt wird, ist zur Behandlung dieses Erfordernisses üblicherweise eine neue Schnittstelle zu definieren.

Mit anderen Worten, es wird erwartet, dass dieser gewünschte serielle Bus eine preiswerte, gleichzeitige Verbindungsmöglichkeit sowohl für die interaktiven Einrichtungen mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von 10–100 kbps, wie zum Beispiel eine Tastatur, eine Maus, einen Kopierstift, Peripherieeinrichtungen für Spiele, Peripherieeinrichtungen für virtuelle Realität und Monitore, als auch die isochronen Einrichtungen mit einer mittleren Geschwindigkeit von 500–5000 kbps, wie zum Beispiel ISDN, PBX, POTS und andere Audioeinrichtungen, bereitstellt. Es wird erwartet, dass eine Vielzahl beider Arten von Einrichtungen gleichzeitig verbunden und aktiv ist und dennoch die letztere Art von Einrichtungen mit garantierten Latenzzeiten und Bandbreiten bereitgestellt wird. Des weiteren wird erwartet, dass die Einrichtungen sofort anschließbar und entfernbar sind. Dabei ist die serielle Schnittstelle in der Lage, sich selbst ohne eine Unterbrechung des Betriebs des Desktop-Computersystems dynamisch neu zu konfigurieren.

Es gibt verschiedene Technologien, die allgemein als serielle Busse angesehen werden, zum Verbinden von Peripherieeinrichtungen mit Systemeinheiten von Computersystemen. Jeder dieser Busse ist zur Bearbeitung einer bestimmten Auswahl von Verbindungen zwischen den Systemeinheiten und den Peripherieeinrichtungen konzipiert. Spezielle Beispiele dieser Busse umfassen:

Apple® Desktop Bus (ADB): ADB ist ein proprietärer Bus von Apple Computer Inc. Er ist ein minimalistischer, serieller Bus, der ein einfaches Lese-/Schreibprotokoll für bis zu 16 Einrichtungen bereitstellt. Für die Steuereinrichtungs- und Schnittstellen-Hardware sind nur Grundfunktionen erforderlich. Deshalb wird ein niedriger Implementierungsaufwand erwartet. ADB unterstützt jedoch nur Datenraten bis zu 90 kbps. Dies ist zur Kommunikation mit asynchronen Desktop-Einrichtungen, wie zum Beispiel Tastaturen und Mäusen, gerade ausreichend. Er ist nicht zur gleichzeitigen Unterstützung der vorstehend behandelten isochronen Einrichtungen mit mittlerer Geschwindigkeit in der Lage.

Access.bus (A.b): A.b wurde von der Access.bus Industry Group entwickelt. Er basiert auf der I2C-Technologie von Philips Corporation und einem Softwaremodell von Digital Equipment Corporation (DEC). A.b wurde ebenfalls vor allem für asynchrone Einrichtungen, wie zum Beispiel Tastaturen und Mäuse, konzipiert. A.b wird jedoch allgemein als vielseitiger angesehen als ADB. Das Protokoll von A.b weist eindeutig definierte Spezifikationen für einen dynamischen Anschluss, eine Zuteilungsentscheidung, Datenpakete, eine Konfiguration und eine Softwareschnittstelle auf. Für die Steuereinrichtungs- und Schnittstellen-Hardware ist ein angemessener Funktionsumfang erforderlich. Deshalb ist der Implementierungsaufwand für die gewünschte Desktop-Anwendung nur bedingt kostengünstig. Während eine Adressierung für bis zu 127 Einrichtungen bereitgestellt wird, ist die praktisch realisierbare Belastung durch Kabellängen und unter Berücksichtigung der Energieverteilung begrenzt. Revision 2.2 spezifiziert den Bus für den 100 kbps-Betrieb. Die Technologie weist jedoch eine Reserve auf, um unter Verwendung des gleichen separaten Taktgebers und Datenleitungen auf bis zu 400 kbps anzusteigen. Bei 400 kbps wird A.b jedoch noch immer nicht den Anforderungen der isochronen Einrichtungen mit einer mittleren Geschwindigkeit gerecht.

P1394 Serial Bus Specification [P1394 Spezifikation eines seriellen Busses] des IEEE (auch bekannt als FireWire): FireWire ist ein serieller Hochleistungsbus. Er ist hauptsächlich für Festplatten- und Videoperipherieeinrichtungen konzipiert, die eine Bus-Bandbreite von mehr als 100 Mbps erfordern können. Sein Protokoll unterstützt sowohl isochrone als auch asynchrone Übertragungen über den gleichen Satz von 4 Signalleitungen, die als unterschiedliche Paare für Takt- und Datensignale unterteilt sind. Deshalb ist er in der Lage, gleichzeitig den Anforderungen sowohl von interaktiven Einrichtungen mit einer niedrigen Geschwindigkeit als auch isochronen Einrichtungen mit einer mittleren Geschwindigkeit gerecht zu werden. Von der Steuereinrichtungs- und Schnittstellenhardware sind jedoch aufwendige Funktionen erforderlich, was FireWire für die gewünschte Desktop-Anwendung in Bezug auf die Kosten nicht wettbewerbsfähig macht. Darüber hinaus wird erst jetzt die erste Generation von auf der Spezifikation von FireWire basierenden Einrichtungen auf dem Markt verfügbar.

Das Concentration Highway Interface (CHI): CHI wurde von der American Telephone & Telegraph Corporation (AT&T) für Terminals und digitale Vermittlungseinrichtungen entwickelt. Sie ist eine serielle, zeitmultiplexte Vollduplex-Schnittstelle für die Übertragung digitalisierter Sprache in einem Kommunikationssystem. Das Protokoll besteht aus einer Anzahl fester Zeitfenster, die Sprachdaten und Steuerinformationen übertragen können. Die aktuelle Spezifikation unterstützt Datenübertragungsraten von bis zu 4,096 Mbps. Der CHI-Bus weist 4 Signalleitungen auf: Takt, Rahmung, Empfangsdaten und Sendedaten. Sowohl die Rahmungs- als auch die Taktsignale werden zentral erzeugt (z.B. PBX-Vermittlungseinrichtung). Deshalb ist sie ebenfalls in der Lage, gleichzeitig den Anforderungen sowohl von interaktiven Einrichtungen mit einer niedrigen Geschwindigkeit als auch isochronen Einrichtungen mit einer mittleren Geschwindigkeit gerecht zu werden. Ähnlich wie bei FireWire sind von der Steuereinrichtungs- und Schnittstellenhardware ebenfalls aufwendige Funktionen erforderlich. Als Ergebnis ist CHI für die gewünschte Desktop-Anwendung ebenfalls in Bezug auf die Kosten nicht wettbewerbsfähig.

