JP5439832B2 - シリアルデータ通信装置 - Google Patents

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Description

複数のシリアル伝送路を持ち、各シリアル伝送路の受信データエラー数が集計可能な高速シリアルデータ通信装置に関する。
従来、画像データその他のデータを扱う機器・システムでは、デバイス間のインタフェースにPCI(Peripheral Components Interconnect)バスが使用されていた。しかし、パラレル伝送方式のPCIバスでは、レーシングやスキューなどの問題があり、高速・高画質の画像機器に使用するには、転送レートが低くなっており、最近では、PCIバスのようなパラレル伝送方式のインタフェースに代えて、高速シリアル伝送方式のインタフェースの使用が検討されている。
一般的に広く用いられているシリアル伝送インタフェースとしてはIEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)1394やUSB(Universal Serial Bus)等の規格があるが、PCIバスと比較した場合は転送レートが不足しており、さらにスケーラブルなバス幅確保が困難等の不具合がある。このため、新たな高速シリアルインタフェースとして、PCIバス方式の後継規格に当るPCI Express(登録商標)規格によるインタフェースを使用したシステムや装置等が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
PCI Express規格においては、受信側において受信エラーがあった場合は受信したパケットは無効として破棄され、もしそのエラーがLCRC(Link CRC)エラーであれば送信側にNAK(Not Acknowledge)パケットを返送するか、または、ACK(Acknowledge)パケットを返送しないことによるタイムアウトで、送信側から再送させる仕組みがある。この機能により信号の内容が保証されるが、再送の回数が多くなると実効転送レートが遅くなり、信号の品質が低下してしまう。このため、一定の転送レートが必要なアプリケーションにおいては、突発的な転送レートの低下は障害の要因となるという問題があった。
特に複数のレーン(シリアル伝送路)構成で通信を行った場合に、特定のレーンの信号品質が悪いと、他のレーンの信号品質に問題が無くても全体の転送レート及び信号品質に悪影響を与えてしまう。
本発明はかかる問題を解決することを目的としている。
すなわち、本発明は、再送の頻度を少なくして転送レート及び信号品質を安定させることができるシリアルデータ通信装置を提供することを目的としている。
請求項に記載された発明は、複数のシリアル伝送路を用いて通信を行う際に、リンクトレーニング動作を行うリンクトレーニング制御部を備えたシリアルデータ通信装置において、前記複数のシリアル伝送路それぞれから送信されてくるデータのエラーを検出するエラー検出部と、リセット解除後からの前記エラー検出部が検出した前記エラー数を前記シリアル伝送路毎に集計するエラー集計部と、予め定めた前記シリアル伝送路当たりのエラー数の閾値が設定されるエラー閾値設定部と、が設けられ、前記リンクトレーニング制御部が、前記リンクトレーニング動作中に前記エラー集計部が集計したエラー数が前記エラー閾値設定部に設定された前記閾値を超えた前記シリアル伝送路を検出した際は、再度前記リンクトレーニング動作をやり直すことを特徴とするシリアルデータ通信装置である。
請求項に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記エラー集計部におけるエラー数の集計を一定時間に区切るタイマが設けられ、そして、前記エラー検出部が、前記タイマによって区切られた一定時間内の前記エラー集計部で集計されたエラー数が前記エラー閾値設定部に設定された前記閾値を超えた前記シリアル伝送路を検出するように構成されていることを特徴とする。
請求項に記載された発明は、請求項1または2に記載された発明において、前記エラー閾値設定部が、レジスタにより構成されていることを特徴とする。
請求項に記載された発明は、請求項1乃至のうちいずれか一項に記載された発明において、前記エラー集計部が集計した過去のエラー集計値に基づいて前記閾値を決定する閾値決定部が設けられ、そして、前記閾値決定部が決定した前記閾値が、前記エラー閾値設定部に設定されることを特徴とする。
請求項に記載の発明によれば、リンクトレーニング制御部が、リンクトレーニング動作中にエラー集計部が集計したエラー数がエラー閾値設定部に設定されたエラー数の閾値を超えたシリアル伝送路を検出した際は、再度リンクトレーニング動作をやり直すので、特定のシリアル伝送路で電源投入後一定期間状態が安定しないため、受信エラーが多数発生し最大リンク幅でリンクアップできないような場合も、再度リンクトレーニングを行いそのレーンが安定した後にリンクアップすることが可能となり、最大リンク幅による通信が可能となる。
請求項に記載の発明によれば、エラー集計部におけるエラー数の集計を一定時間ごとに区切るタイマによって、リンクトレーニング動作中にエラー集計部が集計したエラー数が一定時間ごとに区切られるので、一定時間内のエラー数が閾値を超えたシリアル伝送路を検出することができ、エラー判定を敏感にし、リンク幅の調整を適切にして、再送回数を少なくすることが出来る。
