DE60124926T2

DE60124926T2 - Multiport i2c-hub

Info

Publication number: DE60124926T2
Application number: DE60124926T
Authority: DE
Inventors: S. Alma ANDERSON
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: EP1311960A2; WO2002015012A2; ATE347137T1; WO2002015012A3; JP2004507135A; EP1311960B1; US6636924B1; DE60124926D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Elektronik und insbesondere eine Vorrichtung, welche die Verbindung zwischen Vorrichtungen unter Verwendung einer I²C-Schnittstelle ermöglicht.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Der von der Philips Corporation entwickelte "Inter Integrated Circuit" (I²C)-Bus ermöglicht es integrierten Schaltkreisen, direkt über einen einfachen bidirektionalen 2-Draht (plus Erdung)-Bus miteinander zu kommunizieren. Eine Vorrichtung wird mit jedem der beiden Drähte an dem Bus verbunden: ein Draht (SData) für die Übermittlung von Daten und der andere Draht (SClk) für die Steuerung und Synchronisation der Übermittlung von Daten zwischen den Vorrichtungen. Jede Vorrichtung ist parallel mit jeder der anderen Vorrichtungen verbunden, und jede der Busleitungen – SData und SClk – fungiert als ein verdrahtetes UND aller Leitungen an dem Bus. Der Ausgang jeder Vorrichtung ist als eine Vorrichtung mit offenem Kollektor/offenem Abzug konfiguriert, und einer oder mehrere Pull-up-Widerstände halten einen hohen "Soft"-Logikwert an dem Bus aufrecht, während sich der Bus im Ruhezustand befindet. Wenn eine Vorrichtung auf den Bus zugreifen will, so zieht die Vorrichtung den Bus über die Vorrichtung mit offenem Kollektor/offenem Abzug, die sich in einem leitfähigen Zustand zum Erdungspotenzial befindet, auf einen niedrigen Logikwert.
Um eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung zu ermöglichen, begrenzt die I²C-Spezifikation die maximale kapazitive Last am Bus, wodurch die maximale Länge des Busses begrenzt wird. Die maximale kapazitive Nennlast beträgt 400 pf, wodurch die Buslänge auf einige wenige Meter begrenzt wird. Der integrierte Schaltkreis 82B715 von Philips Semiconductors ist ein I²C-Buserweiterer, der ein Routen des Busses über die maximale Nennlänge hinaus ermöglicht. Der 82B715 bietet eine Stromverstärkung von zehn vom Eingang zum Ausgang, wodurch eine kapazitive Verringerung von zehn für den Bus auf der Eingangsseite des Buserweiterers entsteht. Durch Anordnen eines Buser weiterers an jedem Ende eines langen Drahtabschnitts erscheint lediglich ein Zehntel der Kapazitanz des Drahtes als eine Last für den I²C-Bus oder die I²C-Vorrichtung an jedem Ende des langen Drahtabschnitts. Die Strompufferung bewahrt auch die bidirektionale Charakteristik des offenen Kollektors/offenes Abzugs des I²C-Busses.
Ein Hub unterscheidet sich von einem Erweiterer insofern, als ein Hub herkömmlicherweise als eine Vorrichtung definiert ist, die ein Signal an mehrere Vorrichtungen verteilt. Zum Beispiel kann ein Hub auf einer gedruckten Leiterplatte zentral zwischen einer Vielzahl verschiedener Vorrichtungen angeordnet sein, die über den Bus kommunizieren. Von dieser zentralen Stelle aus zweigt der Bus zu jeder Vorrichtung ab – vorzugsweise über einen Treiber an jedem Port des Busses, der ein entsprechendes Segment des Busses ansteuert. Auf diese Weise wird die Länge jedes Segments des Busses vom Hub zu den Vorrichtungen im Vergleich zu einer durchgängigen Drahtlänge, die zu allen Vorrichtungen verläuft, verkürzt, und die Buslast wird zwischen den Hub-Treibern verteilt.
In einer bidirektionalen Konfiguration, wo derselbe Draht sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet wird, erscheint ein Hub als eine Ansammlung von Eingangsports, die jeweils zu einem Treiber an jedem anderen Port ausfächern. Weil der Ausgang des Treibers an einem Port denselben Knoten benutzt wie der Eingang von den Vorrichtungen an dem Bussegment jenes Ports und der Eingang zu jedem anderen Treiber ausfächert, muss ein bidirektionaler Hub dafür konfiguriert sein, ein extern erzeugtes Ereignis an den Bussegmenten von einem intern erzeugten Ereignis zu unterscheiden, um ein sogenanntes "Latch-up" zu verhindern. Ein solches Latch-up wird verursacht, wenn ein Eingangsereignis, das von einem Port ausgesendet wird, als ein Eingangsereignis von einem anderen Port interpretiert wird und von dem anderen Port zum Absender-Port zurückgesendet wird. Wenn der Absender des Ereignisses das Ereignis beendet, so muss diese Beendigung allen Ports mitgeteilt werden.