Wie nachstehend ausführlicher offenbart wird, stellt die vorliegende Erfindung die gewünschte Anordnung eines seriellen Busses bereit, einschließlich ihrer zugeordneten Steuereinrichtung, den Verbindungssteckern und den Schnittstellen, die die Einschränkungen der seriellen Busse des Standes der Technik in einer neuen Art und Weise vorteilhaft überwindet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Bus-Steuereinrichtung, eine Anzahl von 1:n Bussignalverteilern und eine Anzahl von Busschnittstellen, die hierarchisch miteinander verbunden eine Anordnung eines seriellen Busses zur seriellen Kopplung isochroner und asynchroner Peripherieeinrichtungen mit der Systemeinheit eines Computersystems bilden. Gemeinsam führen die Elemente des seriellen Busses, d.h. die Bus-Steuereinrichtung etc., ein Master/Slave-Modell einer Ablaufsteuerung für Datenkommunikationstransaktionen zwischen den Bus-Agenten, d.h. der Systemeinheit und den Funktionen der Peripherieeinrichtungen, aus. Ferner führen in bestimmten Ausführungsbeispielen die Elemente des seriellen Busses Verbindungsmanagementtransaktionen miteinander durch, wobei ebenfalls das Master/Slave-Modell der Ablaufsteuerung eingesetzt wird. Sie führen zur Abfrage der Funktionen der Slave[Neben]-Peripherieeinrichtungen und der seriellen Slave-Buselemente einen rahmenbasierten Abfragezeitplan aus. Sie setzen zur Ausführung der verschiedenen Transaktionen mindestens zwei Adressräume ein. Sie unterstützen zur Ausführung der Transaktionen die Verwendung von Kommunikationspaketen und/oder stellen Daten und Steuerzustände elektrisch dar.

Üblicherweise wird die Bus-Steuereinrichtung in der Systemeinheit angeordnet und die Busschnittstellen werden in den Verbindungsperipherieeinrichtungen angeordnet, eine Busschnittstelle pro Verbindungsperipherieeinrichtung. Unter Verwendung eines oder mehrerer in der Systemeinheit angeordneten Bussignalverteiler, einzelner Verbindungsstecker und/oder der Verbindungsperipherieeinrichtungen sind die Peripherieeinrichtungen über ihre Busschnittstellen mit der Systemeinheit, über die Bus-Steuereinrichtung, verbunden. Eine Busschnittstelle ist immer ein Endpunkt. Nur einem Bussignalverteiler können ein oder mehrere Bussignalverteiler und/oder Busschnittstelle(n) vorgeschaltet sein. Gemeinsam bilden die Systemeinheit, die Elemente des seriellen Busses, [und] die Peripherieeinrichtungen eine Hierarchie von verbundenen Einrichtungen.

Vorzugsweise sind unter Verwendung preiswerter Zweisignaldrahtkabel die Bus-Steuereinrichtung, die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen physikalisch miteinander verbunden. Vorzugsweise unterstützen sie gemeinsam eine Datenübertragungsrate von bis zu mindestens 5 Mbps. Des Weiteren werden elektrische Signale zwischen den verschiedenen verbundenen Einrichtungen über die Zweisignaldrähte vorzugsweise in einer unterschiedlichen Art und Weise verbreitet und sowohl die Daten als auch eine Anzahl der Steuerzustände werden durch verschiedene Spannungszustände und/oder -Dauern elektrisch dargestellt.

Eine Verbindungsperipherieeinrichtung kann eine isochrone oder eine asynchrone Peripherieeinrichtung sein. Üblicherweise arbeiten die isochronen Peripherieeinrichtungen mit Datenraten im Bereich von 500–5000 kbps, wohingegen die asynchronen Peripherieeinrichtungen mit Datenraten im Bereich von 10–100 kbps arbeiten. Des Weiteren kann eine Verbindungsperipherieeinrichtung eine Multifunktionsperipherieeinrichtung sein, d.h. mehrere Funktionen werden auf einen einzelnen Busverbindungsbus abgebildet, der von einer einzelnen Busschnittstelle bedient wird. In ähnlicher Weise kann die Systemeinheit mehrere „Clients" [dienstanfordernde Einrichtungen] unterstützen.

Die Bus-Steuereinrichtung, die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen sind mit einer Schaltungstechnik und einer komplementären Logik ausgestattet, die das Master/Slave-Modell der Ablaufsteuerung zur seriellen Kopplung der verbundenen Peripherieeinrichtungen mit der Systemeinheit zur Unterstützung von Datenkommunikationstransaktionen zwischen den Bus-Agenten bei ihrer jeweiligen Betriebsgeschwindigkeit ausführt. Während des Betriebs fragt die Bus-Steuereinrichtung die Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen über ihre Busschnittstellen für die Datenkommunikationstransaktionen gemäß eines Abfragezeitplans, der die Latenzzeiten und Bandbreiten für die isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen gewährleistet, systematisch ab. Das Abfragen der isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen für Datenkommunikationstransaktionen ist gegenüber allen anderen Abfragen priorisiert und so häufig, wie es zur Einhaltung der Gewährleistungen erforderlich ist. Das Abfragen der asynchronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen über ihre Busschnittstellen für Datenkommunikationstransaktionen wird nahe der Abfrage der isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen für Datenkommunikationstransaktionen geplant. Vorzugsweise wird der Abfragezeitplan dynamisch an die tatsächlich vorhandenen verbundenen Einrichtungen angepasst.

Ferner führen in einigen Ausführungsbeispielen die Schaltungstechnik und die komplementäre Logik der Elemente des seriellen Busses Verbindungsmanagementtransaktionen untereinander durch, wobei ebenfalls das Master/Slave-Model zur Ablaufsteuerung eingesetzt wird. Für diese Ausführungsbeispiele fragt ferner während des Betriebs die Bus-Steuereinrichtung die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen nach derartigen, bei der jeweiligen Betriebsgeschwindigkeit der Elemente des seriellen Busses durchgeführten Transaktionen ab. Das Abfragen der Bussignalverteiler und der Busschnittstellen für Verbindungsmanagementtransaktionen wird ebenfalls nahe der Abfrage der isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen für Datenkommunikationstransaktionen geplant.

