JP4209428B2 - 非サイクル有向グラフで接続された構成要素間の通信方法 - Google Patents
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Description
本出願は、本出願の譲受人にそれぞれ譲渡されており且つ本出願と同時に出願された名称「Method and Apparatus for Unique Address Assignment,Node Self−Identification and Topology Mapping for a Directed Acyclic Graph」による出願Serial No.07/994,402及び名称「Method and Apparatus for Transforming an Arbitrary Acyclic Topology Collection of Nodes into an Acyclic Directed Graph」による出願Serial No.07/994,117に関連している。
発明の分野
本発明はコンピュータシステムに関する。さらに特定すれば、本発明は、コンピュータシステムの複数の任意に組立てられた要素の間に通信方式を確立し且つそれを利用する方法及び装置に関する。
所定のコンピュータシステムの内部の構成要素は、それらの要素自体の間で信号を搬送する能力を必要とする。非常に単純なシステムでは、システムの各要素をシステムのその他の全ての部品に直接ワイヤリングさせることが可能である。しかし、現実には、コンピュータを拡張自在にし、且つ未知の数のシステム部品に対応するために、コンピュータ設計者はずっと以前に通信バスの概念を開発した。
発明の概要
本発明の目的は、ノードの接続が非サイクル有向グラフに変更されているコンピュータシステムバス又はネットワークに関して公正バスアクセスアービトレーション方式を提供することである。
本発明の別の目的は、ノードの接続が非サイクル有向グラフに変更されているコンピュータシステムバス又はネットワークに関して優先バスアクセスアービトレーション方式を提供することである。
本発明の別の目的は、ノードの接続が非サイクル有向グラフに変更されているコンピュータシステムバス又はネットワークに関してトークンパッシングバスアービトレーションの方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、非サイクル有向グラフに変更されているノードのネットワークにおいて誤りが検出されたとき又は動作中にノードが増減されたときにネットワーク中のどのノードによってもプレエンプティブバス初期設定をトリガしうるメカニズムを提供することである。
任意のトポロジーを有するバスを利用する方法及び装置を説明する。以下の説明中、本発明を完全に理解させるために様々なコンピュータ素子などの数多くの特定の詳細な事項を述べる。しかしながら、そのような特定の詳細な事項がなくとも本発明を実施しうることは当業者には自明であろう。別の場合には、本発明を無用にわかりにくくしないために周知の制御構造やコード化技法を詳細には説明しなかった。
図2(a)及び図2(b)は、任意に組立てられたノードの集合体を示す。これ以降、ノードを単に円として示すが、ノードは、それぞれ、図1に関して説明した素子と等価の素子を含むものと思われる。ただし、各ノードはその図に示した3つより多い数又は少ない数の外部ポートを有していても良いということに注意する。それぞれのノードを結合する図示されている線は、リンクを示すための方法である。ポートは図示されていないが、暗黙のうちに、リンクとノードを接続するインタフェースである。
まず、非サイクル任意トポロジーグラフを有向グラフに変換するプロセスを説明する。次に、サイクル変更が要求されるケースを説明する。図3(a)は、ノードとリンクが状態ラベルを有し且つ通信される信号はグラフを有向にするためのグラフ変換プロセスを表して指示されているような図2(a)の任意グラフを示す。この時点で、ノード間の信号通信を説明しておくと有益である。図3(b)は、リンク52によって結合された2つのノード50及び51(以下、それぞれノードAと、ノードB)を示す。説明した通り、リンクは図1に関連して先に説明したように各々のノードのトランシーバポートを結合する通信チャネルである。グラフ変換プロセスの間、ノードは隣接するノードとの間に親子関係を成立させることが必要になる。第1のノードのポートと第2のノードのポートとの間に少なくとも1つのリンクが接続していれば、それら2つのノードは隣接ノードであるという。図3(b)〜図3(d)では、変更されるべき関係はノードBがノードAの親であるということであり且つノードはその関係を成立させることが適切であると仮定する。
