串行總線裝置以及其時鐘差補償方法
2023-07-09 01:38:36
專利名稱：串行總線裝置以及其時鐘差補償方法
技術領域：
本發明涉及一種串行總線裝置，特別是涉及一種可補償時鐘差的串行總線裝置。
背景技術：
通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)為連接外部設備的一種串行總線標 準，其可支持熱插拔(Hot plug)和即插即用(Plug and Play)等功能。
現今，USB 2. 0規格可提供低速、全速以及高速傳輸，其可分別支持最大1. 5Mbps、 12Mbps及480Mbps的數據量。然而，隨著複雜功能的增加，電子產品需要更高速的USB傳輸 速率，以便能更快速地從外部設備存取數據並執行相關的操作程序。 因此，USB實施論壇(USB Implementers Forum)制訂了 USB 3. 0的規格，其可同 時提供超高速(SuperSpeed)以及非超高速(即USB 2.0)的信息交換，其中超高速傳輸可 支持最大5G bps的數據量。
發明內容
本發明提供一種串行總線裝置，用以提供一分組至一連結夥伴。所述串行總線裝 置包括一處理單元，用以提供所述分組；以及，一時鐘差補償單元，耦接於所述處理單元， 用以根據所述分組的類型，判斷是否在傳送所述分組至所述連結夥伴之前，先傳送至少一 跨越有序組至所述連結夥伴，以對所述連結夥伴提供時鐘差補償，其中所述跨越有序組包 括兩跨越碼元(symbol)。 再者，本發明提供一種時鐘差補償方法，適用於一串行總線裝置。首先，判斷欲傳 送至一連結夥伴的一分組是否為一數據分組。當所述分組為一數據分組且所述分組的一 數據長度大於或等於一特定值時，在傳送所述分組至所述連結夥伴之前，先傳送至少一跨 越有序組至所述連結夥伴，以對所述串行總線裝置以及所述連結夥伴之間的時鐘差進行補 償，其中所述跨越有序組包括兩跨越碼元。
圖1示出了兩通用串行總線裝置之間超高速數據傳遞的示意圖； 圖2示出了符合USB 3. 0規格的數據分組格式； 圖3示出了符合USB 3. 0規格的類型欄位表； 圖4示出了根據本發明一實施例所述的通用串行總線裝置； 圖5示出了根據本發明一實施例所述的數據分組的數據長度以及由跨越碼產生 器所插入的跨越有序組的數量的關係；以及 圖6示出了根據本發明一實施例所述的一種時鐘差補償方法，適用於可提供超高
速分組傳輸的通用串行總線裝置。 附圖符號說明 10 、20 、40 連結夥伴；
11、21 處理單元； 12 擾亂器； 13 編碼器； 14、24 電子實體單元； 15、25 線性回授移位寄存器； 210 類型欄位； 22 解擾亂器； 220 數據長度欄位； 23 解碼器； 26、41 時鐘差補償單元； 30 纜線； 42 仲裁器 44 跨越碼產生器 46 緩衝器； Sc。mp、 Sc,、 SDEC、 SENC、 SIN、 SSCK、 TXData、 RXData 分組；以及 SKPSet 跨越碼組、跨越有序組。
具體實施例方式
為使本發明的所述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施
例，並結合附圖詳細說明如下。