In einigen Ausführungsbeispielen führen ferner diese Schaltung und die komplementäre Logik der Elemente des seriellen Busses einen rahmenbasierten Abfragezeitplan zur Abfrage der Funktionen der Slave-Peripherieeinrichtungen und der Slave-Elemente des seriellen Busses aus. Für diese Ausführungsbeispiele führt die Bus-Steuereinrichtung die Abfrage gemäß eines auch als Überrahmen [Superframe] bezeichneten Zeitplans durch, der eine Anzahl von Teilzeitplänen aufweist, die auch als flexible Rahmen [Soft frames] bezeichnet werden. Eine isochrone Funktion wird, so oft wie es zur Gewährleistung ihrer Latenzzeit und Bandbreite erforderlich ist, in einem oder mehreren flexiblen Rahmen des Überrahmens abgefragt. Eine asynchrone Funktion wird für eine Datenkommunikationstransaktion jedoch nur einmal in einem flexiblen Rahmen des Überrahmens abgefragt. In ähnlicher Weise wird für eine Verbindungsmanagementtransaktion ein Slave-Element des seriellen Busses auch nur einmal in einem flexibler Rahmen des Überrahmens abgefragt.

In einigen Ausführungsbeispielen implementieren ferner diese Schaltung und die komplementäre Logik der Elemente des seriellen Busses mindestens zwei Adressräume zur Durchführung der verschiedenen Transaktionen, einen geographischen Adressraum und einen logischen Adressraum. Für diese Ausführungsbeispiele werden unter Verwendung geographischer Adressen des geographischen Adressraumes die Elemente des seriellen Busses adressiert und die Funktionen der Verbindungsperipherieeinrichtungen werden unter Verwendung logischer Adressen des logischen Adressraums adressiert. Das Abfragen der isochronen und asynchronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen für Datenkommunikationstransaktionen erfolgt unter Verwendung logischer Adressen, wohingegen das Abfragen der Elemente des seriellen Busses für Verbindungsmanagementtransaktionen unter Verwendung geographischer Adressen erfolgt. Vorzugsweise kann die Identität eines Bussignalverteilers und seines vorgeschalteten Anschlusses (Ports) aus der geographischen Adresse des Bussignalverteilers abgeleitet werden. Des Weiteren kann der Verbindungsbussignalverteiler einer Busschnittstelle einschließlich des Verbindungsanschlusses aus der geographischen Adresse der Busschnittstelle abgeleitet werden.

In einigen Ausführungsbeispielen unterstützen ferner diese Schaltung und die komplementäre Logik der Elemente des seriellen Busses zur Durchführung der verschiedenen Transaktionen den Einsatz von Kommunikationspaketen. Für diese Ausführungsbeispiele werden zur Unterscheidung zwischen Steuerpaketen und Datenpaketen Paketkennungen eingesetzt und Adressen werden soweit erforderlich zur Kennzeichnung der Transaktionsteilnehmer eingesetzt. Vorzugsweise kann der Transaktionsablauf von einer Paketkennung abgeleitet werden. Vorzugsweise können entweder geographische oder logische Adressen festgelegt werden, um sich an diejenigen Ausführungsbeispielen anzupassen, die Verbindungsmanagementtransaktionen unterstützen und beide Arten von Adressen ausführen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird anhand von beispielhaften Ausführungsbeispielen beschrieben, die jedoch keine Einschränkungen darstellen und in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in denen:

1 ein die Lehre des seriellen Busses der vorliegenden Erfindung einschließendes beispielhaftes Computersystem veranschaulicht;

2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Anordnung des seriellen Busses von 1 in weiteren Einzelheiten;

3 veranschaulicht ein Master/Slave-Modell der von der vorliegenden Erfindung eingesetzten Ablaufsteuerung zur seriellen Kopplung der verbundenen Peripherieeinrichtungen mit der Systemeinheit und zur Steuerung von Transaktionsabläufen;

4 veranschaulicht einen rahmenbasierten Abfragezeitplan der vorliegenden Erfindung, der von einigen Ausführungsbeispielen zur Abfrage der Slave-„Einrichtungen" ausgeführt wird;

5 veranschaulicht eine geographische und logische Adressierung der vorliegenden Erfindung, die von einigen Ausführungsbeispielen zur Adressierung der Elemente des seriellen Busses und Funktionen von Busagenten ausgeführt wird;

6 veranschaulicht die wesentlichen Elemente von Kommunikationspaketen der vorliegenden Erfindung, die von einigen Ausführungsbeispielen zur Durchführung von das Master/Slave-Modell der Ablaufsteuerung einsetzenden Transaktionen ausgeführt werden;

7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Kabel, die die Elemente des seriellen Busses gemäß der vorliegenden Erfindung physikalisch verbinden;

89 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Bus-Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer zugeordneten Software;

1011 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel des 1:n Bussignalverteilers der vorliegenden Erfindung einschließlich seiner Anschlussschaltungstechnik;

1213 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Busschnittstelle der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer Verbinderschaltung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In der folgenden Beschreibung werden zu Erklärungszwecken spezielle Zahlen, Materialien und Konfigurationen dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung ohne die speziellen Details umgesetzt werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Systeme schematisch oder in Form einer Blockdarstellung gezeigt, um die vorliegende Erfindung nicht zu verdecken.

Es wird jetzt auf 1 Bezug genommen, in der eine Blockdarstellung gezeigt ist, die ein die Lehre des seriellen Busses der vorliegenden Erfindung einschließendes beispielhaftes Computersystem veranschaulicht. Ein beispielhaftes Computersystem 10 weist eine, eine Steuereinrichtung 14 eines seriellen Busses gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisende Systemeinheit 12 auf, je n+1 Anschlüsse 24 aufweisende 1:n Bussignalverteiler 18 gemäß der vorliegenden Erfindung und Busschnittstellen 22 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisende Peripherieeinrichtungen 16. Die Peripherieeinrichtungen 16 sind über 1:n Bussignalverteiler 18 und vorzugsweise die Kabel 20 mit der Bus-Steuereinrichtung 14 der Systemeinheit 12 gekoppelt. Gemeinsam bilden die Bus-Steuereinrichtung 14, die Bussignalverteiler 18, die Busschnittstellen 22 und die Kabel 20 eine Anordnung 26 eines seriellen Busses (serielle Busanordnung), die die Busagenten, d.h. Systemeinheit 12 und Peripherieeinrichtungen 16, miteinander verbindet.

