DE102007017848A1 - Components e.g. application-specific integrated circuit, connecting system, has arrangement of boards and switching unit forming structure such that shortest connection possibilities between adjacent components have same signal running time - Google Patents

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Abstract

The system has connecting printed circuit boards (3) that are pluggable or fixedly connected and arranged perpendicular to component printed circuit boards (1). An arrangement of the connecting printed circuit boards and switching units form a structure such that all shortest connection possibilities between two adjacent components (2) e.g. application-specific integrated circuit, have same signal running time, and connections between adjacent components and connections between connections of adjacent connecting printed circuit boards are switchable or pre-defined.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Verbinden mehrere elektronischer Komponenten um eine Anwendungsaufgabe im Gesamtsystem zu lösen.The The invention relates to connecting multiple electronic Components to solve an application task in the overall system.

Stand der TechnikState of the art

Elektronische Komponenten (ASICs, FPGAs, CPLD, Speicherbausteine, ...) werden mittels Leiterplatten miteinander verbunden.electronic Components (ASICs, FPGAs, CPLD, memory chips, ...) interconnected by means of printed circuit boards.

Dabei gibt es fest verdrahtete Verbindungen sowie Verbindungsmöglichkeiten durch Schaltelemente. Diese Schaltelemente sorgen dafür, dass bei unveränderter Hardware unterschiedliche Verbindungen zwischen den elektronischen Komponenten realisiert werden können.there There are hard-wired connections and connection options by switching elements. These switching elements ensure that at unchanged Hardware different connections between the electronic Components can be realized.

Zudem werden durch Steckverbindungen weitere elektronische Komponenten mit dem System verbunden, die wiederum durch Schaltelemente anwendungsspezifisch dazu- oder abgeschaltet werden können.moreover be plugged into other electronic components connected to the system, which in turn is application specific by switching elements can be switched on or off.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass bei komplexen Anordnungen von Schaltelementen durch die unterschiedlichen Kombinationsmöglichkeiten verschiedenster Schalter, Steckverbindungen oder Erweiterungen die Signallaufzeit zwischen den jeweils zu verbindenden Komponenten nicht im vertretbaren Maße vorhersagbar ist.Of the in claim 1 protection invention is based on the problem that in complex arrangements of switching elements by the different possible combinations various switches, connectors or extensions the Signal transit time between the respective components to be connected not to a reasonable extent is predictable.

Das Problem der Vorhersagbarkeit für Signallaufzeiten wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.The Problem of predictability for Signal delay is with the features listed in the protection claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich die Signallaufzeiten sämtlicher Verbindungen im Gesamtsystem durch einfache und präzise Angaben genau beschreiben lassen. Dabei treten genau n – 1 Bereiche auf, wobei n die Anzahl der zu verbindenden Komponenten ist. Alle Verbindungen zwischen zwei beliebigen Komponenten fallen in genau eine dieser Gruppen. Zum Beispiel treten bei einem 5 Komponenten System genau 4 Signallaufzeitbereiche auf (z. B.: 5–6 ns, 8–10 ns, 12–15 ns und 18–21 ns). Um nun eine Applikation mit verschiedenen zeitkritische Signalen bestmöglich auf dem System zu realisieren erlaubt diese Vorhersagbarkeit eine einfache Optimierungsstrategie mit eindeutigem Ergebnis.The particular advantages of the invention are that the signal delays of all Connections in the overall system by simple and precise information to be described exactly. There are exactly n - 1 areas, where n is the Number of components to connect. All connections between any two components fall into exactly one of these groups. For example, in a 5-component system, there are exactly 4 signal propagation time ranges on (for example: 5-6 ns, 8-10 ns, 12-15 ns and 18-21 ns). To get an application with different time-critical signals in the best possible way To realize this system allows this predictability to be simple Optimization strategy with clear result.