Herkömmliche bidirektionale Hubs enthalten in der Regel eine Steuerlogik, die feststellt, welcher Port ein Ansteuersignal empfängt, und danach verhindert, dass Eingangssignale von allen anderen Ports zu allen anderen Ports gesendet werden. Das heißt, der herkömmliche Hub aktiviert selektiv nur einen einzigen Port als einen Empfangsport und zwingt alle anderen Ports in einen Sendezustand, wobei diese anderen Ports die Daten, die an dem Empfangsport empfangen werden, zu ihren entsprechenden Bussegmenten senden. Weil immer nur ein einziger Port auf einmal für das Empfangen und Senden eines Signals aktiviert ist, wird die Möglichkeit eines Latch-up vermieden. Es ist jedoch zu beachten, dass dieses selektive Aktivieren jeweils eines einzelnen Port voraussetzt, dass jeweils immer nur ein einziger Port aktiv sein darf, oder, wenn zwei Ports aktiv sind, der erste Port, der aktiv sein soll, Vorrang hat.
Ein Hub ist vorzugsweise für die Vorrichtungen an dem Bus "transparent". Das heißt, auch wenn ein Hub eine verbesserte Busleistung ermöglicht, sollte sein Vorhandensein an dem Bus nicht erkannt werden können. Wenn zum Beispiel der Bus ohne den Hub ein verdrahteter UND-Bus ist, so wird, wenn eine Vorrichtung den Bus in den Low-Zustand zieht, die gesamte Länge des Busses in den Low-Zustand versetzt. Wenn mehrere Vorrichtungen den Bus in den Low-Zustand ziehen, so bleibt der Bus im Low-Zustand, bis die letzte Vorrichtung aufhört, die geringe Spannung anzulegen. Ein herkömmlicher Hub, der jeweils immer nur auf einen einzigen Port reagiert, bringt oft ein Übergangsverhalten hervor, weil er den momentanen Empfangsport deaktiviert und dann einen anderen Port als den Empfangsport aktiviert. Weil jeweils immer nur ein einziger Port als ein Empfangsport aktiviert ist, weiß der Hub nicht, dass ein anderes Segment des Busses ebenfalls in den Low-Zustand gesteuert wird, bis er versucht, den Bus in einen High-Zustand zu versetzen. Das Segment, das in den Low-Zustand gesteuert wird, bleibt im Low-Zustand, aber anderen Segmenten wird es gestattet, in den High-Zustand aufzusteigen, bis der Port, der in den Low-Zustand gesteuert wird, als der alleinige Empfangsport aktiviert ist. Einige Spezifikationen, und insbesondere die I²C-Spezifikation, stützen sich auf eine gleichbleibende Leistung bei Vorliegen eines gleichzeitigen Aufdrückens des aktiven Zustandes durch mehrere Vorrichtungen. In der I²C-Spezifikation zum Beispiel wird die Synchronisation des Taktsignals zwischen mehreren Vorrichtungen durch den Zeitpunkt, an dem eine erste Vorrichtung den Bus in den Low-Zustand zieht, und den Zeitpunkt, an dem eine letzte Vorrichtung aufhört, den Bus in einen Low-Zustand zu ziehen, bestimmt.
US 5345447 offenbart einen Mehrfachanschluss-Hub, wie er für CSMA-Netze verwendet wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Mehrfachanschluss-Vorrichtung bereitzustellen, die eine Mehrfachausfächerung eines Busses mit einem offenen Kollektor/offenen Abzug bei gleichzeitiger Beibehaltung einer Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Mehrfach anschluss-Vorrichtung bereitzustellen, die das Bussteuerungsprotokoll eines I²C-Busses beibehält. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Mehrfachanschluss-Vorrichtung bereitzustellen, die Ausbreitungsverzögerungen minimiert.
Dieses und weitere Aufgaben werden durch Bereitstellen einer Mehrfachanschluss-Vorrichtung erfüllt, die dafür konfiguriert ist, jedes aktive Segment an dem Bus zu erkennen. Die Ausbreitung von Signalen von jedem Port zu jedem anderen Port wird durch den Zustand jedes Segments gesteuert. Eine optimale Signalausbreitung erreicht man durch Aktivieren der Steuerung der Ausbreitung von Signalen erst nach einem ersten Aktiv-Übergang an dem Bus. Anfängliche Übergänge werden unbedingt ausgebreitet, um eine Ausbreitungsverzögerung zu minimieren, und anschließende Signalausbreitungen werden bedingt gesteuert, um Latch-up zu vermeiden. Jedem Port ist ein Signalspeicher zugeordnet. Der Signalspeicher wird jedes Mal gesetzt, wenn der Port aktiv durch eine Vorrichtung an jenem Port angesteuert wird. Der Signalspeicher wird zurückgesetzt, wenn alle Vorrichtungen im Ruhezustand sind oder wenn ein anderer Port aktiv bleibt, wenn der momentan aktive Port inaktiv wird. Der Zustand des Signalspeichers jedes Ports steuert die Ausbreitung von intern erzeugten Signalen zu dem Port. Wenn der Signalspeicher gesetzt ist, so werden intern erzeugte Signale nicht zu dem Port gesendet, wodurch ein Latch-up verhindert wird. Wenn der Signalspeicher nicht gesetzt ist, so werden sowohl intern erzeugte Signale als auch extern erzeugte Signale zu dem Port gesendet, wodurch Ausbreitungsverzögerungen minimiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun beispielhaft und unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild eines I²C-Systems mit einem Mehrfachanschluss-Hub gemäß dieser Erfindung.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild eines Mehrfachanschluss-Hub gemäß dieser Erfindung.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild einer Mehrfachanschluss-Hubsteuerung gemäß dieser Erfindung.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild einer Verbindungssteuerzelle einer Mehrfachanschluss-Hubsteuerung gemäß dieser Erfindung.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild eines Steuerblocks zum Bestimmen eines Hub-Logik-Gesamtzustandes eines Mehrfachanschluss-Hub gemäß dieser Erfindung.