Die Kabel 20 sind vorzugsweise preiswerte Zweisignaldrahtkabel 48 und 50 (wie in 7 veranschaulicht). Die Kabel 20 sind jedoch zur Unterstützung von Datentransferraten von bis zu 5 Mbps in der Lage. Des Weiteren werden, wenn derartige preiswerte Kabel 20 eingesetzt werden, elektrische Signale zwischen den verbundenen Einrichtungen 14, 18 und 22 vorzugsweise über die beiden Signalleitungen 48 und 50 als Differenz verbreitet. Zum Beispiel stellt eine negative Spannungsdifferenz ein 1-Bit dar und eine positive Spannungsdifferenz stellt ein 0-Bit dar. Für einige Ausführungsbeispiele werden ferner Daten- und Steuerzustände aus den Spannungszuständen und/oder Dauern der elektrischen Signale abgeleitet. Eine besondere Ausführung von elektrisch dargestellten Daten- und Steuerzuständen mit Spannungszuständen und/oder Signaldauern ist in der gleichzeitig eingereichten, parallel anhängigen Patentanmeldung, Aktenzeichen 08/332,337, mit dem Titel „Method And Apparatus For Serial Bus Elements Of An Hierarchical Serial Bus To Electrically Represent Data And Control States To Each Other" beschrieben.

Mit Ausnahme von Bus-Steuereinrichtung 14 ist Systemeinheit 12 zur Darstellung einer weitgefassten Kategorie von Systemeinheiten von Computersystemen bestimmt, deren Strukturen und Funktionen bekannt sind und im übrigen nicht weiter beschrieben werden. Mit Ausnahme der Bus-Schnittstellen 22 sind in ähnlicher Weise die Peripherieeinrichtungen 16 zur Darstellung einer weitgefassten Kategorie von Desktop-Peripherieeinrichtungen bestimmt, wie zum Beispiel Tastaturen, Mäuse, Monitore, Lautsprecher, Mikrophone, Telefone, deren Strukturen und Funktionen ebenfalls bekannt sind und im übrigen auch nicht weiter beschrieben werden. Die Bus-Steuereinrichtung 14, die Bussignalverteiler 18 und die Busschnittstellen 22 werden nachstehend mit zusätzlichen Bezügen auf die verbleibenden Figuren ausführlicher beschrieben.

2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines seriellen Busses von 1 in weiteren Einzelheiten. Für dieses Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung eines seriellen Busses 26' eine serielle Bus-Steuereinrichtung 14, einen einzelnen 1:n Bussignalverteiler 18a, einen integrierten 1:n Bussignalverteiler 18b und die Busschnittstellen 22a22f. Die Anordnung eines seriellen Busses 26' verbindet ein Busagenten-Telefon 16a, eine Tastatur-, Stift- und Mausfunktionen umfassende Verbundtastatur 16b, die Monitorschaltung 16c von Monitor 28, die Lautsprecher 16d16e und das Mikrofon 16f mit Systemeinheit 12. Gemeinsam bilden die Systemeinheit 12, die Elemente des seriellen Busses 14, 18a18b und 22a22f, und die verbundenen Peripherieeinrichtungen 16a16f eine Hierarchie verbundener Einrichtungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Busschnittstelle 22a22f immer ein Endpunkt. Nur einem Bussignalverteiler, z.B. 18a, kann bzw. können ein oder mehrere Bussignalverteiler, z.B. 18b, und/oder eine oder mehrere Busschnittstellen, z.B. 16a, vorgeschaltet sein. Für den Zweck dieser Beschreibung bedeutet vorgeschaltet „in Richtung der Bus-Steuereinrichtung". Bis auf den entarteten Fall, in dem die Anordnung eines seriellen Busses 26 nur eine Verbindungsperipherieeinrichtung 16 aufweist, ist auf diese Art und Weise üblicherweise ein Bussignalverteiler, wie zum Beispiel 18a, zur Bus-Steuereinrichtung 14 vorgeschaltet.

Des Weiteren kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verbindungsperipherieeinrichtung eine isochrone Peripherieeinrichtung, wie zum Beispiel das Telefon 16a, die Lautsprecher 16d16e und das Mikrofon 16f, oder eine asynchrone Peripherieeinrichtungen sein, wie zum Beispiel Verbundtastatur 16b und Monitor 16c. Die isochronen Peripherieeinrichtung können mit einer Datentransferrate in Höhe von 5 Mbps arbeiten, während die asynchronen Peripherieeinrichtungen mit einer Datentransferrate in Höhe von 100 kbps arbeiten können. Des Weiteren kann eine Verbindungsperipherieeinrichtung 16a16f eine Multifunktionsperipherieeinrichtung sein, d.h. eine Multifunktions-Abbildung auf einen von einer Busschnittstelle bedienten einzelnen Busverbindungspunkt, z.B. 22b. In ähnlicher Weise kann, wenn auch nicht gezeigt, die Systemeinheit 12 mehrere Clients unterstützen.

3 veranschaulicht ein Master/Slave-Modell der von der vorliegenden Erfindung eingesetzten Ablaufsteuerung zur seriellen Kopplung der verbundenen Peripherieeinrichtungen mit der Systemeinheit und zur Steuerung von Transaktionsabläufen. Wie veranschaulicht, arbeiten die Bus-Steuereinrichtung 14, die Signalbusverteiler 18 und die Busschnittstellen 22 zur Ausführung des Master/Slave-Modells der Ablaufsteuerung zusammen. Die Bus-Steuereinrichtung 14 fungiert als Master und sowohl die Signalbusverteiler 18 als auch die Busschnittstellen 22 verhalten sich zur Bus-Steuereinrichtung 14 als Slave-Einrichtungen.