實施例 圖1示出了兩通用串行總線裝置10、20之間超高速(SuperSpeed)數據傳遞的示 意圖。在圖l中，通用串行總線(USB)裝置IO經由纜線30傳送數據給通用串行總線20，其 中通用串行總線裝置10與通用串行總線裝置20為連結夥伴(link partner)。連結夥伴10 包括處理單元11、擾亂器12、編碼器13以及電子實體單元14，其中擾亂器12包括線性回授 移位寄存器(linear feedback shifter register) 15。首先，處理單元11提供要被傳送的 原始數據TXData至擾亂器12，其中數據TXData具有8位長度。接著，擾亂器12會根據線 性回授移位寄存器15所提供的種子(seed)對數據TXData進行擾亂以產生擾亂數據SSCK。 接著，編碼器13會將擾亂數據S^編碼成數據S皿並傳送至電子實體單元14。編碼器13使 用8位/10位(8b/10b)編碼技術對數據S^進行編碼，因此數據S皿為具有IO位長度的碼 元(symbol)。接著，電子實體單元14將數據SENC由並行轉換為串行(parallelto serial)， 並經由纜線30傳送至連結夥伴20。電子實體單元14為一種輸入輸出接口 (Input/Output Interface)單元，用以接收以及傳送符合USB規格的差動對信號。 參考圖l，連結夥伴20包括處理單元21、解擾亂器22、解碼器23、時鐘差補償單元 26以及電子實體單元24，其中解擾亂器22包括線性回授移位寄存器25。當連結夥伴20接 收到來自連結夥伴10的串行位數據(或位數據流)時，電子實體單元24會將連續接收的 位數據由串行轉換為並行，以形成具有多個數據SIN的碼元串，其中每一數據SIN為具有10 位長度的碼元。接著，時鐘差補償單元26會根據連結夥伴20的第一工作時鐘與連結夥伴 10的第二工作時鐘之間的時鐘差來決定是否需執行一補償程序，使得連結夥伴10的數據傳送速度以及連結夥伴20的數據接收速度能同步。當兩工作時鐘之間的時鐘差很小時，時 鐘差補償單元26會直接將數據SIN提供給解碼器23而不執行補償程序，即數據SOTP會相 同於數據SIN。因此，當數據傳遞過程中無失真發生時，連結夥伴20所接收到的數據Sc。mp會 相同於連結夥伴10內的數據SENC。接著，解碼器23會使用8位/10位解碼技術將數據SOTP 解碼為數據SDK。同樣地，當數據傳遞正確時，連結夥伴20所接收到的數據S皿會相同於鏈 接夥伴10內的數據Ssra。接著，解攪亂器22會根據線性回授移位寄存器25所提供的種子 對數據SDEC進行解擾亂以產生數據RXData至處理單元21，以供處理單元21進行後續的應 用。 在通用串行總線3. 0裝置中，超高速數據傳遞通常包括四種分組類型連結管理 分組(Link Management Packet, LMP)、異動分組(Tra固ctionPacket， TP)、數據分組(Data Packet, DP)以及等時時間戳記分組(IsochronousTimestamp Packet, ITP)。異動分組不 包括數據負載(payload)。數據分組包括數據分組標頭(Data Packet Header, DPH)以及 數據分組負載(DataPacket Pay load, DPP)，如圖2所顯示，圖2示出了符合USB 3. 0規格 的數據分組格式。在USB 3.0規格中，每個超高速分組的標頭啟始於具有5位長度的類型 欄位(type field)，例如圖2中的類型欄位210，其中類型欄位可用來識別該超高速分組的 格式，以便決定該超高速分組如何被使用或是發送。圖3示出了符合USB 3. 0規格的類型 欄位表，其表示不同分組類型所對應的內容值，其中類型欄位表中的內容值是以2進位方 式表示。在圖3中，連結管理分組所對應的內容值為"00000"。異動分組所對應的內容值 為"00100"。數據分組標頭所對應的內容值為"01000"。等時時間戳記分組所對應的內容 值為"01100"。 再參考圖l，在USB3. 0規格中，傳送端的連結夥伴10平均每354個碼元需傳送一 跨越有序組(SKP Ordered Set)至接收端的連結夥伴20，以補償接收端的連結夥伴20以及 傳送端的連結夥伴IO之間的時鐘(clock)時鐘差。在USB 3.0的規格中，跨越有序組包括 兩跨越碼元。