Ebenso benötigt man bei den heutigen Anforderungen für Datenübertragungen parallele Signalverläufe mit nahezu exakt identischer Laufzeit. Als Beispiele sind hier parallele Datenbusse moderner Speicherbausteine (DDR) sowie parallele Datenübertragung (LVDS) zwischen Programmierbaren Bausteinen zu nennen (DDR). Insbesondere im zuletzt genannten Fall müssen parallele Datenübertragungen zwischen mehreren Komponenten ermöglicht werden, die in ihrer Anordnung, Lage und/oder Dimension im Gesamtsystem nicht im vornherein bestimmbar sind.As well needed in the current requirements for data transmission parallel signal waveforms almost identical duration. As examples here are parallel Data buses of modern memory chips (DDR) as well as parallel data transmission (LVDS) between programmable devices (DDR). Especially in the latter case parallel data transfers between several components that are in theirs Arrangement, position and / or dimension in the overall system not in advance are determinable.

Das Problem der im vornherein unbestimmbaren Anordnung für parallele, quasi-identische Signalverläufe wird mit den im Schutzanspruch 2 aufgeführten Merkmalen gelöst.The Problem of the in the beginning indefinable arrangement for parallel, quasi-identical waveforms is achieved with the features listed in the protection claim 2.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Komponenten grundsätzlich in einen genau definierten Signallaufzeitbereich fallen. Durch die Anordnung der Schaltelemente in Normalenrichtung entstehen die benötigten, quasi-identischen Signalverläufe automatisch und sind einfach in der benötigten Genauigkeit realisierbar.The particular advantages of the invention are that connections between two or more components basically in fall a well-defined signal transit time range. By the Arrangement of the switching elements in the normal direction arise the required, quasi-identical waveforms automatically and are easily realizable in the required accuracy.

Das Gesamtsystem kann durch einen zeitkritischen Signalverlauf durch eine Vielzahl von Schaltelemente in der Leistung beeinträchtigt werden. Zeitkritische Signalverläufe können auch an mehreren Stellen des Systems auftreten, was zu einem veränderten Setzen/Nicht-Setzten der Schaltelemente führt oder das Erfüllen diverser zeitlicher Randbedingungen grundsätzlich für diese Hardware unmöglich macht.The Overall system can by a time-critical waveform through a variety of switching elements are impaired in performance. Time-critical waveforms can also occur in several places of the system, resulting in a change Setting / not setting the switching elements leads or fulfilling various time constraints basically makes this hardware impossible.

Das Problem der garantiert minimalen Signallaufzeit wird mit den im Schutzanspruch 3 aufgeführten Merkmalen gelöst.The Problem of the guaranteed minimum signal delay is with the in the Protection claim 3 listed Characteristics solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sämtliche im Gesamtsystem auftretenden Signallaufzeiten weit unter denen liegen, die bei planarer Anordnung der Komponenten und Schaltelemente erreicht werden können. Bei einem Gesamtsystem dessen 5 Komponenten jeweils 1200 Pins haben, besteht die durchschnittliche Signallänge auf der Komponenten-Ebene 25 mm und auf der Verbindungsebene 20 mm. Somit ergibt sich bei einer worst-case Verbindung (n = 5) eine Gesamtlänge von 25 mm + (n – 1)·20 mm + 25 mm = 130 mm. Diese garantiert maximale Länge einer worst-case Verbindung ist bei einem komplexen Gesamtsystem mit einigen Tausend Schaltelementen bei planarer Anordnung zweier oder mehrerer Komponenten nicht zu bewerkstelligen.The particular advantages of the invention are that all signal transit times occurring in the overall system are far below those achieved in planar arrangement of the components and switching elements can be. For an overall system whose 5 components each have 1200 pins, is the average signal length at the component level 25 mm and at the connection level 20 mm. Thus arises at a worst-case connection (n = 5) has an overall length of 25 mm + (n-1) x 20 mm + 25 mm = 130 mm. This guarantees maximum length of a worst-case connection is in a complex overall system with several thousand switching elements not in the planar arrangement of two or more components accomplish.