説明したこの三重非同期メッセージ交換の使用により、メッセージ交換に関わる双方のノードがリンクを介する伝搬時間遅延を確定できるようなメカニズムが構成される。この遅延値は以下にさらに説明する競合事象を変更するとき、並びにバス性能を最適化するための正規のバスアービトレーションの間に使用される。このパラメータの動的抽出は必須である。その代わりに、最適のバス性能は得られなくとも最大伝搬時間遅延を演繹的に規定することができる。
ここで図3(a)に戻ると共に、図6(a)〜図6(e)のプロセスを参照して、任意トポロジー全体を方向づけするプロセスを説明する。トポロジー変換プロセスの説明を助けるためには、若干多彩な定義を導入することが必要である。第1に、「リーフ」ノードは1つのポートしか接続していないノードとして定義される。パワーアップ後又は他のバス初期設定後に初期設定されると、直ちにノードはその状態をリーフノードとして認識する。「ブランチ」ノードは少なくとも2つの接続するポートを有するノードである。1つを除く全ての接続ポートを介して、ブランチノードはYAMP信号を受信しており且つそれに応答している。残るポートを介して、ブランチノードはYAMP信号を送信しており、それにより、ノードが親ノードであることを確定する。ノードは、1つの親を有しており(ノードは親ノードを1つしかもつことができない)且つ他の全てのポートは子ノードに接続していることを確定するまで、ブランチ状態には到達しない。ブランチ状態に達するのに先立って、ノードがブランチであると確定されるまでノードが方向の設定を不可能にするサイクルの一部である可能性は存在しているので、ノードは「サイクル」ノードと考えられる。
状況によっては、ルート競合状態が起こりうる。これは、たとえば、任意トポロジーが図4に示す任意トポロジーに対し対称の配列を有するような場合に起こるであろう。図4に示す任意グラフでは、ノード160及び161はそれが結合している2つのリーフノードに対して親であることをそれぞれ確定している。次に、各ノードはYAMP信号をほぼ同時に他方へ伝搬している。ルート競合状態は決定ボックス86において関連する双方のノードにより認識される。各ノードはそれを親として指定する信号を受信しており、その一方で同じ信号を同じポートを介して送信している。競合しているノードの各々はステップ91でYAMC信号によって他方に応答し、それにより、各ノードはノード間の伝搬時間の2倍に等しい「決定時限」を確定できる。
先に説明した通り、グラフ変換プロセスの結果はグラフ中の唯一つのノードへのルート属性の割当てである。ルートノードは後述するバスアービトレーション方式における最終的な決定を有し、従って、特別の優先順位時間間隔を使用せずに最大の優先順位をもってバスをアクセスすることができる。多くの場合、所定のシステムを最適化するために、ノードが製造されるときに、もしくは動的に(ランタイム中に)所定のノードにルート特性を割当てることが可能であるのが望ましい。所定のバスは、等時性データ転送を要求するノードを含んでいるかもしれない。等時性データは、所定の時間に何らかの値をもつように伝送されなければならないデータである。たとえば、コンパクトディスクから発する音楽は、断片的に転送され、必ずしも順序通りではないデータファイルとは異なり、聴取すべき順序で、大きな遅れなく転送され且つ出力される必要がある。
ルートが確定されたならば、グラフは有向であるということができる。グラフ上の全ての隣接ノードの間に定義された関係が存在している。
先に説明したグラフを有向にする手続きは非サイクルグラフについてのみ働く。任意トポロジーの中にサイクルがあれば、ステップ80で始まる手続きによってサイクルを破断しなければならない。ステップ79で、所定の時間切れ周期が経過した後に、ノードが依然としてリーフ、ブランチ又はルートではなく、サイクルノードとラベル付けされているとき、サイクルの存在は検出される。「サイクル検出」タイミングはバス初期設定機能の終了の直後に始まる。時間切れ周期は最悪の場合のグラフ変換プロセスの持続時間(「ルートになりうる」ノード及び起こりうるルート競合事象に関しての遅延時間の追加)より長くなってはならない。