請求項に記載の発明によれば、エラー閾値設定部が、レジスタにより構成されているので、CPUなどの外部から制御する装置等からエラー閾値を自由に設定でき、システムやアプリケーションに合わせて調整可能となって、様々なシステムやアプリケーションに適用可能となる。
請求項に記載の発明によれば、エラー集計部が集計した過去のエラー集計値に基づいて閾値を決定する閾値決定部が設けられ、閾値決定部が決定した前記閾値をエラー閾値設定部に設定しているので、過去のエラー数に基づいたエラー閾値によって、システムおよびアプリケーションにあったリンク幅の調整をでき、再送回数を少なくすることが出来る。
本発明の第1の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。 図1に示したシリアルデータ通信装置における受信側主要部ブロック図である。 図1に示したシリアルデータ通信装置のリンクトレーニング時の動作のフローチャートである。 本発明の第2の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のリンクトレーニング時の動作のフローチャートである。 本発明の第3の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。 図5に示したシリアルデータ通信装置のリンクトレーニング時の動作のフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に集計期間タイマの制御を追加したフローチャートである。 本発明の第4の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。 本発明の第3の実施形態にCPUを追加したブロック図である。 本発明の第5の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。 本発明の第3の実施形態にエラー数記録閾値再設定部を追加したブロック図である。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態を、図1および図2を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。図2は、図1に示したシリアルデータ通信装置における受信側主要部ブロック図である。図3は、図1に示したシリアルデータ通信装置のリンクトレーニング時の動作のフローチャートである。
図1に示したシリアルデータ通信装置1は、物理層処理部2と、データリンク層処理部3と、トランザクション層処理部4と、を備えている。図1に示したシリアルデータ通信装置1は、PCI Express規格に定められた通信を行う装置である。
物理層処理部2は、受信部21と、リンクトレーニング制御部22と、送信部23と、を備えている。PCI Express規格では、送信、受信専用の信号線(シリアル伝送路)を必要とする全二重方式で通信を行い、送信、受信専用の信号線の1組をレーンと呼称する(図1の場合は4レーンの構成例)。そして、物理層処理部2では、レーンから入力されたシリアルデータのパラレルデータへの変換や、データリンク層処理部3から入力されたパラレルデータのシリアルデータへの変換および、後述するリンクトレーニングなどを行う。
受信部21は、各レーンから入力されたシリアルデータをパラレルデータへ変換してデータリンク層処理部3へ出力する。各レーンから入力されるデータは8B/10Bエンコーディングされているため、そのデコードを行い、その後、各レーンのデータをパラレルデータに結合してデータリンク層処理部3へ出力する。また、受信部21は、図2に示したように、エラー検出部21aと、エラー集計部21bと、エラー閾値設定部21cと、比較器21dと、を備え、レーンから受信したデータのエラー検出や集計などを行う。
エラー検出部21aは、受信データが8B/10BデコードエラーやDisparityエラーなどPCI Express規格の物理層で検出可能なエラーを検出する。すなわち、複数のシリアル伝送路それぞれから送信されてくるデータのエラーを検出している。
エラー集計部21bは、シリアルデータ通信装置1のリセット解除後のエラー検出部21aで検出された累積エラー数をレーン毎に集計する。すなわち、エラー検出部21aが検出した複数のシリアル伝送路それぞれから送信されてくるデータのリセット解除後からのエラー数を集計している。
エラー閾値設定部21cは、予め定めたレーン当たりのエラー数の閾値が固定値で設定されている。
比較器21dは、エラー集計部21bで集計したレーン毎の累積エラー数と、エラー閾値設定部21cに設定されたエラー閾値と、を比較し、エラー閾値を超えたレーン番号をリンクトレーニング制御部22へ出力する。
リンクトレーニング制御部22は、PCI Expressにおいて規定されたリンクトレーニングを行う。リンクトレーニングとは、リセット解除後に通信相手とのネゴシエーションを行う動作であり、リンクトレーニングにおいては通信リンク間の両デバイスがオーダーセットと呼ばれる基本パケットを送受信し、相手とのネゴシエーションを実施し、リンク幅、レーン順序、リンクスピード、受信極性などを決定する。つまり、リンクトレーニング制御部22が受信部21や送信部23を制御して、上述したオーダーセットの送受信を行いネゴシエーションを実施する。