Je nach abzubildender Applikation variiert die Anzahl der benötigten Verbindungen zwischen den verschiedenen elektronischen Komponenten im Gesamtsystem. Werden etwaige Verbindungsressourcen für eine Gruppe von Komponenten definiert, kann das wiederum andere Verbindungsanforderung weiterer Komponenten beeinträchtigen bzw. das Abbilden der Applikation unmöglich machen. Eine definierte Hardware trotz entsprechender Komplexität der Schaltelemente kann also günstig für die eine Applikation, jedoch ungeeignet für andere Applikationen sein.Depending on the application to be mapped, the number of connections required between the various electronic components in the overall system varies. Defining any connection resources for a group of components may in turn interfere with other connection requests of other components or make the mapping of the application impossible. A defi ned hardware despite appropriate complexity of the switching elements can therefore be favorable for one application, but unsuitable for other applications.

Das Problem der sich gegenseitig limitierenden Verbindungsressourcen wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.The Problem of mutually limiting connection resources is achieved with the features listed in the protection claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass alle möglichen Applikationen, also sämtliche mathematisch möglichen Verbindungsmöglichkeiten ohne Einschränkungen abgebildet werden können. Dies gilt jedoch nur, wenn die Pins der Komponenten frei wählbar sind, wie es bei programmierbaren Bausteinen (FPGAs, CPLDs, ...) der Fall ist, bzw. maximal eine Komponente eines Schaltnetzwerks vordefinierte Pin-Platzierungen hat.The particular advantages of the invention are that all sorts of Applications, so all mathematically possible connection possibilities imaged without restrictions can be. However, this only applies if the pins of the components are freely selectable, as with programmable devices (FPGAs, CPLDs, ...) is or predefined a maximum of one component of a switching network Pin Placements has.

Hardware-Systeme mit Schaltelementen können auch mit elektronischen Komponenten erweitert werden, oder mit anderen Hardware-Systeme zu einem Gesamtsystem verbunden werden. Hier bilden meist die sich neu ergebenden Verbindungen trotz Schaltelemente das kritische Element des neuen Gesamtsystems.Hardware systems with switching elements can can also be extended with electronic components, or with others Hardware systems are connected to a complete system. Here usually form the emerging compounds despite switching elements critical Element of the new overall system.

Das Problem der limitierten Erweiterungsmöglichkeit bei Beibehaltung der in den Schutzansprüchen 1–3 formulierten Merkmale wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.The Problem of limited expansion while maintaining in the protection claims 1-3 formulated Characteristics is solved with the features listed in the protection claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Erweiterung des Gesamtsystems mit Schaltelementen und Komponenten unter Beibehaltung der des Patents zugrundeliegenden Verbindungsanordnung in Normalenrichtung, sämtliche Vorteile wie Vorhersagbarkeit und Parallelität der Signalverläufe, sowie garantierter minimaler Signallaufzeiten und uneingeschränkter Verbindungsmöglichkeiten ebenso bei dem neu entstehenden Gesamtsystem ihre Gültigkeit bewahren, ohne das bisherige Gesamtsystem verändern zu müssen.The particular advantages of the invention are that an extension of the overall system with switching elements and Components while maintaining the patent underlying Connection arrangement in the normal direction, all advantages such as predictability and parallelism the signal courses, and guaranteed minimum signal transit times and unrestricted connectivity also in the new overall system its validity preserve without having to change the previous overall system.

Hardware-Systeme mit Schaltelementen werden in Projekten für Teilabbildungen sowie zur Abbildung des Gesamtprojektes eingesetzt. Dabei ist es nicht unerheblich, inwieweit sich auch aus Kostengründen das Hardware-System vereinfachen lässt, ohne die Gesamtkompatibilität zur Abbildung des Gesamtprojektes zu verlieren.Hardware systems with switching elements are used in projects for partial pictures as well as for illustration used in the overall project. It is not insignificant to what extent, also for cost reasons simplify the hardware system without the overall compatibility with the picture of the overall project.