In allen Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszahlen ähnliche oder entsprechende Merkmale oder Funktionen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild eines I²C-Systems 100 mit einem Mehrfachanschluss-Hub (4-Port-Hub) 150 gemäß dieser Erfindung. Obgleich der I²C als ein Paradigma für ein bidirektionales Bussystem verwendet wird, und obgleich der I²C-Bus eine verdrahtete UND-Logikstruktur zum Kommunizieren auf dem Bus verwendet, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass diese Erfindung weder auf eine verdrahtete UND-Konfiguration noch auf eine I²C-Busstruktur beschränkt ist. Für den Durchschnittsfachmann sind komplementäre Strukturen zur Verwendung in einer verdrahteten ODER-Konfiguration offensichtlich.
In der I²C-Busstruktur kommunizieren externe Vorrichtungen 110 über zwei Busse: einen Datenbus und einen Taktbus. In einem Ruhezustand werden die Busse auf einem "hohen" Spannungswert, nominal +3 bis +10 Volt, gehalten. Diese hohe, oder inaktive, oder Ruhe-Spannung wird über "Pull-up"-Widerstände 120 zugeführt, die den Bus mit einer positiven Versorgungsspannung 125 verbinden. 1 veranschaulicht vier Segmente des Busses, die mit dem 4-Port-Hub 150 verbunden sind, wobei jedes Segment als Port A, B, C und D an dem Hub 150 identifiziert ist. Im vorliegenden Text ist ein 4-Port-Hub zur Veranschaulichung dargestellt, doch es kann jede beliebige Anzahl von Ports in einem Mehrfachanschluss-Hub gemäß den Prinzipien dieser Erfindung verkörpert sein. Die Vorrichtungen an dem Bus sind als Vorrichtungen 110a, b, c und d entsprechend dem Port, an den sie angeschlossen sind, bezeichnet. Die Kommunikation über den Bus erfolgt durch Ansteuern des Busses in einen niedrigen Spannungszustand, um den aktiven Zustand zu bezeichnen, und Freigeben des Busses, wodurch er in den hohen Spannungszustand aufsteigen kann, um den inaktiven Zustand zu bezeichnen. Jede der Vorrichtungen an dem Bus ist als Vorrichtung mit offenem Kollektor oder offenem Abzug konfiguriert, die einen Pfad mit hoher Impedanz (vorzugsweise unendlicher Impedanz) für die positive Spannung 125 bereitstellt und einen schaltbaren Pfad mit niedriger Impedanz zur Erde bereitstellt. Wenn eine Vorrichtung 110 den Bus auf eine niedrige Spannung zieht, so werden alle Vorrichtungen an demselben Segment des Busses auf die gleiche niedrige Spannung gebracht. Der Hub 150 ist so ausgelegt, dass er diese niedrige Spannung zu den Vorrichtungen an den anderen Segmenten des Busses verteilt. Wenn – und nur wenn – alle Vorrichtungen 110 sich in einem inaktiven Zustand befinden, in dem sie den Bus nicht in einen Low-Zustand steuern, ist es allen Segmenten des Busses gestattet, zu der hohen Spannung 125 aufzusteigen. Der Hub 150 ist praktisch dafür konfiguriert, den aktiven Zustand von einer Vorrichtung zu jeder anderen Vorrichtung zu übermitteln und es dem Bus zu gestatten, in den inaktiven Zustand zurückzukehren, wenn keine Vorrichtung den aktiven Zustand aufdrückt.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild eines Mehrfachanschluss-Hub 200 gemäß dieser Erfindung. In einer I²C-Umgebung bilden ein Paar Hubs 200 den Hub 150 von 1, um unabhängig eine Hub-Funktion für den Datenbus und den Taktbus bereitzustellen.
Jeder Port des Mehrfachanschluss-Hub 200 hat einen zugehörigen Port-Handler 210a, 210b usw. In 2 sind vier Port-Handler veranschaulicht, obgleich eine beliebige Anzahl von Ports vorhanden sein kann. Jeder Port-Handler 210 enthält einen Treiber 220, der ein zugehöriges Segment des Busses – üblicherweise über eine Kontaktinsel oder ein anderes Verbindungsmittel zu dem Hub 200 – ansteuert. Der Treiber 220 ist auch – über die bidirektionale Verbindung des Ports zu externen Vorrichtungen (110 in 1) – mit einem Detektor 240 verbunden, der den Logikzustand des zugehörigen Segments des Busses erfasst, und zwar unabhängig davon, ob der Bus durch den Treiber 220 oder eine externe Vorrichtung angesteuert wird. Weil intern erzeugte Signale (von dem Treiber 220) über dieselben Medien übermittelt werden wie extern erzeugte Signale (von Vorrichtungen 110), muss der Detektor 240 zwischen intern und extern erzeugten Signalen unterscheiden, um ein Latch-up zu vermeiden, wenn intern erzeugte Signale zu dem absendenden Treiber zurückgesandt werden, wie oben beschrieben.