送信部23は、データリンク層処理部3から入力されたパラレルデータをシリアルデータへ変換し各レーンへ出力する。データリンク層処理部3から入力されたパラレルデータを、各レーンへ分割し8B/10Bエンコーディングして各レーンへ出力する。
データリンク層処理部3は、主にPCI Expressリンクの管理、エラー検出と訂正を担う。送信側では、トランザクション層処理部4から入力されたTLP(Transaction Layer Packet)に付加するCRC(Cyclic Redundancy Check)を算出し、さらにTLPの授受を確認するためのシーケンス・ナンバを付加して物理層処理部2に出力する。受信側ではCRCによるデータ化けチェックと、シーケンス・ナンバによるパケット欠落チェックなどを行う。
トランザクション層処理部4は、主にTLPの生成と復号を担う。TLPはリードやライトといったコマンドやアドレス、データなどから成る。また、トランザクション層処理部4は接続相手とのフロー制御なども行う。
次に、上述した構成のシリアルデータ通信装置1において、リンクトレーニング時の動作を図3を参照して説明する。
まず、ステップS101において、リセットを行ってステップS102に進む。このリセットは、電源投入後のリセットに限らず、ユーザやCPU等により任意のタイミングで行われる初期化動作に伴うリセットも含む。このリセットにより、エラー集計部21bで集計しているエラー数がクリアされる。
次に、ステップS102において、リンクトレーニングを開始してステップS103に進む。すなわち、上述したオーダーセットの送受信を行いネゴシエーションを開始する。
次に、ステップS103において、エラー集計部21bで集計した受信エラー数とエラー閾値設定部21cに設定されたエラー閾値とを比較器21dで比較し、受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがあるか否か判断する。判断した結果受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがある場合はステップS104に進み、受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがない場合はステップS105に進む。すなわち、リンクトレーニング動作中にエラー集計部21bが集計したエラー数がエラー閾値設定部21cに設定された閾値を超えたシリアル伝送路を検出している。
次に、ステップS104において、エラー閾値を超えたレーンを含まないリンクを構成してリンクアップする。例えば、物理的には8レーン接続であった場合、ある1レーンの受信エラー数が閾値を超えているとそのレーンを含まない4レーンでリンクアップする(リンク幅、レーン順序、リンクスピード、受信極性などを決定する)ことになる。すなわち、リンクトレーニング動作中にエラー集計部21bが集計したエラー数がエラー閾値設定部21cに設定された閾値を超えたシリアル伝送路を検出した際は、閾値を超えたシリアル伝送路を除いてシリアル伝送路の数および通信速度を通信相手と整合させている。なお、8レーン接続時に1レーンを含まないでリンクアップすると7レーンでなく4レーンになるのは、PCI Express規格ではレーン数は1,2,4,8,16のいずれかと規定されているためである。
本実施例によれば、リンクトレーニング制御部22が、リンクトレーニング中にエラー集計部21bが集計したエラー数がエラー閾値設定部21cに設定されたエラー数の閾値を超えたレーンを検出した際は、その閾値を超えたレーンを除いてリンクアップしているので、信号品質の低いレーンを排除して受信エラーによる再送の頻度を少なくすることが可能となる。このようにするとリンク幅を小さくしているので最大転送レートは下がるが、再送が少なくなることにより、安定した転送レート確保が可能となる。
また、従来は有効パケット受信中に発生した受信エラーのみで通信制御(再送など)されていたが有効パケットを受信していない時にもアイドルデータを受信しているので受信エラーが起こり得る。本実施形態ではアイドルデータの受信時も含めて受信エラーを集計し、そのレーンの信号品質を判断することにより、有効パケット送受信する前に潜在的な信号品質の劣化を判断することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態を図4を参照して説明する。なお、前述した第1の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図4は、本発明の第2の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のリンクトレーニング時の動作のフローチャートである。