Gemäß dem Master/Slave-Modell stellt die Bus-Steuereinrichtung 14 eine Ablaufsteuerung für alle Datenkommunikationstransaktionen zwischen den Busagenten bei ihren jeweiligen Betriebsgeschwindigkeiten bereit. Die Busschnittstellen 22 beteiligen sich im Auftrag der Funktionen der Peripherieeinrichtungen 16 an Datenkommunikationstransaktionen. Die Busschnittstellen 22 empfangen oder senden Daten jedoch nur, wenn sie von der Bus-Steuereinrichtung 14 dazu autorisiert oder angewiesen (auch bekannt als „abgefragt") wurden. Die Bussignalverteiler 18 dienen grundsätzlich als Signalverteiler. Sie sind lediglich durchlässige Kanäle, wenn von der Bus-Steuereinrichtung 14 und den Busschnittstellen 22 Datenkommunikationstransaktionen für die Busagenten durchgeführt werden. Nie beteiligen sich die Bussignalverteiler 18 daher aktiv an Datenkommunikationstransaktionen, empfangen Daten oder reagieren mit Daten.

Die Bus-Steuereinrichtung 14 fragt über ihre Busschnittstellen 22 für Datenkommunikationstransaktionen gemäß eines die Latenzzeiten und Bandbreiten für die isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 gewährleistenden Abfragezeitplans die Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 systematisch ab. Das Abfragen der isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 für Datenkommunikationstransaktionen ist gegenüber allen anderen Abfragen priorisiert und so häufig, wie es zur Einhaltung der Gewährleistung erforderlich ist. Das Abfragen der asynchronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 über ihre Busschnittstellen 22 für Datenkommunikationstransaktionen wird um das Abfragen der isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 für Datenkommunikationstransaktionen herum geplant. Vorzugsweise wird der Abfragezeitplan dynamisch an die tatsächlich vorhandenen, verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 angepasst.

In einigen Ausführungsbeispielen beteiligen sich ferner die Bus-Steuereinrichtung 14, die Bussignalverteiler 18 und die Busschnittstellen 22 an Verbindungsmanagementtransaktionen, die das gleiche Master/Slave-Modell zur Ablaufsteuerung einsetzen. In ähnlicher Weise stellt die Bus-Steuereinrichtung 14 eine Ablaufsteuerung zur Durchführung der Verbindungsmanagementtransaktionen bei den jeweiligen Betriebsgeschwindigkeiten der Elemente des seriellen Busses bereit. Die Bussignalverteiler 18 und die Busschnittstellen 22 reagieren auf die Verbindungsmanagementtransaktionen, indem sie soweit erforderlich mit Steuer-/Zustandsinformationen antworten. Die Bus-Steuereinrichtung 14 fragt während des Betriebs die Bussignalverteiler 18 und die Busschnittstellen 22 nach derartigen Transaktionen ab. Das Abfragen der Bussignalverteiler 18 und der Busschnittstellen 22 nach Verbindungsmanagementtransaktionen wird ebenfalls um das Abfragen der isochronen Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen 16 für Datenkommunikationstransaktionen herum geplant. Vorzugsweise wird der erweiterte Abfragezeitplan ebenfalls dynamisch an die tatsächlich vorhandenen Elemente des seriellen Busses angepasst.

4 veranschaulicht eine rahmenbasierte Abfragezeitplanung der vorliegenden Erfindung, die von einigen Ausführungsbeispielen zur Durchführung der verschiedenen, das Master/Slave-Modell der Ablaufsteuerung einsetzende Transaktionen ausgeführt wird. Wie veranschaulicht, weist der auch als Überrahmen bezeichnete Abfragezeitplan 30 eine Anzahl von auch als flexible Rahmen bezeichnete Teilzeitplänen 32 auf. Eine isochrone Funktion 34a oder 34b einer verbundenen Peripherieeinrichtung 16 wird in einem oder mehreren flexiblen Rahmen 32 des Überrahmens 30 so häufig, wie zur Gewährleistung ihrer Latenzzeit und Bandbreite erforderlich ist, abgefragt. Eine asynchrone Funktion 36a oder 36b wird für eine Datenkommunikationstransaktion jedoch nur einmal in einem flexiblen Rahmen 32 des Überrahmens 30 abgefragt. In ähnlicher Weise wird eine verbundene Einrichtung 38a oder 38b für eine Verbindungsmanagementtransaktion auch nur einmal in einem flexiblen Rahmen 32 des Überrahmens 30 abgefragt.

Vorzugsweise werden alle isochronen Funktionen 34a34b innerhalb eines ersten prozentualen Teilbereichs (P1) eines flexiblen Rahmens 32 abgefragt, um sicherzustellen, dass die Latenzzeiten und Bandbreiten gewährleistet sind. Isochrone Funktionen, die nicht innerhalb von P1 aufgenommen werden können, werden vorzugsweise wegen einer unzureichenden Kapazität zurückgewiesen. Das obere Begrenzungszeichen (M1) von P1 wird auch als das isochrone Wasserzeichen bezeichnet. In ähnlicher Weise werden zur Sicherstellung der Betriebssicherheit vorzugsweise alle Abfragen innerhalb eines zweiten prozentualen Teilbereichs (P2) eines flexiblen Rahmens 32 ausgeführt. Wenn es für eine Aufnahme aller Abfragen einer asynchronen Funktion und eines Elements eines seriellen Busses erforderlich ist, werden mehrere flexible Rahmen 32 eingesetzt. Das obere Begrenzungszeichen (M2) von P2 wird auch als das Rahmen-Wasserzeichen (frame watermark) bezeichnet.

Verschiedene Art und Weisen, in denen ein derartiger rahmenbasierter Abfragezeitplan dynamisch erzeugt und aktualisiert werden kann, sind in der gleichzeitig eingereichten, parallel anhängigen Patentanmeldung, Aktenzeichen 08/331,727, mit dem Titel „Method And Apparatus For Dynamically Generating And Maintaining Frame Based Polling Schedules That Guaranty Latencies And Bandwidths To Isochronous Functions" beschrieben.