Der Detektor 240 an jedem Port unterscheidet zwischen einem intern erzeugten Signal und einem extern erzeugten Signal. Es stehen eine Vielzahl verschiedener, einschlägig bekannter Techniken zum Unterscheiden zwischen intern und extern erzeugten Signalen zur Verfügung. Der oben angesprochene Buserweiterer 82B715 zum Beispiel verwendet Stromsenken und Stromerfassung zum Unterscheiden der Quelle eines Signals. Die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung "Bidirectional repeater using high and low threshold detection", Seriennummer 09/641179, eingereicht am 17.08.2000 für Alma Anderson und Paul Andrews, Anwaltsregister Nummer US008052, offenbart eine Technik zum Unterscheiden zwischen intern und extern erzeugten Signalen auf der Grundlage einer Unterscheidungsschwellenspannung und wird durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen. Gemäß dieser gleichzeitig anhängigen Anmeldung ist der Treiber 220 dafür konfiguriert, seinen Ausgangsspannungspegel auf einen niedrigen Wert zu beschränken, der einem logischen Low-Zustand entspricht, aber über dem Spannungspegel liegt, den die externen Vorrichtungen 110 hervorzubringen konfiguriert sind. Eine Schwellenspannung wird so eingestellt, dass sie zwischen dem Spannungspegel des Treibers 220 in dem logischen Low-Zustand und dem Spannungspegel der externen Vorrichtungen 110 in dem logischen Low-Zustand liegt. Der Detektor 240 stellt in diesem Beispiel einen "LState" bereit, der dem Logikzustand des Ports entspricht, und stellt einen "EState" bereit, der einem logischen Low-Zustand entspricht, wenn – und nur wenn – die Spannung an dem Port unterhalb der Schwelle liegt. Auf diese Weise gibt ein LState mit logischem "Low" und ein EState oder logisches "High" an, dass die niedrige Spannung an dem Port durch den internen Treiber 220 und nicht durch eine externe Vorrichtung 110 hervorgerufen wird. Dementsprechend gibt ein EState mit logischem "Low" an, dass die niedrige Spannung an dem Port durch die externe Vorrichtung 110 hervorgerufen wird. Die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung "Voltage stabilized low level driver", Seriennummer 09/642181, eingereicht am 17.08.2000 für Alma Anderson und Paul Andrews, Anwaltsregister US008045, offenbart eine Ausführungsform für einen Treiber 220, der die benötigte gesteuerte niedrige Spannung mit einer Spannung bereitstellt, die über einen weiten Bereich von Bedingungen hinweg stabil ist, und wird durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Bei jeder der bekannten Techniken zum Unterscheiden eines intern angesteuerten Ereignisses von einem extern angesteuerten Ereignis ist die Zeit, die benötigt wird, um festzustellen, dass das Ereignis tatsächlich von einer externen Vorrichtung ausgeht, länger als die Zeit, die benötigt wird, um den Logikwert an einem Knoten zu bestimmen. Zum Beispiel kann man bei einer verdrahteten UND-Konfiguration – sobald die Spannung an einem Knoten von der Ruhespannung abzufallen beginnt – davon ausgehen, dass die Abnahme entweder eine Änderung des Logikzustandes oder ein Rauschen darstellt. Unter der Annahme einer maximalen Größenordnung eines erwarteten Rauschens kann man – sobald die Spannung um die maximale Größenordnung des Rauschens unter die Ruhespannung abfällt – einen logischen "Low"-Wert annehmen. Umgekehrt wird der Unterschied zwischen einem intern erzeugten Signal und einem extern erzeugten Signal, die beide den logischen Low-Zustand hervorrufen können, in der Regel so bestimmt, dass man wartet, bis der Knoten ein bestimmtes Unterscheidungsverhalten aufweist, oder nicht. Darum ist die Mindestverzögerungszeit zum Bestimmen, ob ein Knoten intern oder extern angesteuert wird, in der Regel mindestens so lang wie die maximale Übergangszeit entweder der internen oder der externen Vorrichtung. Um eine ordnungsgemäße Bestimmung zu gewährleisten, ob der Knoten intern oder extern angesteuert wird, wird in der Regel eine maximale Schlimmstfall-Übergangszeit als eine Designbeschränkung verwendet, wodurch das Problem noch verschärft wird.
Wie oben angemerkt, kann es, wenn das intern erzeugte Signal zu dem Knoten, der das intern erzeugte Signal absandte, zurückgeleitet wird, zu einem Latch-up kommen. Das Verteilen nur des extern erzeugten Signals beseitigt die Wahrscheinlichkeit eines Latch-up, aber es erzeugt – wie oben besprochen – eine erhebliche Ausbreitungsverzögerung, um dem Detektor 240 die Zeit zu geben, zwischen intern und extern erzeugten Signalen zu unterscheiden. Gemäß dieser Erfindung wird, um die Ausbreitungsverzögerung zu minimieren, der ermittelte Logikzustand weitergeleitet, sobald ein erstes logisches "Low" detektiert wird, und zwar ungeachtet der Quelle dieses logischen "Low"-Signals. Danach steuert der Port, der das erste logische "Low" erzeugte, den Logikzustand des Hub "HLState", und die Verbindung dieses Logikzustandes mit dem absendenden Port wird unterbrochen, wodurch ein Latch-up verhindert wird.