本実施形態では、ブロック図は第1の実施形態と同様であるが、リンクトレーニング制御部22における制御が異なる。詳細を図4のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS101、S102は第1の実施形態と同様である。ステップS102から進んだステップS203において、エラー集計部21bで集計した受信エラー数とエラー閾値設定部21cに設定されたエラー閾値とを比較器21dで比較し受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがあり、かつ、再トレーニング回数が予め設定された規定値以下であるか否かを判断し、受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがあり、かつ、再トレーニング回数が予め設定された規定値以下である場合はステップS102に戻り、そうでない場合はステップS204に進む。つまり、受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがある場合はステップS102に戻って再トレーニングを行うが、その回数に上限を示す規定値を設けている。再トレーニングを何度か行い上限を示す規定値を超えた場合はステップS104に進む。勿論受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンが無い場合もステップS104に進む。すなわち、リンクトレーニング動作中にエラー集計部21bが集計したエラー数がエラー閾値設定部21cに設定された閾値を超えたシリアル伝送路を検出した際は、再度リンクトレーニング動作をやり直した後にシリアル伝送路の数および通信速度を通信相手と整合させている。
次に、ステップS204において、リンクアップして終了する。なお、本ステップに受信エラー数がエラー閾値を超えたレーンがある状態で移動した場合は第1の実施形態と同様にエラー閾値を超えたレーンを含まないリンクを構成してリンクアップする。
本実施形態によれば、リンクトレーニング制御部22が、リンクトレーニング中にエラー集計部21bが集計したエラー数がエラー閾値設定部21cに設定されたエラー数の閾値を超えたレーンを検出した際は、再リンクトレーニングを最大規定回数までやり直した後にリンクアップしているので、例えばある1レーンで電源投入後一定区間状態が安定しないため、受信エラーが多数発生し最大リンク幅でリンクアップできないような場合も、再度リンクトレーニングを行いそのレーンが安定した後にリンクアップすることが可能となり最大リンク幅による通信が可能となる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態を図5および図6を参照して説明する。なお、前述した第1、第2の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図5は、本発明の第3の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。図6は、図5に示したシリアルデータ通信装置のリンクトレーニング時の動作のフローチャートである。
本実施形態では、第1の実施形態に対して集計期間タイマ21eが追加されている点が異なる。
集計期間タイマ21eは、設定された一定時間ごとにエラー集計部21bにパルスを出力し、エラー集計部21bではそのパルスでエラー数の集計がリセットされる。すなわち、エラー集計部21bにおけるエラー数の集計を一定時間に区切っている。
本実施例におけるリンクトレーニング時の動作を図6を参照して説明する。
まず、ステップS101、S102は第1の実施形態と同様である。ステップS102から進んだS303において、集計期間タイマ21eを開始(スタート)させてステップS304に進む。
次に、ステップS304において、集計期間タイマ21eが完了(タイムアウト)したか否かを判断し、完了した場合はステップS305へ進み、完了していない場合はステップS103へ進む。ステップS103以降は第1の実施形態と同様である。
次に、ステップS305においてエラー集計部21bの受信エラー数をリセットしてステップS303に戻る。つまり、ステップS304で集計期間タイマ21eが完了(タイムアウト)したので、エラー集計部21bの受信エラー数をリセットしている。
本実施形態では、集計期間タイマ21eが動作する一定時間内のエラー数がエラー閾値を超えたか否かを判断し、エラー閾値を超えたレーンを検出した場合は第1の実施形態と同様に、エラー閾値を超えたレーンを除いてリンクアップしている。すなわち、タイマが区切った一定時間内にエラー集計部21bが集計したエラー数がエラー閾値設定部21cに設定された閾値を超えたシリアル伝送路を検出している。
本実施形態によれば、集計期間タイマ21eを設けて一定期間間隔でエラー数の集計を行うので、突発的に信号品質が悪くなった場合も検出することができる。その検出がリンクトレーニング中であれば、検出したレーンを含まないリンクを構成し、リンクアップすることが出来る。
なお、上述した集計期間タイマ21eは第2の実施形態に追加しても良い。第2の実施形態に集計期間タイマ21eの制御を追加したフローチャートを図7に示す。図7のフローチャートは、リンクトレーニング開始後、集計期間タイマ21e起動し、集計期間タイマ21eが完了すると受信エラーをリセットする。この動作により、一定時間のエラー数を集計しその値で信号品質を判定することができる。受信エラー数がエラー閾値を超えた時、再トレーニングを行うが、再トレーニング回数が規定値を超えるとそのままリンクアップする。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態を図8を参照して説明する。なお、前述した第1乃至第3の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図8は、本発明の第4の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。