5 veranschaulicht eine geographische und logische Adressierung gemäß der vorliegenden Erfindung, die von einigen Ausführungsbeispielen zur Adressierung der Elemente des seriellen Busses und der Funktionen von Busagenten ausgeführt wird. Zur Erleichterung der Erklärung wird die gleiche beispielhafte Anordnung eines seriellen Busses von 2 verwendet. Die Bus-Steuereinrichtung 14 wird jedoch als Host gekennzeichnet, auch als Hub0 bezeichnet. Die Bussignalverteiler 18a18b werden als Hub1 und Hub2 gekennzeichnet. Die Peripherieeinrichtungen 16a16f, einschließlich ihrer entsprechenden Busschnittstellen 22a22f, werden gemeinsam als Knoten0 bis Knoten6 gekennzeichnet. Die Funktionen der Peripherieeinrichtungen 16a16f werden als FN0, FN1, etc. gekennzeichnet.

Wie veranschaulicht, werden den Elementen des seriellen Busses und den Funktionen der Busagenten sowohl geographische als auch logische Adressen (GEO ADDR & LOG ADDR) eines geographischen und eines logischen Adressraumes zugewiesen. Konkret werden den Hubs 14, 18a18b und den Knoten 22a22f GEO ADDRen zugewiesen, wohingegen den Funktionen der Knoten 16a16f LOG ADDRen zugewiesen werden. Vorzugsweise können sowohl die Hub-Identität als auch der vorgeschaltete Anschluss des Hubs aus der GEO ADDR eines Hubs 14 und 18a18b abgeleitet werden und sowohl der Verbindungs-Hub als auch der Verbindungsanschluss des Verbindungs-Hub können aus der GEO ADDR eines Knotens 22a22f abgeleitet werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die LOG ADDRen den Funktionen der Knoten 16a16f in einer chronologischer Art und Weise zugewiesen.

Zum Beispiel werden in der veranschaulichten Beispielanwendung Hub1 und Hub2 18a und 18b die GEO ADDRen „Hub1:Port0" beziehungsweise „Hub2:Port0" zugewiesen, die die Hubs 18a und 18b als „Hub1" beziehungsweise „Hub2" kennzeichnen. Der vorgeschaltete Anschluss ist jeweils „Anschluss0". Knoten1 und Knoten4, 22b und 22e, werden die GEO ADDRen „Hub1:Anschluss2" beziehungsweise „Hub2:Anschluss3" zugewiesen, die die Verbindungs-Hubs 18a und 18b als „Hub1" beziehungsweise „Hub2" und die Verbindungsanschlüsse der Verbindungs-Hubs 18a und 18b als „Anschluss2" beziehungsweise „Anschluss3" kennzeichnen. Den Funktionen von Knoten1 16b werden die LOG ADDRen „LA1", „LA2" und „LA3" zugewiesen, wohingegen der Funktion von Knoten4 16e die LOG ADDR „LA6" zugewiesen wird.

Vorzugsweise werden die GEO ADDRen und die LOG ADDRen beim Einschalten oder Reset [Zurücksetzen] dynamisch zugewiesen und als Reaktion auf das Trennen von verbundenen Einrichtungen oder Verbinden von zusätzlichen Einrichtungen im eingeschalteten Zustand von der Bus-Steuereinrichtung 14 unter Mitwirkung der Bussignalverteiler 18 und der Busschnittstellen 22 aktualisiert. Eine besondere Ausführung eines derartigen dynamischen Verbindungsmanagement ist in der gleichzeitig eingereichten, parallel anhängigen Patentanmeldung, Aktenzeichen 08/332,375, mit dem Titel „Method And Apparatus For Dynamically Determining And Managing Connection Topology Of An Hierarchical Serial Bus Assembly" beschrieben.

Für diese Ausführungsbeispiele werden die GEO ADDRen zur Durchführung von Verbindungsmanagementtransaktionen zwischen den Elementen des seriellen Busses verwendet, wohingegen die LOG ADDRen zur Durchführung von Datenkommunikationstransaktionen zwischen den Funktionen der Busagenten verwendet werden. Die Aufteilung der beiden Arten von Transaktionen in beide getrennte Adressräume unterstützt ein dynamisches Verbindungsmanagement der Elemente des seriellen Busses ohne die Dienste für die Funktionen der Busagenten unterbrechen zu müssen.

6 veranschaulicht die wesentlichen Elemente der Kommunikationspakete gemäß der vorliegenden Erfindung, die von einigen Ausführungsbeispielen zur Durchführung der verschiedenen, das Master/Slave-Modell der Ablaufsteuerung einsetzenden Transaktionen ausgeführt werden. Für diese Ausführungsbeispiele werden Paketkennungen 44 zur Unterscheidung der Steuerpakete von Datenpaketen eingesetzt. Steuerpakete sind von der Bus-Steuereinrichtung 14 zur Autorisierung und Anweisung der Bussignalverteiler 18 und der Busschnittstellen 22 zur Beteiligung an Transaktionen eingesetzte Pakete. Steuerpakete können auch Pakete umfassen, die von den Bussignalverteilern 18 und den Busschnittstellen 22 zur Bestätigung von Autorisierungen und Anweisungen von der Bus-Steuereinrichtung 14 eingesetzt werden. Des Weiteren werden, soweit erforderlich, die Adressen 46 zur Kennzeichnung der Transaktionsteilnehmer eingesetzt. Es wird verstanden werden, dass gemäß dem Master/Slave-Modell der Ablaufsteuerung oft auf die Bus-Steuereinrichtung 14 als ein Transaktionsteilnehmer geschlussfolgert werden kann und daher ihre Adresse weggelassen werden kann.

Vorzugsweise können Transaktionsabläufe, wie zum Beispiel von der Bus-Steuereinrichtung 14 zu einer Funktion, von einer ersten Funktion zu einer zweiten Funktion, aus den Paketkennungen 44 abgeleitet werden. Vorzugsweise können entweder geographische oder logische Adressen 46, d.h. „HubX:AnschlussY" oder „LAz", festgelegt werden, um sich denjenigen Ausführungsbeispiele anzupassen, die Verbindungsmanagementtransaktionen unterstützen und beide Arten von Adressen ausführen.

Eine spezielle Ausführung des Einsatzes derartiger Kommunikationspakete zur Durchführung der verschiedenen Transaktionen ist in der gleichzeitig eingereichten, parallel anhängigen Patentanmeldung, Aktenzeichen 08/332,573, mit dem Titel „Method And Apparatus For Exchanging Data, Status And Commands Over An Hierarchical Serial Bus Assembly Using Communication Packets" beschrieben.

