專利名稱：基于總線的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于總線的通信系統(tǒng)，并且特別涉及用于在連接至總 線的組件之間進行仲裁，以及用于通過總線發(fā)信號的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多點串行總線以其低基礎(chǔ)設(shè)施成本和直接安裝而乂〉知。實例包括I乂TM總線和CAN總線。這些總線的靈活性很大程度上來自于任何連接 組件都可以仲裁訪問的事實，連接組件可以是例如分離集成電路。分 布式仲裁被使用，因為集中式或菊鏈式仲裁將增加基礎(chǔ)設(shè)施的成本。 盡管總線的數(shù)據(jù)線的主要目的是攜帶數(shù)據(jù)有效載荷，但是它還支持仲 裁處理。在這些現(xiàn)有總線中，數(shù)據(jù)線具有顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)。例如，I2C 使用公知的具有開集驅(qū)動器和上拉電阻的線或配置。僅當(dāng)沒有組件將 線驅(qū)動為低(顯性)時，該線才為高(隱性)。仲裁處理實際上依賴 該顯性-隱性行為。它使用被稱為"比特顯性"或"二進制倒數(shù)"的協(xié) 議，其操作如下。每個仲裁組件開始寫對線的唯一訪問碼，即數(shù)字， 一次一位。在每個階段，組件還回讀線的狀態(tài)。如果它寫隱性狀態(tài)但 它回讀顯性狀態(tài)，那么組件就喪失仲裁并退出。在該處理的最后，尚 未退出的一個組件贏得對該總線的訪問。隱性狀態(tài)的驅(qū)動阻抗通常至少高于顯性狀態(tài)的一個數(shù)量級。因此 這樣的總線往往具有相對高的干擾敏感性。類似地，隱性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變 通?；ㄙM至少長于顯性狀態(tài)的一個數(shù)量級。因此這樣的總線往往具有 相對低的最大比特率。功率消耗也可能是個問題。在線或通信總線上， 即使在不需要顯性-隱性行為時，例如，在攜帶數(shù)據(jù)有效載荷時，上拉 電阻也要消耗功率。隱性狀態(tài)的弱點不妨礙在其電子層中具有低高對稱性的系統(tǒng)。它 們往往更健壯、更快并且更少的能量饑渴(power-hungry)。因此不 需要顯性-隱性行為的總線通常具有廣泛對稱的電子層。這包括基本時分多路復(fù)用串行總線，例如，盡管這樣的總線通常并不支持仲裁。 發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種基于總線的通信系統(tǒng)，包括總線以及連接至該總線的多個組件，其中當(dāng)仲裁訪問該總線時每個組件4吏用轉(zhuǎn)變編碼(transition coding )向該總線寫隨機仲 裁碼(arbitrand),以便當(dāng)該隨機仲裁碼采用第一二進制值時，該組 件驅(qū)動該總線至其相反狀態(tài)，并且當(dāng)該隨機仲裁碼采用第二二進制值 時，該組件并不活動驅(qū)動該總線。在本發(fā)明的實施方案中，這具有優(yōu)點，其提供了一種具有分布式 仲裁方案的通信總線，而不依賴具有顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)的總線的電 子層。因此，本發(fā)明的實施方案提供了一種靈活的多點總線，該總線 是健壯的，并且可快速接受并具有可接受的功率消耗。本發(fā)明的進一步的方面另外改進了當(dāng)總線攜帶數(shù)據(jù)有效載荷以及 空閑時總線的健壯性。


為了更好的理解本發(fā)明，并且顯示可以如何將其實施，現(xiàn)在將借 助于實例并參照附圖，其中圖l是說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的通信總線的示意框圖；圖2說明圖1的通信總線中的信號；圖3說明仲裁處理期間圖1的通信總線中的信號；圖4說明替代的仲裁處理期間圖1的通信總線中的信號；圖5說明圖1的通信總線中的另外的信號。
具體實施方式
