片上系統(soc)應用於個人計算機(pc)系統的製作方法
2023-09-18 15:06:35 1
片上系統(soc)應用於個人計算機(pc)系統的製作方法
【專利摘要】本發明片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，包括一個PC外設互連總線控制器和一個PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋。PC外設互連總線控制器負責完成PC外設互連總線的報頭功能並耦合PC外設互連總線和PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋；PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋負責PC外設互連總線地址和SOC互連總線地址的相互轉換並耦合PC外設互連總線控制器和SOC互連總線。PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋內部包含PC外設互連總線地址映射到SOC互連總線地址的地址重定向表，及從SOC互連總線地址到PC外設互連總線地址的頁表(PageTable)映射，頁表映射方法包含緩存。
【專利說明】片上系統（SOC)應用於個人計算機（PC)系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機【技術領域】，具體是將片上系統（soc)應用於個人計算機（PO系統。
【背景技術】
[0002]隨著電子產品設計複雜度的提高，如何贏得產品上市時間是關乎產品成敗至關重要的因素，而智慧財產權（IP)核可以幫助設計人員高效地搭建片上系統（SOC)，從而快速完成電子產品的設計。絕大部分IP核是基於先進可擴展接口（AXI)或高級高性能總線（AHB)設計的，雖然這些IP核提供了豐富的功能，但它們由於缺乏PC外設互連總線如外圍組件互連（PCI)或PCIE (PCI Express)兼容性所需要的一些特性而無法應用於個人計算機（PC)系統。特別地，PC外設互連總線通常是基於目標的解碼系統，即中央處理器想與外圍設備進行通信時，其向所有外圍設備發送請求，並等待外圍設備響應此次請求。一旦其中的一個外圍設備響應了該請求，在中央處理器和相應的外圍設備間會建立通道，從而使它們可以進行通信。這樣的協議在SOC上不能很好地工作，因為SOC使用基於源的解碼來工作。SOC中，主設備向SOC互連總線發送請求，SOC互連總線確定其目標，並僅向該目標發送請求，而不是向所有從設備發送請求並等待響應。
【發明內容】
[0003]鑑於上述內容，本發明可以方便地將片上系統（SOC)應用於個人計算機（PC)系統，其包括以下組件：PC系統，PC外設互連總線控制器，PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋和SOC。PC外設互連總線控制器用於實現PC外設互連總線的報頭功能並耦合PC外設互連總線和PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋；PC外設互連總線協議可以是外圍組件互連（PCI)或PCIE (PCI `Express) ;S0C互連總線可以是先進可擴展接口（AXI)、高級高性能總線（AHB)或其它SOC互連總線；PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋用於執行地址轉換，以將可重定位的PC外設互連總線地址轉換為固定的SOC互連總線地址，或者，將固定的SOC互連總線地址轉換為可重定位的PC外設互連總線地址，PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋耦合所述PC外設互連總線控制器和SOC互連總線。
[0004]所述的PC系統，包含中央處理器、主機接口、主存及外設互連總線等組件，所述主機接口耦合到所述中央處理器，並用於將中央處理器耦合到所述主存和所述外設互連總線.