Eine Steuerung 300 steuert einen Schalter 230 in jedem Port-Handler 210, um die Verbindung zu dem entsprechendes Treiber 220 zu steuern. Im Ruhezustand wird die Steuerung zu jedem der Schalter 220 abgeschaltet, und jeder Treiber 220 wird mit dem Hub-Logikzustand "HLState" verbunden. Die Steuerung 300 bestimmt diesen Hub-Logikzustand anhand des Logikzustandes LState jedes Port-Handlers 210, dergestalt, dass, sobald ein logischer "Low"-Zustand an einem Port detektiert wird, diese Änderung über den HLState an alle Port-Treiber 220 weitergemeldet wird. Die Steuerung 300 drückt auch das Steuersignal für den Schalter 230 dieses Ports auf, wodurch die Verbindung des Hub-Logikzustandes HLState zu dem Treiber 220 dieses Ports getrennt wird. Durch Trennen des Hub-Logikzustandes HLState von dem absendenden Port wird ein Latch-up vermieden.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird, wenn das Steuersignal für den Schalter 230 eines Ports aufgedrückt wird, der Treiber 220 mit einem Hub-externen Zustand HEState verbunden. Bei einer verdrahteten UND-Konfiguration ist der Hubexterne Zustand HEState das logische UND jedes externen Zustands EState des Ports. Durch Verbinden des Hub-externen Zustands HEState mit dem absendenden Port wird eine echte verdrahtete UND-Konfiguration aufrecht erhalten. Wenn eine andere externe Vorrichtung (110 in 1) zum Beispiel ein anderes Bussegment in den Low-Zustand steuert, während der absendende Port in den Low-Zustand gesteuert wird, so wird der absendende Port so lange in einem Low-Zustand gehalten, wie einer der Ports in den Low-Zustand gesteuert ist. In der gleichen Weise – wie weiter unten noch besprochen wird – drückt die Steuerung ebenfalls das Steuersignal für den Port auf, der durch die andere externe Vorrichtung angesteuert wird, so dass sein Treiber 220 mit dem Hub-externen Zustand HEState verbunden wird, wodurch dieser Port in einem logischen Low-Zustand gehalten wird, bis beide Ports nicht mehr durch externe Vorrichtungen angesteuert werden.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild einer Mehrfachansehluss-Hubsteuerung 300 gemäß dieser Erfindung. Die Logikblöcke 310 und 320 bestimmen den Hub-Logikzustand und den Hub-externen Zustand HLState bzw. HEState auf der Grundlage des logischen und des externen Zustandes LState bzw. EState jedes Ports. Der Hub-Logiksteuerblock 310 wird weiter unten in Bezug auf 5 besprochen. Wie oben angesprochen, ist in einer verdrahteten UND-Konfiguration der Logikblock 320 ein logisches UND der einzelnen externen Zustände EState (i) jedes der Ports (i) in dem Hub. Wie dem Durchschnittsfachmann einleuchtet, würde, wenn eine verdrahtete ODER-Konfiguration für eine I²C-Ausführungsform verwendet wird, das UND-Gatter 320 durch ein ODER-Gatter ersetzt werden.
Ein Verbindungssteuerblock 350 empfängt jedes der LState(i)- und EState(i)-Signale sowie die Hub-Signale HLState und HEState und verwendet diese Signale zum Setzen oder Rücksetzen der Steuersignalspeicher 330, die jedem Port zugeordnet sind. Jeder Signalspeicher 330 ermittelt das entsprechende Steuersignal, das zum Steuern des Schalters (230 in 2) an jedem Port-Handler (210 in 2) verwendet wird, um den entsprechenden Hub-Logikzustand oder Hub-externen Zustand mit dem entsprechenden Treiber (220 in 2) zu verbinden oder von ihm zu trennen, wie oben besprochen.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild einer Verbindungssteuerzelle 400 und eines entsprechenden gesteuerten Signalspeichers 330 einer Mehrfachanschluss-Hubsteuerung (300 in 3) gemäß dieser Erfindung. Der Verbindungssteuerblock 350 von 3 umfasst funktional eine Verbindungssteuerzelle 400 für jeden der Ports, obgleich einige der Logikelemente, wie beispielsweise das ODER-Gatter 430, das unten noch besprochen wird, für mehrere Ports dieselben sein können.
Wie oben besprochen, wird das Steuersignal Control(i), das jedem Port (i) zugeordnet ist, abgeschaltet, wenn sich der Bus im Ruhezustand befindet. Dies geschieht mittels Rücksetzen oder Löschen des Steuersignalspeichers (i) jedes Ports, wenn der Hub-Logikzustand ein logischer "High"-Wert ist, über den HLState-Eingang zu dem ODER-Gatter 460.
Wie ebenfalls oben besprochen, wird jedes Mal, wenn festgestellt wird, dass ein Port durch eine externe Vorrichtung in einen Low-Zustand gesteuert wird, das Steuersignal Control(i) aufgedrückt. Dies geschieht mittels Setzen des Steuersignalspeichers (i) eines Ports (i) jedes Mal, wenn der externe Zustand EState (i) des Ports einen logischen "Low"-Wert anzeigt, über das NUND-Gatter 410.