例如，第一跨越碼元"0011111001 "與第二跨越碼元"1100000110"，或是第一 跨越碼元"1100000110"與第二跨越碼元"0011111001"。值得注意的是，高容量的文件會被 分成多個個數據分組來進行傳送，而傳送端的連結夥伴10不會在任一數據分組內插入跨 越有序組，但可在上一數據分組與下一數據分組之間(間隔)插入跨越有序組。於是傳送 端的連結夥伴10可累積跨越有序組的數量直到數據分組傳送完之後再傳送給接收端的鏈 接夥伴20。在傳送端的連結夥伴10中，第一跨越碼元以及第二跨越碼元是編碼器13依序 使用8位/10位編碼技術對跨越碼"00111100"進行編碼而得到。此外，連結夥伴10的擾 亂器12不會對該跨越碼進行擾亂。同樣地，連結夥伴20的解擾亂器22不會對跨越有序組 進行解擾亂。再者，當接收到跨越有序組時，接收端的連結夥伴20內的時鐘差補償單元26 會增加或減少跨越有序組的數量以解決兩連結夥伴之間時鐘不同步的問題。
圖4示出了根據本發明一實施例所述的通用串行總線裝置40。在圖4中，連結夥 伴40經由纜線30傳送分組給連結夥伴20。相較於圖1中的連結夥伴IO，連結夥伴40還 包括耦接於處理單元ll以及擾亂器12之間的時鐘差補償單元41，其中時鐘差補償單元41 包括耦接於處理單元11以及擾亂器12之間的仲裁器42以及耦接於仲裁器42的跨越碼 產生器44。當接收到來自處理單元ll的數據TXData為分組時，仲裁器42會先根據分組 TXData的標頭中的類型欄位而識別出分組TXData的類型。接著，當分組TXData為非數據分組時(即分組TXData為連結管理分組、異動分組或等時時間戳記分組)，仲裁器42會直 接將分組TXData傳送至擾亂器12，以進行後續處理(例如擾亂、編碼等)，最後再經由纜線 30傳送至連結夥伴20。反之，當經由類型欄位(例如圖2的欄位210)識別出分組TXData 為數據分組時，仲裁器42會先將分組TXData暫存於仲裁器42內的緩衝器46中，並於數據 長度欄位(例如圖2的欄位220，其指示數據分組負載DPP內的字節(byte)數量)中得到 分組TXData的數據長度。接著，仲裁器42根據分組TXData的數據長度而決定是否產生控 制信號Ctrl至跨越碼產生器44，以控制跨越碼產生器44產生至少一組跨越碼組SKPSet至 仲裁器42，其中每組跨越碼組SKPSet包括兩個跨越碼"00111100"。如先前所描述，將兩個 跨越碼"00111100"進行8位/10位編碼之後可得到一跨越有序組。接著，當仲裁器42接 收到跨越碼組SKPSet時，會先將跨越碼組SKPSet傳送至擾亂器12，再將暫存於緩衝器46 的分組TXData傳送至擾亂器12，以進行後續處理。最後，連結夥伴40會經由纜線30依序 傳送跨越有序組以及數據分組至連結夥伴20。換言之，連結夥伴40在傳送數據分組至鏈 接夥伴20之前，會先傳送跨越有序組至連結夥伴20 ，其中跨越有序組是由跨越碼產生器44 所產生的跨越碼組SKPSet經由編碼器13進行編碼而產生。在一實施例中，時鐘差補償單 元41可被整合於處理單元11內。 在圖4中，仲裁器42會根據分組TXData的數據長度而控制跨越碼產生器44產生 跨越碼組SKPSet的數量。例如，仲裁器42可根據預先設定的數據長度來控制跨越碼產生 器44產生固定數量的跨越碼組SKPSet。舉例來說，當分組TXData的數據長度大於或等於 512位元組時，仲裁器42會提供控制信號Ctrl至跨越碼產生器44，以控制跨越碼產生器44 產生固定數量的跨越碼組SKPSet至仲裁器42。此外，仲裁器42亦可根據不同的數據長度 來決定跨越碼組SKPSet的數量，即連結夥伴40在數據分組之前所傳送的跨越有序組的數 量是對應於該數據分組的數據長度。