圖l說明根據(jù)本發(fā)明的基于總線的通信系統(tǒng)10。如圖1所示，系 統(tǒng)10包括通過二線制總線互連的各種組件12A、 12B、 12C、 12D和12E， 其中一個線14攜帶總線時鐘并且另一個線16攜帶總線數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)承認，通信總線將定義每個組件必須向總線數(shù)據(jù)線寫入數(shù)據(jù) 以及從總線數(shù)據(jù)線讀取數(shù)據(jù)的方法。然而，這樣的細節(jié)對理解本發(fā)明不是必須的，并且在此將不再進一步描述。 一般來說，每個組件12A、 12B、 12C、 12D和12E都包含適當(dāng)?shù)倪壿?8A、 18B、 18C、 18D和18E, 具有本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知并理解的類型，適于產(chǎn)生并檢測在此 描述的信號。舉例來說，每個組件12A、 12B、 12C、 12D和12E在電子裝置22 中都可以采用分離集成電路的形式。例如，電子裝置可以是具有音頻 和視頻處理功能的移動通信設(shè)備，諸如移動電話或PDA,并且各種組 件可以包括語音編碼器、視頻處理IC、音頻處理IC等。根據(jù)本發(fā)明，在任何時間，組件12A、 12B、 12C、 12D和12E中的 一個都被指定為活動幀調(diào)節(jié)器，并因此作為時鐘線14上的時鐘信號 源。通信總線IO優(yōu)選是同步系統(tǒng)，其中任何組件都能夠在時鐘為高時 寫出數(shù)據(jù)，并且在時鐘下降沿讀入數(shù)據(jù)。因此在此在具有單端發(fā)信號的同步兩線制多點通信總線的特定種 類的情況下描述本發(fā)明。不管說明的細節(jié)，各種變化、修改和其他應(yīng) 用對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見。例如，本發(fā)明還可應(yīng)用于并不具有專用時鐘線的總線、具有多個數(shù)據(jù)線的總線以及具有不同信 號的總線。圖2示出了其中組件向總線寫部分數(shù)據(jù)有效載荷的時間周期內(nèi)的 抽取的時鐘和數(shù)據(jù)波形。因此，如圖2所示，時鐘信號已經(jīng)改變了其 為高和低的周期，并且僅當(dāng)時鐘線14為高時才將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)線16 上。數(shù)據(jù)線16在不同時間攜帶不同速率的數(shù)據(jù)信息量，并且將有其中 并不攜帶任何數(shù)據(jù)信息量的一些周期。為了阻止數(shù)據(jù)線16在這些周期 期間漂移至未定義的邏輯級別，提供了總線保持電路。如圖1所示，每個組件12A、 12B、 12C、 12D和12E包括各自的總 線保持器，由電阻20A、 20B、 20C、 20D和20E表示。因此，這是分布 式"總線保持"解決方案。其他類型的解決方案也可以，包括"集中 式"、"混合式"和"配置軟件"解決方案。如上所述，對于通信總線的一個關(guān)鍵問題是當(dāng)多個組件嘗試傳輸 時確定哪個組件應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)先權(quán)，特別是其中很多連接組件能夠通過 總線傳輸數(shù)據(jù)的情況。這是通過被稱為仲裁的系統(tǒng)確定的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，每個組件使用唯一二進制數(shù)字，即， 代碼，被稱為隨機仲裁碼仲裁訪問。圖3示出了其中總線信息量從無變?yōu)殡S機仲裁碼的時間周期內(nèi)的 實例波形和驅(qū)動器狀態(tài)，即在多個組件希望開始傳輸數(shù)據(jù)期間。數(shù)據(jù) 波形在其中活動驅(qū)動該線的間隔被畫為實線，并且在其中由電容和總 線保持電路維持的線被畫為虛線。驅(qū)動器狀態(tài)示為實線部分，僅僅是 活動驅(qū)動的間隔。如圖3所示，在該說明性情況中，總線在從單元4至7的初始周 期是空閑的。在單元8，組件B、 C和D都開始仲裁訪問。仲裁方案使用轉(zhuǎn)變編碼，并且在該具體實例中使用NRZI轉(zhuǎn)變編 碼。眾所周知，利用NRZI編碼，"1"是由狀態(tài)的變化表示的(低到高 或高到低)，而"0"是由無狀態(tài)變化來表示的。在仲裁期間，組件將 它們寫至數(shù)據(jù)線16的比特NRZI編碼，并且將它們從數(shù)據(jù)線16回讀的 比特NRZI解碼。仲裁方案還使用轉(zhuǎn)變顯性發(fā)信號規(guī)則。