Das Steuersignal Control(i) wird ebenfalls abgeschaltet, wenn festgestellt wird, dass der bestimmte Port nicht mehr durch eine externe Quelle (110 in 1) in einen Low-Zustand gesteuert wird. Wenn dieser Port der einzige Port ist, der extern in einen Low-Zustand gesteuert wird, so erfolgt diese Abschaltung, wenn sich der Logikzustand des Ports ändert und der Hub-Logikzustand zu einem logischen "High" wird, wodurch der Signalspeicher (i) 330 gelöscht wird, wie oben besprochen. Wenn alternativ der externe Zustand EState (i) des Ports zu einem logischen "High" wird, während der Hub-externe Zustand in einem logischen Low-Zustand bleibt, so zeigt dies an, dass eine andere Vorrichtung den Bus in einem Low-Zustand hält, und der Signalspeicher (i) dieses Ports kann zurückgesetzt werden. Diese Rücksetzung erfolgt über das Logik-Gatter 470 und das ODER-Gatter 460.
Wie oben besprochen, wird ein Übergang aus dem Ruhezustand an einem Port (i) von dem ersten Port, der diesen Übergang detektiert, an alle Ports weitergemeldet. Um ein Latch-up zu vermeiden, ist dieser erste Port (i) dafür konfiguriert, den Hub-Logikzustand HLState über das Steuersignal Control(i) von seinem Treiber zu trennen. Dies erfolgt durch Setzen des Signalspeichers (i) 330 jedes Mal, wenn der detektierte Logikzustand LState (i) des Ports (i) niedrig wird und noch keiner der anderen Ports über die ODER-Gatter 430 und 420 und das NUND-Gatter 410 gesetzt wurde, was anzeigt, dass dies der erste Port ist, der das logisches "Low"-Signal detektiert hat, und darum extern angesteuert sein muss.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaubild des Logiksteuerblocks 310 zum Bestimmen des Hub-Logik-Gesamtzustandes HLState des Mehrfachanschluss-Hub 200 von 2 gemäß dieser Erfindung. Die Logik-Gatter 510 stellen jeweils fest, ob der zugehörige Port ein Steuerport ist, und das UND-Gatter 520 erzeugt einen Hub-Logikzustand, der dem Logikzustand LState des einen oder der mehreren Steuerports entspricht. In dem Ruhe- oder logischen "High"-Zustand ist der Logikzustand LState jedes Ports hoch, wodurch der Hub-Logikzustand HLState hoch ist. Wenn der HLState hoch ist, so wird jeder der Steuersignalspeicher 330 der 3 und 4 über die ODER-Gatter 460 in 4 zurückgesetzt, wodurch jede der Verbindungssteuerleitungen, die jedem Port zugeordnet sind, auf einen logischen "Low"-Pegel gebracht wird. Dieser logische "Low"-Pegel an dem umgekehrten Steuereingang zu dem Logikgatter 510 entsensibilisiert jedes Gatter 510 auf den Logikzustand LState jedes entsprechenden Ports, indem der Ausgang des Gatters 510 ungeachtet des LState-Eingangs in einen logischen "High"-Zustand gezwungen wird.
Wenn ein erstes logisches "Low"-Ereignis an einem Port (i) eintritt, so gibt der Detektor 240 des Ports (2) einen logisch-niedrigen LState (i) aus. Dieser logisch-niedrige LState (i) setzt das entsprechende Portsteuersignal Control(i) über die Gatter 420 und 410 von 4 in einen logischen "High"-Zustand. Es ist zu beachten, dass, wie oben angemerkt, im Ruhezustand alle Steuersignale auf ein logisches "Low" zurückgesetzt werden, so dass sich auch der Ausgang des Logikgatters 430 auf einem logischen "Low"-Wert befindet, wodurch das Gatter 420 auf den LState (i) sensibilisiert wird. Der anfängliche logisch-niedrige LState (i) und das anschließende logisch-hohe Control(i), die dem absendenden Port (i) entsprechen, veranlassen das entsprechende Hub-Logiksteuergatter 510, in einen logischen Low-Zustand zu gehen, wodurch der Hub-Logikzustand HLState über das Gatter 520 in einen logischen Low-Zustand gezwungen wird. Dieser logisch-niedrige Hub-Logikzustand HLState wird über den gesteuerten Schalter 230 und den Treiber 220 jedes Ports an sämtliche Ports, mit Ausnahme des absendenden Ports, übermittelt.
Es ist zu beachten, dass, obgleich der Detektor 240 an jedem Port anschließend einen logisch-niedrigen LState (i) detektier, diese Logikzustände keine Auswirkung auf den Hub-Logikzustand HLState haben, weil jedes der Gatter 510 auf den LState des entsprechenden Ports entsensibilisiert ist, bis das entsprechendes Steuersignal für diesen Port aufgedrückt wird. Wenn ein zweiter Port anschließend über eine externe Quelle (110 in 1) auf einen logischen "Low"-Wert angesteuert wird, so reflektiert – wie oben angemerkt – der externe Zustand EState dieses Ports diesen logischen Low-Zustand, und der Steuersignalspeicher des Ports wird über das Gatter 410 in 4 gesetzt. Dadurch wird das entsprechende Gatter 510 auf den Logikwert LState des Ports sensibilisiert, und das Gatter 520 bleibt in dem Hub-Logikzustand HLState im logischen "Low", bis alle angesteuerten Ports in den logischen "High"-Zustand zurückkehren. Auf diese Weise entspricht der Hub-Logikzustand HLState einem echten verdrahteten UND der Logikwerte LState eines jeden der angesteuerten Ports. Ein entsprechendes Komplement der Logik der 3–5, womit der Durchschnittsfachmann ohne Weiteres vertraut ist, führt bei Bedarf zu einer verdrahteten ODER-Ausführungsform.