圖5示出了根據本發明一實施例所述的數據分組的數 據長度以及由跨越碼產生器所插入的跨越有序組的數量的關係。參考圖4及圖5，當數據分 組的數據長度介於0位元組以及511位元組之間時，仲裁器42不會提供控制信號Ctrl至跨越 碼產生器44，因此連結夥伴40不會插入跨越有序組於數據分組之前。當數據分組的數據 長度介於512位元組以及767位元組之間時，仲裁器42會提供控制信號Ctrl至跨越碼產生器 44，使得連結夥伴40會插入一組跨越有序組於數據分組之前。當數據分組的數據長度介於 768位元組以及1024位元組之間時，仲裁器42會提供控制信號Ctrl至跨越碼產生器44，使得 連結夥伴40會插入兩組跨越有序組於數據分組之前。在圖5中，數據分組的數據長度範圍 以及所對應的跨越有序組的數量可通過軟體根據連結夥伴40以及連結夥伴IO之間的實際 傳輸狀況而做適當的調整。 圖6示出了根據本發明一實施例所述的一種時鐘差補償方法，適用於可提供超高 速分組傳輸的通用串行總線裝置。首先，接收到欲傳送到連結夥伴的一分組(步驟S702)。 接著，根據該分組的標頭中的類型欄位，判斷該分組是否為一數據分組(步驟S704)。當該 分組不是數據分組時，直接傳送該分組至連結夥伴(步驟S712)。反之，當該分組為數據分 組時，根據該分組的標頭中的數據長度欄位，判斷該分組的數據長度是否大於或等於一特 定長度(步驟S706)。當該分組的數據長度小於該特定長度時，直接傳送該分組至連結夥伴 (步驟S712)。反之，當該分組的數據長度大於或等於該特定長度時，根據該分組的數據長 度決定跨越有序組的數量並產生符合該數量的跨越有序組(步驟S708)，其中跨越有序組的數量可以是固定值或是對應於該分組的數據長度。接著，將跨越有序組傳送至連結夥伴 (步驟S710)。接著，在傳送跨越有序組之後，再將該分組傳送至連結夥伴(步驟S712)。
根據本發明實施例，可在傳送端的連結夥伴中設置時鐘差補償單元，來補償接收 端的連結夥伴以及傳送端的連結夥伴之間的時鐘頻率差。此外，時鐘差補償單元內的仲裁 器可識別出欲傳送的分組是否為數據分組，並根據該數據分組的數據長度控制跨越碼產生 器是否產生跨越有序組以及決定跨越有序組的數量。藉由在傳送數據分組之前先傳送跨越 有序組，可避免數據分組傳送至傳送端的連結夥伴時造成數據溢出(overflow)或數據下 溢(underflow)，其中數據溢出或數據下溢將使得傳送端的連結夥伴需重新傳送該分組至 接收端的連結夥伴。因此，補償接收端的連結夥伴以及傳送端的連結夥伴之間的時鐘頻率 差可提高兩連結夥伴之間的傳輸效率。 此外，除了 USB 3.0之外，本發明亦可應用於其它串行傳輸標準或是串行總線裝 置，例如PCIE標準，具有與USB3. 0或PCIE相同協議(protocol,計算機之間通信與數據傳 送所遵守的規則)的標準等。相似地，藉由在傳送數據分組之前先判斷是否傳送特定數據 (例如跨越有序組)，可補償接收端的裝置以及傳送端的裝置之間的時鐘頻率差，進而避免 該數據分組傳送至傳送端的裝置時會造成數據溢出或數據下溢。 雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，本領域的技術 人員在不脫離本發明的精神和範圍的前提下可作若干的更動與潤飾，因此本發明的保護範 圍以本發明的權利要求為準。
8
權利要求
一種串行總線裝置，用以提供一分組至一連結夥伴，包括一處理單元，用以提供所述分組；以及一時鐘差補償單元，耦接於所述處理單元，用以根據所述分組的類型，判斷是否在傳送所述分組至所述連結夥伴之前，先傳送至少一跨越有序組至所述連結夥伴，以對所述連結夥伴提供時鐘差補償。