ループの各々が破断されて、サイクルが全く残っていないのであれば、先の節で説明したようなグラフを変換する手続きを、グラフ全体が非サイクルであると共に有向になるまで進行させて良い。
元の任意トポロジーから非サイクル有向グラフを確定したならば、グラフの各ノードに固有の物理アドレスを割当てることが可能である。このプロセスは、全てのリーフノードがその単一の接続ポートを介してバス要求(BR)信号を送信することによりバスを要求することをもって始まる。その信号を受信した親ノードは、その子ポートの全てからBR信号を受信し終わるまで待機し、次にBR信号をその親に伝搬する。BR信号は、ルートがその子の全てからBR信号を受信し終わるまでグラフを通って伝搬する。ルートがその子ポートの全てを介してバス要求を受信したならば、ルートはバスを1つのポートを介して許可し且つその残る子ポートを介してバス拒否(BD)信号を伝搬するための決定を実行する。どのバス要求を許可すべきかを選択する方法は、先に、たとえば、ポートを左から右へと又はポート番号づけに基づいて選択する場合などについて説明したような演繹的決定であっても良い。バス許可(BG)信号はルートからそれが要求している子へ送信される。その要求中の子が、それ自体、その子のうち1つからバス要求を伝搬した親ノードである場合には、その子ノードはその子ポートの1つを除く全てのポートを介して先に説明したのと同じ所定の方式でバス拒否信号を送信する。最終的には1つのリーフノードがバス許可信号を受信し、そのノードはバス許可確認(BGA)信号によって応答し、BGA信号はルートノードへと伝搬されて戻る。BD信号とBGA信号の伝搬は半二重通信チャネルの場合に必要になるであろう通信リンクの方向を定める働きをする。そこで、拒否された全てのノードは最終的にBG信号を受信するノードによるアクティビティを待つ。
この手続きが完了すると、グラフ中の各ノードは固有物理アドレスを有することになり、そのアドレスは前もって確定されている必要はなく、システム管理又はその他の目的のために利用されれば良い。
ノード自己識別プロセスは本質的には先に説明した物理アドレス割当て手続きと同一のルーチンに従う。各ノードがその物理アドレス割当てパケットを送信するとき、そのパケットはノードに関連する局所ホストのID、それがどれほどの量の電力を必要とするか、さらに、たとえば、「ソフトパワーオン」属性を支援するか否か等々の別の情報を含んでいても良い。事実、ノード自己識別情報は、どの情報を送信するにしても、それは固有物理アドレスを獲得するためのカウントの基礎となることから、物理アドレス割当てパケットとして働くのである。
ノード自己識別パケットに関しては、ノードに関する特定の情報は告知しているノードの性質によって影響を受けるノードにより「聴取」されるだけで良い。先の場合と同様に、この手続きは全ノードがそのノード自己識別情報を送信し終わるまで進んで行く。
トポロジーマッピングの方法は、物理アドレス割当て及びノード自己識別と同じラインに沿って流れる。すなわち、この手続きでは、各ノードがアドレス割当て又はノード自己識別のプロセスを経過しているとき、そのノードに、ノードが有している子ポートの数及びディスエーブルされたポートを有しているか否かなどの全てのポートに関する情報をさらに送信する。ディスエーブルされたポートに関しては、どこからディスエーブルされるかを識別できるように、ディスエーブルしようとしているポートの相互間に通信規約を実現することが望ましいであろう。従って、ポートがディスエーブルされたポートを識別するとき、ポートはそれ独自のIDを指示する識別子並びにディスエーブルされる元になったポートIDを与える。