Das oben Dargelegte veranschaulicht lediglich die Prinzipien der Erfindung. Es versteht sich deshalb, dass der Fachmann in der Lage sind, verschiedene Anordnungen zu ersinnen, die, obgleich sie im vorliegenden Text nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und somit unter den Geist und den Geltungsbereich der Erfindung fallen. Zum Beispiel können die konkrete Logickonfiguration und die konkreten Logikparameter verändert werden, ohne von den Arbeitsprinzipien der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann der Detektor 240 jedes Port-Handlers 210 so konfiguriert sein, dass er anzeigt, ob der Logikzustand LState von einer externen Vorrichtung stammt oder nicht, anstatt den externen Zustand direkt anzuzeigen. Gleichermaßen ist die Steuerung 300 als ein Block veranschaulicht, der von den Port-Handlern getrennt ist, um das Verständnis zu erleichtern, doch ihre Funktion könnte auch auf die einzelnen Port-Handler 210 aufgeteilt sein. Das heißt, dass zum Beispiel jeder Port-Handler 210 die Steuerlogikzelle 400 und den Signalspeicher 330, die jedem Port zugeordnet sind, enthalten könnte. Diese und weitere Systemkonfigurations- und -optimierungsmerkmale werden für den Durchschnittsfachmann vor dem Hintergrund dieser Offenbarung offensichtlich sein und fallen unter den Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.
Legende der Zeichnungen
1

110a, b, c, d: Vorrichtung
150: 4-Port-Hub

2

Pad: Kontaktinsel
Detector: Detektor
Driver: Treiber
(Alles andere bleibt, weil im Text erklärt)

3

310: Hub-Logiksteuerung
330: Steuersignalspeicher
350: Verbindungssteuerung
(Alles andere bleibt, weil im Text erklärt)

4 und 5

(bleibt, weil im Text erklärt)

Claims

Mehrfachanschluss-Hub (200) für einen Bus, umfassend: mehrere Port-Handler (210), wobei jeder Port-Handler (210) einem Port des Mehrfachanschluss-Hub entspricht, und jeder Port-Handler (210) umfasst: einen Port-Treiber (220), einen Detektor (240), der dafür konfiguriert ist, einen externen Zustand (EState) und einen Logikzustand (LState) an einem entsprechenden Port zu detektieren, und eine Steuerung (300), die mit jedem der mehreren Port-Handler (210) wirkverbunden ist, wobei der Mehrfachanschluss-Hub dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerung jedes Port-Handlers dafür konfiguriert ist: einen Hub-Logikzustand (HLState) auf der Grundlage des Logikzustandes (LState) von jedem der Port-Handler (210) zu bestimmen, einen Hub-externen Zustand (HEState) auf der Grundlage des externen Zustandes (EState) von jedem der Port-Handlers (210) zu bestimmen, und einen Steuerzustand (Control) für jeden der Port-Handler (210) zu bestimmen, wobei der Steuerzustand (Control) für jeden der Port-Handler (210): selektiv den Hub-Logikzustand (HLState) von dem Port-Treiber (220) des entsprechenden Port-Handlers (210) trennt, wodurch ein Latch-up vermieden wird, und den Hub-externen Zustand (HEState) mit dem Port-Treiber (220) des entsprechenden Port-Handlers (210) verbindet, wodurch eine Ausbreitung des externen Zustands (EState) zu jedem der Ports gewährleistet wird.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 1, wobei der Steuerzustand (Control) für jeden der Port-Handler (210): selektiv den Hub-Logikzustand (HLState) mit dem Port-Treiber (220) des entsprechenden Port-Handlers (210) verbindet, wodurch eine Ausbreitungsverzögerung minimiert wird.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 2, wobei der Steuerzustand (Control) jedes Port-Handlers (210): den Hub-Logikzustand (HLState) von dem entsprechenden Port-Treiber (220) in Abhängigkeit von dem externen Zustand (EState) des Port-Handlers (210) trennt, und den Hub-Logikzustand (HLState) mit dem entsprechenden Port-Treiber (220) in Abhängigkeit von dem Hub-Logikzustand (HLState) verbindet.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 1, wobei der Hub-externe Zustand (HEState) das logische UND des externen Zustands (EState) jedes der Port-Handler (210) ist, und der Hub-Logikzustand (HLState) das logische UND des Logikzustands (LState) jedes der Port-Handler (210) ist, von denen festgestellt wird, dass sie extern angesteuert werden.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 1, wobei der Logikzustand (LState) jedes der Port-Handler (210) den externen Zustand (EState) jedes Port-Handlers (210) beinhaltet und dadurch der Mehrfachanschluss-Hub (200) den externen Zustand (EState) jedes Ports unbedingt zu jedem anderen Port übermittelt und den Logikzustand (LState) jedes Ports bedingt übermittelt.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 1, wobei der Hub der I²C-Spezifikation entspricht.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 1, wobei der Detektor (240) einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor umfasst, der erste Detektor eine erste Ausbreitungsverzögerung hat, die wesentlich länger ist als eine zweite Ausbreitungsverzögerung des zweiten Detektors, und die Steuerung (300) dafür konfiguriert ist, jeden der Port-Treiber (220) während jeder inaktiven Phase des Busses mit dem Hub-Logikzustand (HLState) zu verbinden, wodurch eine Gesamt-Ausbreitungsverzögerung durch den Hub hindurch erreicht wird, die auf der zweiten Ausbreitungsverzögerung und nicht auf der ersten Ausbreitungsverzögerung basiert.