在仲裁期間， 組件通過驅(qū)動數(shù)據(jù)線16寫NRZI "1"(至其相反狀態(tài))，但是對于NRZI "0"，它們并不活動驅(qū)動該線。(在本上下文中，總線保持器的操作并 不認為是活動驅(qū)動。)該發(fā)信號規(guī)則的后果是在仲裁期間，NRZI "1" 戰(zhàn)勝了 NRZI "0"。仲裁在1比特步驟中繼續(xù)進行。在每個步驟，每個仲裁組件都將 其隨機仲裁碼的一個比特寫至數(shù)據(jù)線，從最高有效位開始，并且還從 該線回讀。通常，寫NRZI "0"但回讀NRZI "1"的組件喪失仲裁并停止仲裁。 這反映了如果回讀了 NRZI "1",那么其他仲裁組件中的至少一個必須 具有更高的隨機仲裁碼的事實。最后的結(jié)果是具有最高隨機仲裁碼的 組件贏得了仲裁。因此，仔細考慮圖3中說明的情況，組件B的隨機仲裁碼開始于 111100 x x (即第七個和第八個最高有效位的值被證明不相關(guān))，組件 C的隨機仲裁碼開始于11110100,以及組件D的隨機仲裁碼開始于 11110101。在單元8中，組件B將其隨機仲裁碼的最高有效位寫至數(shù)據(jù)線。 該比特是"l"，所以組件B將該線活動驅(qū)動至其先前狀態(tài)的相反狀態(tài)。類似地，組件C和D也寫"1"。而且，每個組件都讀取數(shù)據(jù)線上的值。 然而，由于這些組件具有各自寫入的"1"，所以它們分別繼續(xù)仲裁。 同樣的事情發(fā)生在單元9、 10和11中。組件B的隨機仲裁碼的最高有效位是111100，所以在單元12中， 組件B向數(shù)據(jù)線寫"0"。在仲裁期間，發(fā)信號規(guī)則是轉(zhuǎn)變顯性，所以 組件B實際三態(tài)(tri-state)其數(shù)據(jù)驅(qū)動器。在這個例子中，組件C 和D還將Q作為其隨機仲裁碼的第五個最高有效位，所以它們分別向 數(shù)據(jù)線寫"0"，所以數(shù)據(jù)線攜帶"0"并且所有三個組件繼續(xù)仲裁。在單元13中，還將Q作為其隨機仲裁碼的第六個最高有效位的組 件B再次通過三態(tài)寫"0"，但是組件C和D都將1作為其隨機仲裁碼 的第六個最高有效位，所以它們分別向數(shù)據(jù)線寫"1"。結(jié)果，數(shù)據(jù)線 攜帶"1"并且組件B退出該處理。在單元14中，由于組件C和D都將O作為其隨機仲裁碼的第七個 最高有效位，所以它們分別向數(shù)據(jù)線寫"0"，所以數(shù)據(jù)線攜帶"0"并 且兩個組件都繼續(xù)仲裁。在單元15中，還將O作為其隨機仲裁碼的第八個最高有效位的組 件C通過三態(tài)寫"0"，但是組件D將l作為其隨機仲裁碼的第八個最 高有效位，所以它向數(shù)據(jù)線寫"1"。結(jié)果，數(shù)據(jù)線攜帶"1"并且組件 C的"0"將仲裁輸給組件D的"1"。因此，組件D將贏得仲裁，并且 此后能夠傳輸數(shù)據(jù)。盡管圖3示出了發(fā)生在連續(xù)單元中的仲裁步驟，但是這不是必須 的?？偩€可以被認為是時分多路復(fù)用，其時隙中的一些以永久或準靜 態(tài)方式被分配至特定用途。在這樣的情況下，僅僅其總?cè)萘康囊徊糠?可用于仲裁動態(tài)分配。該部分可以被組織為例如與多路復(fù)用的其他部 分交錯的共享消息信道，如在由MIPI Alliance公司推薦的SLIMbus 系統(tǒng)中的情況。在該消息信道中，仲裁可以如上所述繼續(xù)進行。交錯 不時打斷該仲裁處理，但是不會阻止該處理。這在圖4中進行了說明，其中示出了通過該消息信道的三個分段 30、 32、 34傳播的圖3的信息量。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)注意到NRZI 編碼將當(dāng)前單元與仲裁波形中的先前單元相關(guān)，而不是與該消息信道 中的先前單元相關(guān)。在本發(fā)明的一些實施方案中，轉(zhuǎn)變編碼(在特定實施方案中更具體而言是NRZI編碼)不僅被用于諸如隨機仲裁碼的特定信息量，而且 還用于所有時間，例如當(dāng)傳輸有效載荷數(shù)據(jù)時。相反，轉(zhuǎn)變顯性發(fā)信 號規(guī)則優(yōu)選不用于所有時間，這樣做將給予總線相對高的干擾敏感性， 因為統(tǒng)計上僅一半被攜帶比特將被活動驅(qū)動。具有諸如數(shù)據(jù)有效載荷 的信息量的優(yōu)選選項將活動驅(qū)動每個比特。