Das Problem der Vereinfachungsmöglichkeit bei Beibehaltung der Kompatibilität zum Gesamtsystem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.The Problem with the possibility of simplification Maintaining compatibility to the overall system is with the features listed in the protection claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich das zu bildende Hardware System entsprechend dem Gesamtapplikation in einzelne Teilsysteme unterteilen lässt. Dabei bleiben Merkmale wie Vorhersagbarkeit, Parallelität, Performance sowie Verlustfreiheit weiterhin bestehen. Ein einmal realisiertes Teilprojekt lässt sich ohne wesentliche Änderungen in eine Abbildung der Gesamtapplikation einfügen.The particular advantages of the invention are that the hardware system to be formed corresponds to the overall application can be subdivided into individual subsystems. There remain features like predictability, parallelism, Performance and loss continue to exist. One time Realized subproject can be without significant changes in a picture of the complete application.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:One embodiment The invention will be described in more detail below. Show it:

1: Grundlegende Anordnungen von Komponenten- und Verbindungs-Leiterplatten 1 : Basic Arrangements of Component and Link Circuit Boards

2: Anordnung der Schaltelemente in Normalenrichtung sowie Vereinfachungen 2 : Arrangement of the switching elements in the normal direction and simplifications

3: Ansicht zweier Beispiele für die Verbindung der Komponenten- und zweier Verbindungs-Leiterplatten. 3 : View of two examples of the connection of the component and two connection boards.

1 zeigt die grundlegende Anordnung von Komponenten-Leiterplatten (KomLp) (1) und Verbindungsleiterplatten (VerbLp) (3). Im Darstellungsfall befindet sich eine Komponente (2) auf der KomLp. Es können jedoch auch mehrere Komponenten aufgebracht sein die einzeln als Komponente dienen oder individuell als Gruppe zu einer Komponente zusammengefasst werden können. Ebenso können zwei oder mehrere Komponenten völlig unabhängig auf einer oder beiden Seiten der KomLp angebracht werden. 1 shows the basic arrangement of component circuit boards (KomLp) ( 1 ) and interconnect boards (VerbLp) ( 3 ). In the display case there is a component ( 2 ) on the KomLp. However, it is also possible to apply a plurality of components which individually serve as a component or can be individually combined as a group to form a component. Likewise, two or more components can be mounted completely independently on one or both sides of the KomLp.

Die Schaltelemente (4) sind auf den VerbLp aufgebracht. Betrachtet man die KomLp als eine Ebene, so sind die VerbLp in Normalenrichtung zu dieser KomLp ausgerichtet.The switching elements ( 4 ) are applied to the verbLp. If one considers the KomLp as a plane, the VerbLp are aligned in the normal direction to this KomLp.

Die Anschlüsse zu den VerbLp (KomVerbAn) können um die Komponente herum angeordnet werden, solange die Verbindungslänge zwischen Komponenten-Pin (5) und Anschluss-Pin für alle Verbindungen auf dieser KomLp innerhalb einer gewissen Toleranz liegen. Diese Anordnung der KomVerbAn wird über sämtliche KomLp des Gesamtsystems beibehalten. Aus Gründen der Darstellung wurde in 1 in der ersten Reihe die frontale VerbLp weggelassen.The connections to the VerbLp (KomVerbAn) can be arranged around the component, as long as the connection length between component pin ( 5 ) and connection pin for all connections on this component are within a certain tolerance. This arrangement of KomVerbAn is maintained over all components of the overall system. For the sake of illustration was in 1 omitted in the first row the frontal VerbLp.

Die Anordnung der Schaltelemente (SchE) (7) ist in 2 wiedergegeben. Jeweils ein Pin einer Komponente (oder einer Gruppe von Komponenten) ist mit einem individuellen Schaltnetz verbunden, welches durch die Anordnung der SchE (und deren Setzten und Nicht-Setzen) sämtliche Verbindungsmöglichkeiten abbilden kann. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um 1-1, 1-n oder n-n Verbindungen handelt (n = 2, 3, 4, ...).The arrangement of the switching elements (SchE) ( 7 ) is in 2 played. One pin each of a component (or a group of components) is connected to an individual switching network, which by the arrangement of the SchE (and its setting and not setting) can map all connection possibilities. It is irrelevant whether they are 1-1, 1-n or nn compounds (n = 2, 3, 4, ...).