Mehrfachanschluss-Hub (150) nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: eine Replikation der mehreren Port-Handler (210) und der Steuerung (300), um eine Hub-Funktionalität für ein Zwei-Draht-Bussystem (100) bereitzustellen.
Mehrfachanschluss-Hub (150) nach Anspruch 8, wobei das Zwei-Draht-Bussystem (100) ein I²C-Bus ist.
Mehrfachanschluss-Hub (200) nach Anspruch 1, wobei der Detektor (240) einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor umfasst, der Logikzustand (LState) und der externe Zustand (EState) an jedem entsprechenden Port auf der Grundlage eines Spannungsschwellenunterschieds zwischen dem ersten Detektor und dem zweiten Detektor voneinander unterschieden werden.
System (100), umfassend: einen Bus, der in mehrere Bussegmente unterteilt ist, mehrere Vorrichtungen (110), wobei jede Vorrichtung mit einem Segment der mehreren Bussegmente wirkverbunden ist, und einen Hub (200) nach Anspruch 1, wobei jeder Port-Handler (210) einem entsprechenden Segment der mehreren Bussegmente zugeordnet ist, wobei der Hub (200) dafür konfiguriert ist: – jedes der mehreren Bussegmente zu verbinden, wodurch jede der mehreren Vorrichtungen (110) verbunden wird, – eine aktive Signalisierung von einem oder mehreren der mehreren Bussegmente zu jedem anderen der mehreren Bussegmente unbedingt auszubreiten, und – einen intern bestimmten Logikwert zu jedem der mehreren Bussegmente bedingt auszubreiten, wobei: der Logikwert unmittelbar nach einem Wechsel aus einem Ruhezustand des Busses ausgebreitet wird, wodurch eine Ausbreitungsverzögerung minimiert wird, und in Abhängigkeit von der aktiven Signalisierung von dem einen oder den mehreren der mehreren Bussegmente verhindert wird, dass der Logikwert zu dem einen oder den mehreren der mehreren Bussegmente übermittelt wird, wodurch ein Latch-up vermieden wird.
System (100) nach Anspruch 11, wobei der Steuerzustand (Control) jedes Port-Handlers (210): den Hub-Logikzustand (HLState) von dem entsprechenden Port-Treiber (220) in Abhängigkeit von dem externen Zustand (EState) des Port-Handlers (210) trennt, und den Hub-Logikzustand (HLState) mit dem entsprechenden Port-Treiber (220) in Abhängigkeit von dem Hub-Logikzustand (HLState) verbindet.
System (100) nach Anspruch 11, wobei der Logikzustand (LState) jedes der Port-Handler (210) den externen Zustand (EState) jedes Port-Handlers (210) beinhaltet, wodurch die unbedingte Ausbreitung der aktiven Signalisierung von dem einen oder den mehreren der mehreren Bussegmente zu jedem anderen der mehreren Bussegmente ermöglicht wird.
System (100) nach Anspruch 11, wobei das System (100) der I²C-Spezifikation entspricht.
System (100) nach Anspruch 11, wobei der Detektor (240) einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor umfasst, der erste Detektor eine erste Ausbreitungsverzögerung hat, die wesentlich länger ist als eine zweite Ausbreitungsverzögerung des zweiten Detektors, und die Steuerung (300) dafür konfiguriert ist, jeden der Port-Treiber (220) während jeder inaktiven Phase des Busses mit dem Hub-Logikzustand (HLState) zu verbinden, wodurch die Ausbreitungsverzögerung minimiert wird.
System (100) nach Anspruch 11, wobei das System (100) mehrere unabhängige Busse verwendet und der Hub (150) des Weiteren eine oder mehrere Replikationen der Steuerung (300) und der mehreren Port-Handler (210) umfasst, um die Verbindung der mehreren Vorrichtungen (110) über die mehreren unabhängigen Busse zu ermöglichen.
System (100) nach Anspruch 11, wobei jede Vorrichtung (110) die aktive Signalisierung unterhalb eines ersten Schwellenwertes bereitstellt, und jeder Hub (200) den Logikwert oberhalb des ersten Schwellenwertes und unterhalb eines zweiten Schwellenwertes bereitstellt, um eine Unterscheidung zwischen Signalen, die von jeder Vorrichtung stammen, und Signalen, die von jedem Hub (200) stammen, zu ermöglichen.
Verfahren zum Ausbreiten einer aktiven Signalisierung zwischen mehreren Segmenten eines Busses, umfassend: Detektieren eines aktiven Logikzustandes (LState), der jedem Segment der mehreren Segmente zugeordnet ist, Übermitteln des aktiven Logikzustandes (LState) zu jedem der mehreren Segmente, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es des Weiteren umfasst: Feststellen, ob der aktive Logikzustand (LState) an jedem der Segmente der mehreren Segmente seinen Ursprung hat, und selektives Trennen der Übermittlung des aktiven Logikzustandes (LState) von jedem der Segmente der mehreren Segmente, von denen festgestellt wird, dass der aktive Logikzustand (LState) von ihnen ausgeht.