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所述的PC外設互連總線控制器，用於耦合所述PC外設互連總線和所述PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋，完成PC外設互連總線的報頭功能；
所述的PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋，用於PC外設互連總線地址與SOC互連總線地址的相互轉換，並耦合所述PC外設互連總線控制器和SOC互連總線；
所述的S0C，包含SOC互連總線和一個或多個基於SOC互連總線的主從設備。
[0005]PC外設互連總線和SOC互連總線的尋址空間均為4G字節；S0C互連總線地址空間中，部分地址空間用於訪問PC外設互連總線，其餘地址空間用於SOC從設備的尋址。
[0006]從SOC互連總線地址到PC外設互連總線地址的映射中，其基本單位為頁面(Page)，頁面大小為4K字節，地址映射通過頁表(Page Table)完成且利用緩存(Cache)提高地址映射效率；從PC外設互連總線地址到SOC互連總線地址的映射，使用一個地址重定向表，一個SOC從設備對應地址重定向表格中的一個條目。
[0007]本發明利用兩個組件「PC外設互連總線控制器」和「PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋」，即可將SOC應用於PC系統，而無需對構建SOC的IP核做出任何修改。同時，對於任何SOC的集成，「PC外設互連總線控制器」和「PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋」的功能是固定的，只需修改兩個組件中相關地址邏輯，其它功能邏輯無需做出任何修改。另外，設計SOC互連總線是極具挑戰性的任務，本發明只需對原始SOC互連總線作一定的地址重配置，而無需修改其它功能邏輯代碼就可以利用原始SOC互連總線。綜上所述，本發明可以幫助設計開發人員高效地將豐富的SOC產品應用到PC系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明的一個實施例的系統的方框圖。
[0009]圖2是AXI地址到PCI地址的映射流程圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例使用了一種技術，使得能夠在基於PCI或PCIE中的個人計算機系統中使用異構資源，例如AXI/AHB IP核，而無需對IP核本身做出任何改變，僅需對SOC互連總線作一定的地址空間配置。實施例提供了兩個硬體模塊，在本文中被稱為「PC外設互連總線控制器」和「PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋」，具體地，在實施例中即「PCI總線控制器」和「PC1-AXI轉換橋」。
[0011]參考圖1，其示出了根據本發明的一個實施例的系統方框圖。如圖1所示，PC外設互連總線為PCI，S0C互連總線為AXI，然而，本發明的範圍並不限制於此。PC系統包含中央處理器，主機接口，主存以及PCI總線等，中央處理器通過主機接口耦合到主存和PCI總線；SOC包含8個IP核，其中有4個主設備和4個從設備，雖如實施例示出，但任何其它的配置都是可能的。PCI總線控制器用於耦合PC系統中的PCI總線和PC1-AXI轉換橋。IP核以固定的地址工作，無法即插即用，且缺乏用於發現和枚舉的機制，PCI總線控制器可以實現這部分通用的PCI報頭功能，對於集成某特定SOC，PCI總線控制器只需修改配置空間的基地址寄存器(BAR)，而無需修改其它功能邏輯代碼，涉及的邏輯代碼修改量很少。
[0012]PC1-AXI轉換橋中的AXI主設備和AXI從設備耦合PCI總線控制器和AXI總線，完成PCI總線控制器本地端協議和AXI總線協議的相互轉換。PC1-AXI轉換橋中的頁表映射模塊負責PCI地址和AXI地址的相互轉換，以將可重定位的PCI地址轉換為固定的AXI地址，反之亦然。PCI總線和AXI總線的尋址空間均為4G字節，即地址總線位寬均為32位。PCI總線地址空間是可重定位的，PC系統啟動時，BIOS或作業系統依據PCI總線控制器的配置空間中的基地址寄存器(BAR)配置好PCI總線地址。AXI總線地址空間是固定的，其中，部分地址空間用於訪問PCI總線，剩餘所有地址空間用於SOC從設備的尋址。具體地，本實施例中，高2G字節地址空間用於訪問PCI總線設備，低2G字節地址空間用於訪問4個從設備，但可以理解，本發明的配置並不限制於此。本實施例中，從PCI地址到AXI地址的映射，使用一個地址重定向表，一個AXI從設備對應地址重定向表中的一個條目，這樣可在對PC1-AXI轉換橋做出最小改變的情況下增加新的IP核，例如，在一個特定實現中，通過在地址重定向表中增加一個新的條目來做出改變。從AXI地址到PCI地址的映射中，其基本單位為頁面(Page)，頁面大小為4K字節；AXI地址到PCI地址的映射由頁表(Page Table)完成，頁表一般為一級頁表、二級頁表或三級頁表，具體地，本實施例中，頁表為一級頁表；設置緩存(Cache)以提高地址映射效率，緩存可為一級緩存、二級緩存或三級緩存，具體地，本實施例中，緩存為一級緩存。
[0013]對於任何SOC的應用，PC1-AXI轉換橋的功能是固定的。如果需要在PC系統集成某S0C，只需依據該SOC的配置修改相關地址映射邏輯，涉及的邏輯代碼修改量很少。
[0014]特別地，AXI總線設備訪問PCI總線設備的具體步驟為:
(1)中央處理器配置好AXI地址到PCI地址映射的頁表；