2. 如權利要求1所述的串行總線裝置，其中所述時鐘差補償單元包括 一跨越碼產生器，用以產生所述跨越有序組；一仲裁器，耦接於所述處理單元以及所述跨越碼產生器，用以根據所述分組的類型，判 斷是否在傳送所述分組至所述連結夥伴之前，先傳送所述跨越有序組至所述連結夥伴， 其中所述跨越有序組包括兩跨越碼元。
3. 如權利要求2所述的串行總線裝置，其中所述仲裁器根據所述分組的標頭中的類型 欄位而識別出所述分組的類型。
4. 如權利要求2所述的串行總線裝置，其中當所述分組為一數據分組時，所述仲裁器 根據所述分組的一數據長度判斷是否在傳送所述分組至所述連結夥伴之前，先傳送所述跨 越有序組至所述連結夥伴。
5. 如權利要求2所述的串行總線裝置，其中當所述分組不是一數據分組時，所述仲裁器直接將所述分組傳送至所述連結夥伴。
6. 如權利要求4所述的串行總線裝置，其中當所述分組為所述數據分組且所述分組的 所述數據長度大於或等於一特定值時，所述仲裁器在傳送所述分組至所述連結夥伴之前， 先傳送所述跨越有序組至所述連結夥伴。
7. 如權利要求6所述的串行總線裝置，其中當所述分組為所述數據分組且所述分組的 所述數據長度小於所述特定值時，所述仲裁器直接傳送所述分組至所述連結夥伴。
8. 如權利要求4所述的串行總線裝置，其中所述仲裁器根據所述分組的標頭中的數據 長度欄位而得到所述數據長度。
9. 如權利要求4所述的串行總線裝置，其中當所述分組為所述數據分組且所述分組的 所述數據長度大於或等於一特定值時，所述仲裁器控制所述跨越碼產生器產生所述跨越有 序組，以及所述跨越碼產生器所產生的所述跨越有序組的數量對應於所述分組的所述數據 長度。
10. —種時鐘差補償方法，適用於一串行總線裝置，包括 判斷欲傳送至一連結夥伴的一分組是否為一數據分組；以及當所述分組為一數據分組且所述分組的一數據長度大於或等於一特定值時，在傳送所 述分組至所述連結夥伴之前，先傳送至少一跨越有序組至所述連結夥伴，以對所述串行總 線裝置以及所述連結夥伴之間的時鐘差進行補償。
11. 如權利要求10所述的時鐘差補償方法，還包括 當所述分組不是所述數據分組時，直接傳送所述分組至所述連結夥伴。
12. 如權利要求10所述的時鐘差補償方法，還包括當所述分組為所述數據分組且所述分組的所述數據長度小於所述特定值時，直接傳送 所述分組至所述連結夥伴。
13. 如權利要求IO所述的時鐘差補償方法，還包括根據所述分組的所述數據長度，決定傳送至所述連結夥伴的所述跨越有序組的數量。
14. 如權利要求13所述的時鐘差補償方法，其中所述跨越有序組的數量對應於所述分 組的所述數據長度。
15. 如權利要求13所述的時鐘差補償方法，其中所述跨越有序組的數量是固定值。
16. 如權利要求10所述的時鐘差補償方法，其中所述判斷的步驟還包括 根據所述分組的標頭中的類型欄位，判斷所述分組是否為所述數據分組；以及 當所述分組為所述數據分組時，根據所述分組的標頭中的數據長度欄位，得到所述數據長度。
17. 如權利要求10所述的時鐘差補償方法，其中所述跨越有序組包括兩跨越碼元。
全文摘要
本發明披露了串行總線裝置以及其時鐘差補償方法。所述串行總線裝置，用以提供一分組至一連結夥伴。所述串行總線裝置包括一處理單元以及一時鐘差補償單元耦接於所述處理單元。所述處理單元產生所述分組。所述時鐘差補償單元根據所述分組的類型，判斷是否在傳送所述分組至所述連結夥伴之前，先傳送至少一跨越有序組至所述連結夥伴，以對所述連結夥伴提供時鐘差補償，其中所述跨越有序組包括兩跨越碼元。
文檔編號G06F13/38GK101763330SQ20101000153
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者陳世豪 申請人:威盛電子股份有限公司