JPH09224043A - デスクトップ・コンピュータ周辺機器用の高速シリアル通信リンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一のケーブルを使用してデスクトップ・コ
ンピュータの構成部品すべてを相互接続するためのシス
テムを提供する。 【解決手段】 処理装置がワークステーションにあるか
それともサーバにあるかにかかわらず、処理装置と、画
像表示端末や記憶装置、およびその他の周辺機器などの
ユーザ・クラスの入出力装置との間の再構成可能なシリ
アル相互接続を行うシステムをである。１Ｇｂｐｓもし
くはそれ以上の持続的入出力スループットによって、表
示装置および画像入力装置の必要をサポートする。更
に、本システムでは、ユーザ・クラスの入出力装置のホ
ット・プラグアンド・プレーが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デスクトップ・コ
ンピュータ用の相互接続システムに関し、詳細にはデス
クトップ・コンピュータの構成部品を相互に接続するた
めの高速相互接続システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】デスクトップ・コンピュータ・システム
の世界では、システムの各構成部品をシステムの他の部
分と相互接続することが必要である。デスクトップ・コ
ンピュータ・システムのこのケーブル配線は常に面倒で
あった。現在の最新技術では、各デスクトップ入出力
（Ｉ／Ｏ）装置にはその独自のコネクタ、ケーブル、お
よびプロトコルが必要とされる。例としては、表示装置
はある種類のケーブルを介してコンピュータの処理装置
に接続され、外部記憶装置は別の種類のケーブルを介し
て接続され、ビデオ・カメラはさらに別の種類のケーブ
ルを介して接続されるなどである。デスクトップのケー
ブル配線に何らかの規則を導入しようとの過去の試みに
は、Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ
Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（ＳＣＳＩ）およびＡｐｐｌ
ｅ Ｄｅｓｋｔｏｐ Ｂｕｓ（ＡＤＢ）がある。更に最
近の、デスクトップのケーブルの混乱を単純化する試み
には、ＩＥＥＥ Ｐ１３９４シリアル・バス規格または
それを実施した、ＡｐｐｌｅＣｏｍｐｕｔｅｒ社によっ
て開発されたＦｉｒｅＷｉｒｅ（ＴＭ）システムがあ
る。しかし、これらの相互接続システムにはデスクトッ
プ入出力装置の全範囲を対象とするものはなく、大部分
が表示装置および画像入力装置を無視している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在のデスクトップの
ケーブル配線規格ではまた、ユーザがデスクトップの構
成を変更するオプションおよび能力が制限されている。
コネクタのファンアウトは限られているので、デスクト
ップ構成の範囲も限られたものになる。装置の追加ある
いは取外しは、不可解な（大部分のユーザにとって）規
則に従って、システムの電源を切り、装置のＩＤを正し
く設定し、かつ必要な終端装置を設置する必要があるた
め、複雑なものとなっている。本発明は、単一のケーブ
ルを使用してデスクトップ・コンピュータの構成部品す
べてを相互接続するためのシステムを提供することを課
題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるシステム
は、ＤｅｓｋＮｅｔ^TMと呼ぶこともあり、ユーザ・クラ
スの入出力装置の全範囲を対象としている。これらは、
キーボードなどゼロに近い帯域幅の装置から表示装置な
どギガビットの帯域幅の装置にまで及ぶ。ＤｅｓｋＮｅ
ｔ^TMでは、デイジー・チェーン方式のデジタル・シリア
ル・リンクの入出力相互接続システムを構成して、効率
的なリング・トポロジ、リング・トポロジ上で動作する
媒体アクセス・プロトコル、ならびにそのプロトコル上
で構築されるソフトウェア・デバイス・ドライバを形成
する。本発明によるシステムは、デスクトップの再構成
の作業を簡略化する。すなわち、システムの動作中に装
置を接続または切断することが可能であり、その際、シ
ステムの電源切断、ディップ・スイッチの設定、あるい
は別に装置に再構成する必要がない。ユーザが装置ＩＤ
を選択する必要がなく、装置は自動的に認識される。更
に、本発明によるシステムは、デスクトップの相互接続
の問題に対する低コストで効率的な解決策を提供する。