トポロジーマッピング、ノード自己識別又は物理アドレス割当てのルーチンが完了したならば、バスが起動し、ラン中であると考えることができる。本発明に従って実現される1つのアービトレーション方式は、正当なバスアクセスのアービトレーション方式である。バスに対するアクセスを望むとき、ノードはその親ポートを介して(それがルートでない限り)バス要求(BR)信号を送信する。親は、1つの子からBR信号を受信すると、他の全ての子ポートを介してバス拒否信号(BD)を送信する。そこで、親はBR信号をその親を通って、その信号がルートに到達するまで上方へと伝搬する。ルートはそれが受信する第1のBR信号に応答してバス許可信号(BG)を発行すると共に、その他の全ての子ポートを介してBD信号を送信し、BD信号は下方へと伝搬することにより、リンクの方向を定める。BG信号は要求している側のノードに到達するまでグラフを通って下方へと伝搬し、そのノードは、次に、バス確認(BA)信号を送信し、それに続くのはノードがバスへ送信することを必要とした情報のパケットである。パケットが完了したとき、全てのノードはアイドル状態に戻るか、又はアイドル状態に入る。
上述の公正バスアクセスアービトレーションに従って実現されるバスアービトレーション方式においては、ルートは常にバス優先権を有していることが望ましいであろう。これが実現されるとき、ルートノードはそれ自身にいつでもバスを許可して良い。これは、まず、BD信号をグラフ中の全てのノードを通して下方へと送信することによって実行される。ルートに関わる優先バスアクセスは、等時性データ転送を実行するためにルートノードが要求されるような場合に非常に有用である。
先に説明した公正バスアクセスアービトレーション方式及び優先バスアクセスアービトレーション方式の代わりに、トークンパッシングバスアービトレーション方式を実現するに際して本発明を利用しても良い。比喩的にいえば、トークンパッシングバスアクセスは、バスがノード間を渡されているトークンを所有しているときにノードはバスを介して通信して良いという概念を表わす。各ノードがサイクル中の所定のポイントでバスを受けるように、トークンはノードからノードへとサイクル方式で渡されて行く。本発明においては、トークンパッシングは先に説明した物理アドレス割当てルーチンと同じ方式に従って実現される。実現される所定の選択メカニズムを使用して、トークンをノードからノードへと渡して行く順序を選択する。この順序は、固有アドレス割当ての順序を指示する図5に示すような順序に類似している。各ノードは、トークンを割当てられたとき、残るノードが聴取している間にバスに沿ってその情報パケットを伝搬する。次に、ノードは、先に説明したような所定の順序づけ方法に基づいてトークンを次の論理ノードに渡す。
本発明に従って実現しうる重要な特徴は、プレエンプティブバス初期設定の概念である。各ノードに組込まれている状態機械論理は、いくつかの条件に対してノードからその全てのポートを介して伝搬されるべきバス初期設定(BI)信号をトリガすることができる。ノードがバス初期設定条件を信号で報知する必要があると確定したとき、ノードはBI信号をその全てのポートを介して、全ての隣接ノードがその信号を受信し、次に変更するように保証するのに十分な長さの時間だけ伝搬する。そこで、ノードはその後に先に説明した手続きの中でグラフ変換プロセスに至る開始手続きに入る。
11 アービトレーション状態機械論理
14 データ送受信及び同期装置
Claims (4)
- それぞれのノードが非サイクル有向グラフにある、第1のノードから少なくとも一つの隣接ノードに接続される少なくとも一つのポイント間リンクを介して、前記第1のノードが少なくとも一つの隣接ノードと通信を行う方法において、
第1のノードによって受信された他のノードからの通知の数のカウントを該第1のノードによって開始し、
前記第1のノードが送信のためのアクセス権を得たとき該第1のノードから他のノードに通知を送信し、
前記第1のノードが送信のためのアクセス権を得たときまでに該第1のノードによって受信された通知の数に基づいて、該第1のノードのための固有のアドレスを、前記第1のノードによって設定することを特徴とする方法。 - 前記第1のノードは、該第1のノードから開始される「バス要求(BR)信号」に対する「バス許可(BG)」信号を前記第1のノードが受信した後に、送信のためのアクセス権を得る請求項1記載の方法。
- 前記第1のノードの少なくとも一つの隣接ノードが「BG信号」を受け取って送信のためのアクセス権を得た後、前記第1のノードが「BR信号」を開始する請求項2記載の方法。
- 前記第1のノードの少なくとも一つの隣接ノードが「BG信号」を受け取って送信のためのアクセス権を得た後、前記第1のノードが送信のためのアクセス権を得る請求項3記載の方法。
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