本実施形態では、第1の実施形態に対してCPU21fを追加し、エラー閾値設定部21cがレジスタで構成されている点が異なる。
CPU21fは、エラー閾値設定部21cに対してエラー閾値の設定を変更するための制御CPUであり、エラー閾値設定部21cのレジスタ値を変更することでエラー閾値を変更する。なお、エラー閾値設定部21cを構成するレジスタはレジスタに限らずメモリなど書き換え可能な素子であればよい。
本実施形態によれば、エラー閾値設定部がレジスタにより構成されているので、エラー閾値を自由に変更することができ、システムやアプリケーションにあわせて調整可能となる。そのため、リンク幅を必要以上に落とすことをさけられ、また再起動の回数を適切にすることができる。
なお、上述したCPU21fを第2または第3の実施形態に追加し、エラー閾値設定部21cをレジスタで構成しても良い。第3の実施形態にCPU21fを追加したブロック図を図9に示す。図9の構成においてもエラー閾値をCPU21fから設定変更できるようになっており、システム構成や動作状況によって変更する。これによりエラー閾値を自由に変更することができるので、システムやアプリケーションにあわせて調整可能である。さらに、第3の実施形態のように一定内のエラー数の集計と判定を行うので、調整の自由度が高くなる。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5の実施形態を図10を参照して説明する。なお、前述した第1乃至第4の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図10は、本発明の第5の実施形態にかかるシリアルデータ通信装置のブロック図である。
本実施形態では、第1の実施形態に対してエラー数記録閾値再設定部21gが追加し、エラー閾値設定部21cがレジスタで構成されている点が異なる。
閾値決定部としてのエラー数記録閾値再設定部21gは、エラー閾値設定部21cにエラー集計部21bが集計した過去のエラー数に基づいてエラー閾値を設定する。
本実施形態によれば、エラー数記録閾値再設定部21gで過去のエラー数に基づいてエラー閾値を設定しているので、システム構成や動作状況によって調整することができる。これによりシステムやアプリケーションにあわせて調整されるのでリンク幅を必要以上に落とすことをさけられ、また再起動の回数を適切にできる。
なお、上述したエラー数記録閾値再設定部21gを第2または第3の実施形態に追加し、エラー閾値設定部21cをレジスタで構成しても良い。第3の実施形態にエラー数記録閾値再設定部21gを追加したブロック図を図11に示す。図11の構成においてもエラー閾値を過去のエラー数をもとにエラー閾値を設定するので、システム構成や動作状況によって調整される。これによりシステムやアプリケーションにあわせて調整されるのでリンク幅を必要以上に落とすことをさけられ、また再起動の回数を適切にできる。さらに、第3の実施形態のように一定時間内のエラー数の集計と判定を行うので、調整の自由度が高くなる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1 シリアルデータ通信装置
21a エラー検出部
21b エラー集計部
21c エラー閾値設定部
21d 比較器(検出部)
21e 集計期間タイマ
21f CPU
21g エラー数記録閾値再設定部(閾値決定部)
22 リンクトレーニング制御部
特許第3996928号公報 特開2005−166028号公報

Claims (4)

  1. 複数のシリアル伝送路を用いて通信を行う際に、リンクトレーニング動作を行うリンクトレーニング制御部を備えたシリアルデータ通信装置において、
    前記複数のシリアル伝送路それぞれから送信されてくるデータのエラーを検出するエラー検出部と、
    リセット解除後からの前記エラー検出部が検出した前記エラー数を前記シリアル伝送路毎に集計するエラー集計部と、
    予め定めた前記シリアル伝送路当たりのエラー数の閾値が設定されるエラー閾値設定部と、が設けられ、
    前記リンクトレーニング制御部が、前記リンクトレーニング動作中に前記エラー集計部が集計したエラー数が前記エラー閾値設定部に設定された前記閾値を超えた前記シリアル伝送路を検出した際は、再度前記リンクトレーニング動作をやり直す
    ことを特徴とするシリアルデータ通信装置。
  2. 前記エラー集計部におけるエラー数の集計を一定時間に区切るタイマが設けられ、そして、
    前記エラー検出部が、前記タイマによって区切られた一定時間内の前記エラー集計部で集計されたエラー数が前記エラー閾値設定部に設定された前記閾値を超えた前記シリアル伝送路を検出するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のシリアルデータ通信装置。
  3. 前記エラー閾値設定部が、レジスタにより構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のシリアルデータ通信装置。
  4. 前記エラー集計部が集計した過去のエラー集計値に基づいて前記閾値を決定する閾値決定部が設けられ、そして、
    前記閾値決定部が決定した前記閾値が、前記エラー閾値設定部に設定されることを特徴とする請求項1乃至のうちいずれか一項に記載のシリアルデータ通信装置。
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