Auf einer KomLp kann das Layout so gestaltet werden, dass die gleiche Signallänge zwischen den Komponenten-Pins und den Anschluss-Pins innerhalb einer gewissen Toleranz eingehalten werden kann. Ebenfalls die gleiche Signallänge kann auf den VerbLp zwischen den Anschlüssen zu den KomLp erreicht werden. Somit ergibt sich eine Vorhersagbarkeit sämtlicher Signallaufzeiten im Gesamtsystem. Mit dieser Anordnung lässt sich auch die gewünschte Parallelität von Signalverläufen zwischen gleichen Komponenten gewährleisten.On In a KomLp, the layout can be designed to be the same signal length between the component pins and the connection pins within one certain tolerance can be met. Also the same signal length can be reached on the link between the ports to the KomLp become. This results in a predictability of all Signal transit times in the overall system. With this arrangement can be also the desired parallelism of waveforms between ensure the same components.

Es können sich auf der KomLp auch weitere Bauteile befinden. Ebenso kann jeder Komponenten-Pin zusätzlich an externe Anschlüsse herausgeführt werden. Auch diese können bei der gegebenen Anordnung Anforderungen bzgl. ihrer Parallelität leicht erfüllen.It can There are also other components on the KomLp. Likewise everyone can Component pin additionally to external connections led out become. These too can with the given arrangement requirements regarding their parallelism easily fulfill.

Durch die sich ergebene Gitterstruktur kann die Gesamtperformance des Systems maximiert werden. D. h. die Verbindungen verteilen sich so gleichmäßig auf das Gesamtsystem, dass es sehr viele (eindeutige) Pfade gibt, die der längsten Signallaufzeit entsprechen, diese aber wesentlich schneller sind als bei einer Anordnung der Komponenten in planarer Ausrichtung.By the resulting grid structure can be the overall performance of the Systems are maximized. Ie. the connections are distributed so evenly on the overall system that there are very many (unique) paths that the longest Signal propagation time, but these are much faster as with an arrangement of the components in planar alignment.

Durch die Anordnung der SchE ist ebenfalls gewährleistet, dass das Schaltnetz komplett ausgenutzt werden kann. Alle mathematisch möglichen Verbindungen zwischen mehreren Komponenten bei freier Komponenten-Pin Wahl können also durch diese Anordnung der SchE abgebildet werden.By The arrangement of the SchE is also guaranteed that the switching network can be fully exploited. All mathematically possible connections between multiple components with free component pin choice so can be represented by this arrangement of SchE.

Zwei Beispiele für die Verbindung der Komponenten- und mehreren Verbindungs-Leiterplatten sind in 3 aufgeführt. Diese 90-Grad Verbindung der beiden Leiterplatten kann entweder durch Lötverbindungen (8) oder Steckverbindungen (9 = Buchsenleiste, 10 = Steckerleiste) geschehen.Two examples of the connection of the component and multiple connection boards are in 3 listed. This 90-degree connection of the two printed circuit boards can be achieved either by soldered connections ( 8th ) or plug connections ( 9 = Female connector, 10 = Connector strip) happen.

Claims (3)