【０００５】本発明によるシステムを使用することによ
って、いくつかの重要な利点が得られる。まず、ケーブ
ル配線の簡略化によって、ユーザが入出力装置の選択お
よび接続を行う上での柔軟性が増す。次に、処理装置が
デスクトップの近傍になければならないという要件が無
用になり、ユーザにとっての新たな便宜性および新しい
クラスのシステム設計が可能となる。

【０００６】好ましい実施態様では、本発明のシステム
は、ホスト・インタフェースを介してコンピュータ処理
装置に連結される光ファイバ・ケーブル、その光ファイ
バ・ケーブルおよびビデオ・ディスプレイに連結される
第１リンク・モジュール、その第１リンク・モジュール
に連結され少なくとも１つの第２リンク・モジュールま
で延びる撚り対線ケーブル、ならびに少なくとも１つの
第２リンク・モジュールに連結される追加のコンピュー
タ周辺機器を含む。

【０００７】別の実施態様はコンピュータ処理装置に連
結された１組のコンピュータ周辺機器間の相互接続を実
現する方法であって、それは、コンピュータ処理装置か
ら、それぞれリンクによってリングに連結された各コン
ピュータ周辺機器まで延びるリング・トポロジを形成す
るためにシリアル・リンクのデイジー・チェーンを用
い、それぞれ情報を提供すべき周辺機器を指定するアド
レスを有するセルの形でコンピュータ処理装置からリン
グ上にデータを送信し、リング上でのデータの送受信を
可能にするために、各周辺機器にアドレスを与える。使
用するスロット化リング・プロトコルのいくつかの重要
な機能には、セルの宛先解放による帯域幅の再利用、セ
ルの発信元解放によるフロー／誤り制御、ならびに応答
性の向上のための公平共用モードへのフォールバック手
続きを伴う２つのノード間での帯域幅予約モードが含ま
れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】コンピュータ・システムのあらゆ
るユーザが、製造業者またはシステム管理担当者が提供
する「標準的」なデスクトップ構成を使用することを望
んでいるわけではない。ユーザによっては、異なる数ま
たは組の入出力装置を使用したり、あるいはそれらをユ
ーザの卓上または事務所の別の場所に配置することを望
んでいる場合がある。ユーザはしばしば、異なる数また
は種類の表示装置やポインティング装置を選択する。専
用の走査装置や印刷装置を望むユーザもいる。カスタム
構成に対する要求はそれらの組立てや維持管理が困難な
ため、しばしばシステム管理担当者の抵抗を受ける。本
発明によるシステムを使用すると、専門知識のないユー
ザでも、独自の構成のユーザ・クラス入出力装置の組立
てや維持管理を行うことができる。ユーザは、システム
管理担当者や他の専門家の助けを借りずに自分の構成を
変更することができる。

【０００９】図１は、本明細書で述べる技術を使用して
構成された典型的なデスクトップ・コンピュータ・シス
テムを示す図である。処理装置２０をデスクトップ上
に、またはデスクトップにすぐ隣接させて配置する必要
がないため、コンピュータ資源配置の新たな可能性がも
たらされる。最も単純な事例では、ユーザは、デスクト
ップに近いかどうか考えずに、処理装置２０が入ったキ
ャビネットを事務所内の最も便利な場所に配置すること
ができる。より一般的な事例では、冷却およびノイズか
らの隔離を適切に行うことのできる、建物内のより適切
な場所に処理装置を配置することができる。