89 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Bus-Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Bus-Steuereinrichtung 14 einen Steuerautomaten und Schaltung 52, ein Steuer-/Zustandsregister 54, Datenpuffer 56 und die Softwaredienste 58 der Bus-Steuereinrichtung. Die Steuer-/Zustandsregister 54 werden zum Speichern der verschiedenen Steuer- und Zustandsdaten verwendet. Zum Beispiel die vorhandenen Elemente des seriellen Busses, ihre Verbindungstopologie, die Funktionen der verschiedenen verbundenen Peripherieeinrichtungen, die den Elementen des seriellen Busses zugewiesenen geographischen Adressen, die den Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen zugewiesenen logischen Adressen. Die Datenpuffer 56 werden zum Zwischenspeichern der Daten der Datenkommunikationstransaktionen zwischen den Busagenten verwendet. Der Steuerautomat und Schaltung 52 steuert gemäß der Programmierung der Softwaredienste 58 der Bus-Steuereinrichtung die Hardware zur Steuerung der Datenkommunikationstransaktionen und zum Einsatz des vorstehend beschriebenen Master/Slave-Modells der Ablaufsteuerung. Für einige Ausführungsbeispiele steuert der Steuerautomat und die Schaltung 52 ferner die Hardware zur Steuerung der Verbindungsmanagementtransaktionen, zur Ausführung des Master/Slave-Modells der Ablaufsteuerung mit rahmenbasiertem Abfragezeitplan, zum Einsatz einer geographischen und logischen Adressierung, zur Unterstützung kommunikationspaketbasierter Transaktionen und/oder einer Ableitung von Daten und Steuerzuständen aus Zuständen der Verbreitung elektrischer Signale.

Die Softwaredienste 58 der Bus-Steuereinrichtung programmieren den Steuerautomat und die Schaltung 52 in Abhängigkeit vom Betriebssystem 60 und anderer Software, wie zum Beispiel einer Einrichtungs- und Konfigurationssoftware 62 und 64 der Systemeinheit 12. Insbesondere umfassen die Dienste ein Verbindungsmanagement, wie zum Beispiel die Erfassung von vorhandenen Elementen des seriellen Busses, die Erfassung ihrer Verbindungstopologie, die Erfassung der Funktionen der verbundenen Peripherieeinrichtungen und die Zuweisung der geographischen und logischen Adressen. Die Dienste umfassen ferner ein Transaktionsmanagement, wie zum Beispiel die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Abfragezeitplans, das Abfragen der Elemente des seriellen Busses und der Funktionen der Busagenten, die Bestätigung bestimmter Antworten der Elemente des seriellen Busses und der Funktionen der Busagenten und den Austausch von Daten mit Funktionen der Busagenten.

Für eine ausführlichere Beschreibung der Bus-Steuereinrichtungs-Hardware und der Softwaredienste der Bus-Steuereinrichtung 58 wird auf die parallel anhängigen Patentanmeldungen verwiesen, Aktenzeichenn 08/332,375, 08/331,727, 08/332,573 und 08/332,337. Es sei angemerkt, dass die Zuteilung von Funktionen zur Hardware und den Softwarediensten der Bus-Steuereinrichtung 14 von der Ausführung abhängig ist. Die vorliegende Erfindung kann mit jeder Anzahl von Zuteilungen umgesetzt werden, die sich von einer minimalen Hardwareverwendung bis zu einem minimalen Einsatz von Softwarediensten erstrecken.

1011 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel des Bussignalverteilers der vorliegenden Erfindung. Das veranschaulichte Ausführungsbeispiel ist ein 1:7 Bussignalverteiler 18', der eine Steuerschaltung 66, Steuerregister 68 und 8 Anschlüsse 24 aufweist. Anschluss 0 24 wird zum Vorschalten des Bussignalverteilers 18' vor die Bus-Steuereinrichtung 14 oder einen anderen Bussignalverteiler 18 verwendet. Die Anschlüsse 1–7 werden zur gegenseitigen Verbindung von bis zu insgesamt 7 Bussignalverteilern 18 und/oder Bussignalschnittstellen 22 verwendet. Die Steuerregister 68 werden zur Speicherung ihrer eigenen Steuer- und Zustandsinformationen verwendet, wie zum Beispiel, ob ein Anschluss 24 mit einer Busschnittstelle 22 verbunden ist oder nicht und ob der Anschluss 24 EIN/AUS geschaltet ist. Die Steuerschaltungstechnik 66 bedient den Bussignalverteiler 18' in Abhängigkeit von Anweisungen von der Bus-Steuereinrichtung 14.

In Ausführungsbeispielen, in denen die preiswerten Zweisignaldrahtkabel 20 zum Verbinden der Elemente des seriellen Busses verwendet werden und elektrische Signale vorzugsweise in einer unterschiedlichen Art und Weise verbreitet werden, weist jeder Anschluss 24 zur Erzeugung der Differenzsignale zwei Differenzverstärker 70 und 72 auf. Vorzugsweise weist ferner jeder Anschluss 24 zum Ziehen der Signale auf beiden Leitungen auf Masse zwei Widerstände 74 auf, die wie gezeigt mit Masse gekoppelt sind, wodurch eine Erkennung des Fehlens oder des Vorhandenseins einer verbundenen Busschnittstelle 22 ermöglicht wird. Die geeigneten Werte der Widerstände 74 können in Abhängigkeit der einzelnen Ausführungen empirisch bestimmt werden.

Für eine ausführlichere Beschreibung des Bussignalverteilers 18 wird auf die parallel anhängige Patentanmeldung, Aktenzeichen 08/332,375 verwiesen.

1213 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Busschnittstellen der vorliegenden Erfindung. Für dieses Ausführungsbeispiel weist die Busschnittstelle 22 eine Steuerschaltung 80, Steuer-/Zustandsregister 82, eine Verbinderschnittstelle 84 und zwei FIFOs 7678, einen Empfangs-FIFO 76 und einen Sende-FIFO 78, auf. Die Empfangs- und Sende-FIFOs 7678 werden zur Bereitstellung der Empfangs- und Sendedaten für Datenkommunikationstransaktionen verwendet. Die Steuer-/Zustandsregister 68 werden zur Speicherung ihrer eigenen Steuer- und Zustandsinformationen verwendet, wie zum Beispiel ihrer zugewiesenen geographischen Adresse, Funktionen ihrer „Host"-Peripherieeinrichtung und ihrer zugewiesenen logischen Adressen. Die Steuerschaltungstechnik 66 betreibt in Abhängigkeit von den Autorisierungen und Anweisungen von der Bus-Steuereinrichtung 14 die Busschnittstelle 22 im Auftrag der „Host"-Peripherieeinrichtung und der Funktionen der „Host"-Peripherieeinrichtung.