Ein Komponenten Verbindungssystem mit schaltbaren Verbindungen in Normalenrichtung bestehend aus – parallel angeordneten Komponentenleiterplatten (1) und dazu – steckbar oder fest verbundenen – senkrechten angeordneten Verbindungsleiterplatten (3) mit – darauf befindlichen Schaltelementen (4), sowie – Verbindungen zwischen Komponenten- und Verbindungsleiterplatten (5) und – Verbindungen zwischen Verbindungsleiterplatten (6) benachbarter Verbindungsebenen untereinander ist dadurch gekennzeichnet, – dass sich eine elektronische Verbindungsrichtung parallel zur Normalenrichtung der Komponentenleiterplatten (1) ergibt und – dass die Komponenten (2) konzentrisch angeordnet sind, – die Anordnung der Verbindungsleiterplatten und deren Schaltelemente ein Struktur bilden, sodass – alle kürzesten Verbindungsmöglichkeiten zwischen jeweils zwei benachbarten Komponenten gleiche Signallaufzeit besitzen und – alle kürzesten Verbindungsmöglichkeiten zwischen jeweils zwei Komponenten mit n (n = 1, 2, ...) dazwischenliegenden Komponenten gleiche Signallaufzeit besitzen und – dass jeweils – Verbindungen zwischen benachbarter Komponenten sowie – Verbindungen zwischen Anschlüsse benachbarter Verbindungsleiterplatten (6) sowie – Verbindungen zwischen Komponenten und Anschlüsse benachbarter Verbindungsleiterplatten (6) – existieren und schaltbar oder vordefiniert sind.A component connection system with switchable connections in the normal direction consisting of - parallel component circuit boards ( 1 ) and - plug-in or fixedly connected - vertically arranged connecting circuit boards ( 3 ) with switching elements thereon ( 4 ), as well as - connections between component and interconnection boards ( 5 ) and - connections between interconnection boards ( 6 ) of adjacent connection levels with one another is characterized in that - an electronic connection direction parallel to the normal direction of the component circuit boards ( 1 ) and that - the components ( 2 ) are arranged concentrically, - the arrangement of the connecting circuit boards and their switching elements form a structure, so that - all shortest possible connections between each two adjacent components have the same signal propagation time and - all shortest possible connections between two components with n (n = 1, 2, .. .) Intermediate components have the same signal propagation time and - that in each case - connections between adjacent components and - connections between connections of adjacent connection boards ( 6 ) and - connections between components and connections of adjacent connection boards ( 6 ) - exist and are switchable or predefined. Ein Komponenten Verbindungssystem mit schaltbaren Verbindungen in Normalenrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, – abgebildete Signalnetzwerke gleicher Ausprägung mit – einem oder mehreren Signaltreibern und mit – einem oder mehreren Signalempfängern – bei jeweils gleichen Komponenten und/oder gleichen externen Anschlüssen – das identische elektronische Verhalten besitzen.A component connection system with switchable Normal direction connections according to claim 1 characterized, - pictured Signal networks of the same type with - one or multiple signal drivers and with - One or more signal receivers - at each same components and / or same external connections - the identical possess electronic behavior. Komponenten Verbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass sich die Gesamtlaufzeit eines Signals zwischen zwei Komponenten Lg mit Lg = 2·Lk + (n + 1)·Lvberechnen lässt, wobei – Lk die Signallaufzeit von Komponenten-Pin zur Verbindungsstelle, – n die Anzahl der zwischen den Komponenten liegenden Komponenten und – Lv die Signallaufzeit auf der Verbindungsleiterplatte beträgt und – dass sich die maximale Laufzeit eines Signals zwischen zwei Komponenten im Gesamtsystem Lgmax mit Lgmax = 2·Lk + (m + 1)·Lvberechnen lässt, wobei – Lk die Signallaufzeit von Komponenten-Pin zur Verbindungsstelle, – m die Anzahl der im System vorkommenden Komponenten ist und – Lv die Signallaufzeit auf der Verbindungsleiterplatte beträgt undComponent connection system according to one of the preceding claims, characterized in that - the total running time of a signal between two components Lg with Lg = 2 * Lk + (n + 1) * Lv where Lk is the signal transit time of component pin to the connection point, n is the number of components lying between the components, and Lv is the signal propagation time on the connection circuit board, and that the maximum transit time of a signal between two components in the overall system Lgmax is Lgmax = 2 · Lk + (m + 1) · Lv where Lk is the signal transit time from component pin to joint, m is the number of components occurring in the system, and - Lv is the signal propagation time on the connection board and
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