【００１０】処理装置に連結される典型的な装置は、ビ
デオ・ディスプレイ２５および取込装置５４（ディスプ
レイおよびカメラ）、ＳＣＳＩ装置６２（ＣＤ ＲＯＭ
プレーヤ、テープ、およびディスク）、ならびにキーボ
ードやマウス５２などの低帯域幅装置である。各装置を
ＤｅｓｋＮｅｔ^TMに適合させることが好ましい。例え
ば、好ましい実施形態では、既にＡＴＭインタフェース
を備えているカメラを使用する。これは、非同期転送モ
ード（ＡＴＭ）環境で動作するため、ＤｅｓｋＮｅｔ^TM
との使用に容易に適合させることができる。キーボード
およびマウスが必要であり、カスタム・デスクトップ構
成を組み立てられるようにＳＣＳＩ装置も同様に必要で
ある。また、高品質音声装置５８を追加して、音声／視
覚サービスをデスクトップに導入できるようにすること
もできる。

【００１１】処理装置２０をユーザの事務所から離れた
所に配置できると、いくつかの利点が得られる。まず、
ユーザが事務所内には実際上配置できない処理資源に直
接接続できる。このような処理資源は、そうでなければ
使用不能な、あるいは協力でないデスクトップ処理装置
を介してしかアクセスできないはずの、大量の処理能力
または記憶を提供する。次に、「処理資源」を新たな形
で組み立てることができる。配置構成の１つのは、事務
所ごとに１つの箱を使用した処理装置の箱の棚であり、
より経済的な解決策は、どのユーザにもその能力すべて
使用できる大規模なマルチプロセッサ・サーバである。
本明細書で述べるシステムを使用すると、より費用効果
が高く、管理担当者に易しく、なおかつ個々のユーザに
対してより多くの能力を提供する形で、処理能力の提供
を行うことができる。

【００１２】コンピューティング資源の集中化はこのパ
ーソナル・コンピュータの時代に逆行するかのように思
われる。しかし、調査によれば、デスクトップＰＣの
「所有のコスト」は、中央位置から提供される対応する
資源よりはるかに高くなっている。中央サービスの信頼
性の問題は別として、集中型システムの主な問題の一つ
は、個々のデスクトップに完全な入出力性能および柔軟
性を与える点であった。

【００１３】図１に示すように、好ましい実施形態で
は、ＣＰＵ２０は、光ファイバ・ケーブル１０を介して
ギガビット入出力リンク・モジュール３０に接続され
る。処理装置キャビネットは、処理装置を繋ぐためのホ
スト・インタフェースと呼ばれる追加のカード、ならび
に図１のシステムに通じるそのバスを含んでいる。次い
で、撚り対線ケーブル４０をリンクの残りの部分に使用
することができる。また、接続１０、４０は通常、電
源、接地およびクロック信号用の別々の導体を含む。モ
ジュール５０を使用して、キーボード５２、およびビデ
オ・カメラ５４をリンク４０に接続する。モジュール５
０はまた、ＳＣＳＩバス６０および非同期転送モード・
バス７０のリンクとの相互接続を可能にする。ＳＣＳＩ
バス６０は、周知のとおり、ＣＤ ＲＯＭプレーヤ、フ
ロッピー・ディスク・ドライブ、ハード・ディスク・ド
ライブなどの適切な周辺機器との相互接続を可能にす
る。

【００１４】このシステムは、最低で約１ギガビット・
毎秒（Ｇｂｐｓ）すなわち１０億ビット・毎秒の出力帯
域幅を実現可能にする。これより低い帯域幅では一般
に、表示装置やビデオ・カメラの要求を満たすことがで
きない。通常の台数のデスクトップ入出力装置構成は一
般に費用がかからないため、この広い帯域幅条件が低コ
ストで実現される。このような理由から、かつケーブル
配線自体の管理性を失わないために、高速シリアル相互
接続１０、４０を使用する。

【００１５】好ましい実施形態では、各リンク・モジュ
ールはシリアル接続ポートとし、データはスロット化リ
ング手法を使用して装置間で通信される。ＤｅｓｋＮｅ
ｔセルのサイズは、ＡＴＭプロトコルを採用しているロ
ーカル・エリア・ネットワークとの相互運用性をサポー
トするように選択する。以下の説明では、このプロトコ
ルを媒体アクセス・プロトコルと呼ぶ。