(2)AXI總線上某主設備發起PCI總線讀寫訪問；
(3)AXI總線將讀寫訪問路由到PC1-AXI轉換橋；
(4)PC1-AXI轉換橋依據圖2所示步驟完成AXI地址到PCI地址的映射；
(5)PC1-AXI轉換橋完成AXI協議到PCI總線控制器本地端協議的轉換；
(6)最後通過PCI總線控制器完成讀寫訪問。
[0015]地址映射頁表既可以存儲於PC系統的主存中，也可以存儲於SOC相關的存儲區域中。實施例中，一共有2G字節PCI總線地址空間，頁表所需存儲空間為4M字節。
[0016]具體地，AXI地址到PCI地址的映射流程如圖2所示。實施例中，PC1-AXI轉換橋的邏輯首先判斷AXI地址最高位是否為I，如果AXI地址最高位為0，邏輯認為本次SOC主設備發起的讀寫請求有誤，返回AXI總線相關錯誤信息，結束本次讀寫請求；如果AXI地址最高位為1，邏輯認為本次SOC主設備發起的讀寫請求有效，邏輯提取地址的第30位到第12位(地址位從右到左以O開始計數)作為頁表號，之後，邏輯以此頁表號作為標籤(Tag)去訪問緩存，如果緩存命中，直接取出PCI的起始地址，如果緩存未命中，依據頁表號從相應頁表存儲區域中讀取PCI的起始地址，最後，將此PCI起始地址加上AXI地址的第11位到第O位，即頁內偏移，形成最終的PCI地址。至此，AXI地址到PCI地址的映射完成。
[0017]該實施例中，通過定製模塊「PCI總線控制器」和「PC1-AXI轉換橋」的應用，而無需對構建SOC的IP核作任何修改，即可將異構資源應用到個人計算系統中，並且，對於任何SOC的集成，「PCI總線控制器」和「PC1-AXI轉換橋」的功能絕大部分是一樣的，涉及的邏輯代碼修改量很少，這樣可以使設計人員高效地將豐富的SOC產品應用到個人計算機系統中。另外，該實施例中，只需對AXI互連總線作一定的地址重配置，而無需修改其它功能邏輯代碼，就可以利用原始SOC互連總線。
[0018]儘管以有限數目的實施例來描述了本發明，但本領域的技術人員可以領會到許多基於此的修改和變型。所附的權利要求旨在覆蓋落入本發明的實質精神和範圍內的所有這樣的修改和變型。
【權利要求】
1.片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:包括PC系統，PC外設互連總線控制器，PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋和S0C;PC外設互連總線控制器用於實現PC外設互連總線的報頭功能並耦合PC外設互連總線和PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋；PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋用於執行地址轉換，以將可重定位的PC外設互連總線地址轉換為固定的SOC互連總線地址，或者，將固定的SOC互連總線地址轉換為可重定位的PC外設互連總線地址，PC外設互連總線與SOC互連總線轉換橋耦合所述PC外設互連總線控制器和SOC互連總線。
2.根椐權利要求1所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:PC，包含中央處理器、主機接口、主存及外設互連總線等組件，所述主機接口耦合到所述中央處理器，並用於將中央處理器耦合到所述主存和所述外設互連總線。
3.根椐權利要求1所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:S0C，包含SOC互連總線和一個或多個基於SOC互連總線的主從設備。
4.如權利要求1所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:所述PC外設互連總線協議可以是外圍組件互連(PCI)或PCIE(PCI Express)。
5.如權利要求1所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:S0C互連總線可以是先進可擴展接口(AXI)、高級高性能總線(AHB)及其它SOC互連總線。
6.如權利要求4或5所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:所述的PC外設互連總線和SOC互連總線，PC外設互連總線和SOC互連總線的尋址空間均為4G字節；S0C互連總線地址空間中，部分地址空間用於訪問PC外設互連總線，其餘地址空間用於SOC從設備的尋址。
7.如權利要求1所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:所述的地址轉換，從SOC互連總線地址到PC外設互連總線地址的映射中，其基本單位為頁面(Page)，所述頁面大小為4K字節；從PC外設互連總線地址到SOC互連總線地址的映射，使用一個地址重定向表，一個SOC從設備對應地址重定向表格中的一個條目。
8.如權利要求7所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:所述的從SOC互連總線地址到PC外設互連總線地址的映射，SOC互連總線地址到PC外設互連總線地址的映射由頁表(Page Table)完成。
9.如權利要求8所述的片上系統(SOC)應用於個人計算機(PC)系統，其特徵在於:所述的頁表映射方法，利用緩存(Cache)以提高地址映射效率。
【文檔編號】G06F13/40GK103714034SQ201310728745
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】黃亮, 秦信剛, 高齊, 張宇 申請人:中國船舶重工集團公司第七0九研究所