組件可以根據(jù)總線信息量 切換其發(fā)信號行為。在不被超過一個組件驅(qū)動的單元中，轉(zhuǎn)變顯性發(fā) 信號不是必須的和適當(dāng)?shù)?。還關(guān)心在沒有信息量的周期中所發(fā)生的情況。由于數(shù)據(jù)線僅由保 持器電路20A、 20B、 20C、 20D、 20E來維持，所以干擾可以表現(xiàn)為假 數(shù)據(jù)以及例如通過使得組件丟失同步消息來擾亂真實的通信。加強發(fā) 信號的一種方式是使一個組件反復(fù)重復(fù)數(shù)據(jù)線上的邏輯級別。組件通 過首先捕獲它(低或高)來重復(fù)邏輯級別，并且然后將其驅(qū)動到線上。 可用于執(zhí)行這些動作的時間是其中數(shù)據(jù)線應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定的周期。重復(fù)應(yīng)當(dāng) 由一個而不是多個組件完成。在我們的示例總線中，我們選擇與傳輸 總線時鐘相同的組件，即活動幀調(diào)節(jié)器組件。圖5示出了空閑總線上每個單元的第二部分期間重復(fù)數(shù)據(jù)線邏輯 級別的活動幀調(diào)節(jié)器。如上關(guān)于圖2的描述，該部分波形將不被活動 驅(qū)動。這樣重復(fù)的好處是拒絕了更大的干擾，該干擾源于數(shù)據(jù)線阻抗 加上總線電容相互作用的總體降低。實現(xiàn)這樣的邏輯級別重復(fù)需要注意，以避免在單元邊界與其他組 件驅(qū)動竟爭。然而，通過活動幀調(diào)節(jié)器具有內(nèi)部可用的總線時鐘的時 間優(yōu)先備份的事實使得定時更輕松。注意到總線保持電路僅在轉(zhuǎn)變期間加載總線。因此，其驅(qū)動阻抗 可以明顯低于線或上拉電阻的阻抗，而不招致功率損失。這增加了未 驅(qū)動單元的健壯性。而且，每個數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)變都被活動驅(qū)動。這允許高 比特率。因此這里描述了一種具有相對低功率消耗允許高數(shù)據(jù)率的靈活、 健壯的基于總線的通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種基于總線的通信系統(tǒng)，包括總線以及連接至該總線的多個組件，其中當(dāng)仲裁訪問該總線時每個組件使用轉(zhuǎn)變編碼向該總線寫隨機仲裁碼，以便當(dāng)該隨機仲裁碼采用第一二進制值時，該組件驅(qū)動該總線至其相反狀態(tài)，并且當(dāng)該隨機仲裁碼采用第二二進制值時，該組件并不活動驅(qū)動該總線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)變編 碼是NRZI編碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中所迷隨 機仲裁碼對于所述組件是唯一的，并且其中仲裁是基于多個仲裁組件 的該隨機仲裁碼確定的，以便在當(dāng)至少一個其他組件傳輸該第一二進 制值的時間周期期間傳輸該第二二進制值的每個組件都喪失仲裁。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項所迷的基于總線的通信系統(tǒng)， 其中該第一二進制值是二進制"l"并且該第二二進制值是二進制"0"。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中仲裁發(fā)生在多個時間周期期間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中仲裁發(fā)生在多個非連續(xù)時間周期期間。
7. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中 當(dāng)傳輸有效載荷數(shù)據(jù)信號時每個組件使用轉(zhuǎn)變編碼向該總線寫該有效載荷數(shù)據(jù)信號，以便當(dāng) 該信號采用第一二進制值時，該組件驅(qū)動該總線至其相反狀態(tài)，并且 當(dāng)該信號采用第二二進制值時，該組件驅(qū)動該總線保持其現(xiàn)有狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中每個組件都 使用NRZI編碼向該總線寫該有效載荷數(shù)據(jù)信號。
9. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的基于總線的通信系統(tǒng)，其中 所述組件中的 一個檢測總線上的邏輯級別，并反復(fù)在總線上重復(fù)所檢 測到的邏輯級別。
10. —種用于連接至包括至少一個總線的通信總線的電子組件，其 中當(dāng)仲裁訪問總線時，所述組件適于使用轉(zhuǎn)變編碼向該總線寫隨機仲 裁碼，以便當(dāng)該隨機仲裁碼采用第一二進制值時，該組件驅(qū)動該總線至其相反狀態(tài)，并且當(dāng)該隨機仲裁碼采用第二二進制值時，該組件并 不活動驅(qū)動該總線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子組件，其中所述組件適于使用 NRZI編碼向該總線寫隨機仲裁碼。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電子組件，其中當(dāng)傳輸有效載 荷數(shù)據(jù)信號時該組件適于使用轉(zhuǎn)變編碼向總線寫該有效載荷數(shù)據(jù)信號，以便當(dāng) 該信號采用第一二進制值時，該組件驅(qū)動該總線至其相反狀態(tài)，并且 當(dāng)該有效載荷數(shù)據(jù)信號采用第二二進制值時，該組件驅(qū)動該總線保持 其現(xiàn)有狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子組件，其中所述組件適于使用 NRZI編碼向該總線寫該有效載荷數(shù)據(jù)信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10-13中的任何一項所述的電子組件，其中所 述組件適于檢測總線上的邏輯級別，并反復(fù)在總線上重復(fù)所檢測到的 邏輯級別。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10-14中的任何一項所述的電子組件，其中所 述電子組件是集成電路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子組件，其中所述電子組件是數(shù)據(jù) 處理集成電路。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子組件，其中所述電子組件是音頻 處理集成電路。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子組件，其中所述電子組件是視頻 處理集成電路。
19. 一種電子裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求10-18中的任何一項所迷的至少一個組件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子裝置，其中所述裝置是移動通信設(shè)備。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子裝置，其中所述裝置是個人數(shù)字 助理(PDA)設(shè)備。
全文摘要
一種使用例如NRZI編碼的轉(zhuǎn)變編碼操作的通信系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)變顯性發(fā)信號。也就是說，當(dāng)信號采用第一二進制值，二進制“1”，時，組件驅(qū)動總線至其相反狀態(tài)，并且當(dāng)信號采用第二二進制值，二進制“0”，時，組件并不活動驅(qū)動總線。在仲裁期間，每個仲裁組件將唯一隨機仲裁碼寫到總線上，并且當(dāng)至少一個其他組件寫二進制“1”時，寫二進制“0”的每個組件喪失仲裁。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)有效載荷時，組件優(yōu)選不使用轉(zhuǎn)變顯性發(fā)信號。對于這樣的信息量來說，它們活動驅(qū)動二進制“0”和二進制“1”。
文檔編號H04L12/413GK101257430SQ20081000653
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
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