【００１６】このシステムには、少なくとも従来型のマ
ルチメディア・デスクトップ上で予想される装置をサポ
ートする能力がある。帯域幅を消費する主な装置は、メ
ガピクセル表示装置２５へのフル・フレーム・レートの
画像出力ならびに同報通信品質の複数のフル・レートの
画像入力ノード５４である。これには、最も処理能力の
ない表示装置の場合でも１Ｇｂｐｓをわずかに下回る出
力帯域幅が必要であるが、このレベルの入力帯域幅は、
４つの同報通信品質の画像入力ストリームをサポートす
る。その他のデスクトップ入出力装置の帯域幅要件は、
画像入出力と比べると極めて小さい。

【００１７】好ましい実施形態では、図１に示すシステ
ムとの間で行われる接続には２つの異なる種類のものが
ある。１つ目は、処理装置からデスクトップまでの接続
である。これは、中央演算処理装置２０を含むユニット
と、ビデオ・ディスプレイ接続リンクまたはモジュール
３０との間に延びる接続１０として示されている。２つ
目は、デスクトップ装置自体との接続である。これらの
接続は、リンク３０より先のモジュール５０として示さ
れている。モジュール３０および５０は、モジュール３
０が光ファイバ・ケーブルに、モジュール５０が撚り対
線にそれぞれ接続していることを除けば、同じである。

【００１８】処理装置が離れた場所に位置している場
合、処理装置２０からデスクトップまでの接続１０には
非常に長いケーブルが必要とされる。赤外線や高周波な
ど別の材料や技術が使用できたとしても、１０メートル
あるいは１００メートルを超える１Ｇｂｐｓ転送に利用
可能な、現在のところ最も実用的な媒体は、光ファイバ
である。多重モード・ファイバおよび１Ｇｂｐｓリンク
のコストは、急激に低下してきており、実用的な解決策
となってきている。光ファイバには、そうでなくてもと
にかく必要とされる、処理装置とデスクトップとの間の
電気的な絶縁が得られるという追加の利点があり、長い
ケーブルによる電磁障害（ＥＭＩ）の可能性が排除され
る。

【００１９】「デスクトップ上」での接続は、同一事務
所内でのすべての装置に対して行われる。したがって、
敷設されるケーブルは約５メートル未満となり、単一の
伝送にはシールド撚り対線４０で十分である。このケー
ブルは、２本の撚り対線データ線、電力線およびクロッ
ク線からなる。電力線は、チェーンに接続されたリンク
・モジュールに電力を供給するのに十分な電流を運び、
各ノードは、配布されたクロックを直列データおよびク
ロック回復用の基準クロックとして使用する。当然のこ
とながら、必要な場合、この機能のために光リンクを使
用することができる。

【００２０】処理装置からデスクトップへの接続は、デ
スクトップ上で使用されている媒体と異なる媒体を介し
ているため変換が必要となる。この変換は、最初のデス
クトップ入出力装置またはチェーン内の最初のモジュー
ル３０で行われ、このモジュールは一般に、表示装置２
５を連結するためのモジュールである。更に、ユーザが
デスクトップ入力装置の電源を随意にオン・オフできる
ようにするため、「最初」の装置３０は、「リンク電
力」をデスクトップ・ケーブルまで渡して接続を作動状
態にしておく必要がある。したがって、前述のとおり、
このシステムの要素は、リンク・モジュール３０、ホス
ト・インタフェース、および媒体アクセス・プロトコル
である。これらの要素のそれぞれについて、以下に詳し
く述べる。