In Ausführungsbeispielen, in denen die preiswerten Zweisignaldrahtkabel 20 zur Verbindung der Elemente des seriellen Busses verwendet werden und elektrische Signale vorzugsweise in einer unterschiedlichen Art und Weise verbreitet werden, weist die Verbinderschnittstelle 84 zur Erzeugung der Differenzsignale zwei Differenzverstärker 86 und 88 auf. Vorzugsweise umfasst ferner die Verbinderschnittstelle 84 zum Ziehen der Signale auf beiden Leitungen auf Vcc, komplementär zur Anschlussschaltung eines Verbindungsbussignalverteilers 18, zwei Widerstände 90, die wie gezeigt mit Vcc gekoppelt sind. Die geeigneten Werte der Widerstände 90 können ebenfalls in Abhängigkeit von einzelnen Ausführungen empirisch bestimmt werden.

Für eine ausführlichere Beschreibung der Busschnittstelle 22 wird auf die parallel anhängigen Patentanmeldungen verwiesen, Aktenzeichenn 08/332,375, 08/331,727, 08/332,573 und 08/332,337.

Auf diese Weise wurden ein Verfahren und eine Einrichtung zur seriellen Kopplung isochroner und asynchroner Peripherieeinrichtungen mit der Systemeinheit eines Computersystems unter Verwendung hierarchischer Verbindungen beschrieben. Während die vorliegende Erfindung in Form der vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, werden die Fachleute erkennen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Die Beschreibung ist deshalb als Veranschaulichung statt als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu betrachten.


Anspruch[de]
Ein Computersystem mit einer seriellen Busanordnung zum Bilden einer seriellen Schnittstelle einer oder mehrerer isochroner und/oder asynchroner Peripherieeinheiten mit einer Systemeinheit des Computersystems, wobei die serielle Busanordnung einschließt:

eine oder mehrere Busschnittstellen, jeweils eine für jede Peripherieeinheit, zum Verbinden der Peripherieeinheiten mit der seriellen Busanordnung, zum Durchführen von Managementtransaktionen mit einem Bus-Master und zum Durchführen von Datentransaktionen für Funktionen der zugehörigen Peripherieeinheiten, wobei jede Peripherieeinheit eine oder mehrere Funktionen aufweist, in Abhängigkeit von aus dem Bus-Master empfangenen Autorisierungen, wobei jede Busschnittstelle ein Endpunkt der seriellen Busanordnung ist;

null oder mehr Bussignalverteiler, von denen jeder eine Mehrzahl von Ports aufweist, zum Verbinden der einen oder der mehreren Busschnittstellen stromauf mit der Systemeinheit und zum Dienen als Leitkanal für Bussignalverteilungen, wobei dann, wenn null Bussignalverteiler benutzt werden, eine einzige Busschnittstelle mit dem Bus-Master gekoppelt ist, und wobei dann, wenn zumindest ein Bussignalverteiler benutzt wird, jede Busschnittstelle stromauf mit einem Bussignalverteiler verbunden ist, wobei jeder Bussignalverteiler mit Ausnahme eines Bussignalverteilers, welcher stromauf mit dem Bus-Master gekoppelt ist, wiederum stromauf mit einem weiteren Bussignalverteiler gekoppelt ist;

einen Bus-Controller, der stromauf mit der Systemeinheit und stromab entweder mit einem Bussignalverteiler oder mit einer Busschnittstelle gekoppelt ist, was davon abhängt, ob wenigstens ein Signalverteiler benutzt wird, wobei der Bus-Controller als Bus-Master funktioniert, die null oder mehr Bussignalverteiler, die Busschnittstelle(n) und die Funktion(en) der Peripherieeinheit(en) zum Durchführen von Transaktionen autorisiert, Managementtransaktionen mit den null oder mehr Bussignalverteilern und der Busschnittstelle (den Busschnittstellen) durchführt und Datentransaktionen mit der Funktion (den Funktionen) der Peripherieeinheit(en) durchführt.
Das Computersystem nach Anspruch 1, wobei der Bus-Controller der seriellen Busanordnung dynamisch die Verbindungstopologie zwischen dem Bus-Controller, den null oder mehr Bussignalverteilern und den Busschnittstellen dynamisch bestimmt und verfolgt. Das Computersystem nach Anspruch 1, wobei der Bus-Controller der seriellen Busanordnung dynamisch einen rahmenbasierten Abfragezeitplan erzeugt und aufrechterhält zum Abfragen von Funktionen von Peripherieeinheiten, die die Busschnittstellen für Datenkommunikationstransaktionen aufweisen (hosting). Das Computersystem nach Anspruch 3, wobei der Bus-Controller, die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen einen logischen Adreßraum unterstützen, wobei der Bus-Controller die Funktionen der Peripherieeinheiten nach Datentransaktionen in dem logischen Adreßraum abfragt. Das Computersystem nach Anspruch 3, wobei der Bus-Controller ferner ein Abfragen der null oder mehr Bussignalverteiler und der Busschnittstellen nach Managementtransaktionen in dem dynamisch erzeugten und aufrechterhaltenen rahmenbasierten Abfragezeitplan enthält. Das Computersystem nach Anspruch 5, wobei der Bus-Controller, die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen einen geographischen Adreßraum unterstützen, wobei der Bus-Controller die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen nach Managementtransaktionen in dem geographischen Adreßraum abfragt. Das Computersystem nach Anspruch 1, wobei der Bus-Controller eine Anzahl von Elementpaketen mit durch Paketidentifizierer identifizierten Pakettypen benutzt zum Durchführen von Datentransaktionen mit Funktionen von Peripherieeinheiten, die die Busschnittstellen aufweisen (hosting), und zum Durchführen von Managementtransaktionen mit den Bussignalverteilern und den Busschnittstellen, wobei der Bus-Controller, die Bussignalverteiler und die Busschnittstellen ein vorgegebenes Steuerablaufprotokoll zum Austauschen der Pakete benutzen.






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