【００２１】図２Ａに、モジュール５０および相互接続
ケーブル４０を全体的に図示する。図２Ａに示したよう
に、処理装置でもあるホスト・コンピュータ２０はリン
グ２２に連結されている。リングに沿った複数の位置に
は、前述のとおり、モジュール５０が挿入される。他の
リングと同様に、データは通常、一方向２４に流れ、リ
ングの終端から別方向２５で戻るものとして考えること
ができる。図に示したように、各モジュール５０はリン
グの両側に接続されており、追加のケーブルを最後のモ
ジュールに差し込むだけで延ばすことができる。各モジ
ュールには、下流のモジュールが存在するかを検出する
ための論理回路が含まれる。下流モジュールが存在しな
い場合、モジュールは、下流経路を上流経路に接続する
ことによって自動的にリングを終端させる。このトポロ
ジは、容易な構成性および拡張性を可能にする。リング
が動作中であっても、ノードを容易に追加または除去す
ることができる。このような配置によって、リングを容
易に既存のインタフェースに適合させることができ、適
切なインタフェースでモジュールに連結するだけで、非
互換のシステムを追加することが可能になる。

【００２２】図２Ａに示唆されるように、各モジュール
によって、入出力装置をリングの片側にあるものとして
考えることが可能になる。換言すれば、モジュール５０
の１つに連結された入出力装置からの出力は、まずリン
グ内を下流に進み、次いで上流にあるモジュールを再び
通過してホスト２０に戻る。各モジュールの、下流モジ
ュールの存在を検出する能力は、直列相互接続システム
のプロトコルによって提供されるが、これについては下
記で図２Ｂに関して説明する。

【００２３】図２Ｂに、リンク・モジュール５０を図示
する。このモジュールは、シリアル・リンクと呼ぶリン
クから入ってくるデータストリームからのセルのシーケ
ンスの抜出しおよび記述を行う。更に、モジュール５０
は、シリアル・リンク上に出ていくセルをフレーム化す
るという逆の機能をも有する。シリアル・リンクの書式
および設計については、１９９４年６月６日出願の、
「Ｈｉｇｈ ＳｐｅｅｄＳｅｒｉａｌ Ｌｉｎｋ Ｆｏ
ｒ Ｆｕｌｌｙ Ｄｕｐｌｅｘｅｄ ＤａｔａＣｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎ（全二重化データ通信用の高速シリ
アル・リンク）」と題する、本出願と同じ譲受人に譲渡
された同時係属の米国特許出願第０８／２５４，３２６
に詳しく記載されている。シリアル・リンク上の情報単
位はセルであり、かつモジュール・インタフェースは十
分に（ビット単位で）広いため、例えば、５０ｍＨｚ未
満といった低クロック周波数をホスト・インタフェース
およびデスクトップ入出力装置で使用することが可能と
なる。

【００２４】プラグ・アンド・プレー動作を可能にする
ために、リンク・モジュール５０は、デイジー・チェー
ンを形成する２つの双方向ポート１００を備える。これ
は、直列ビット・ストリームを１つのポートの入力から
次のモジュールのポートの出力に接続することによって
実現される。ただし、構成時に動的に経路を選択できる
ため、帯域幅の再利用の際に媒体アクセス制御層を補助
することが可能であり、電源の切れたまたは故障中の装
置を隔離することが可能になる。このため、リンク・モ
ジュール５０は、構成可能な３方向経路指定機能（ルー
タ）を含んでいる。この経路指定機能によって、入出力
装置インタフェースは、データストリームへのデータの
追加、データストリームからのデータの引出し、あるい
は単にデータを無修正で通過させるかを選択することが
可能になる。

【００２５】図３は、ＳＢＵＳ １１５とＩ／ＯＳＩＭ
Ｍ（入出力ＳＩＭＭ）１２０とを本明細書に記載のシス
テムに接続する、ホスト・インタフェース・カード１５
のブロック図である（ＳＢＵＳおよびＩ／ＯＳＩＭＭ
は、例えばＳｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社製の、
処理装置キャビネット内に設けられている）。これによ
って、試験通信および低帯域幅通信（キーボード、マウ
ス、音声など）をＳＢＵＳ １１５上で実施することが
可能になるが、表示装置およびビデオ・カメラによって
使用されるより高い帯域幅チャネルは、Ｉ／ＯＳＩＭＭ
１２０を使用してアクセスされる。インタフェース・
カードは、シリアル・リンク集積回路１２５、光送受信
装置１３０、およびリンク層制御論理回路１３５を含ん
でいる。ＳＲＡＭ１４０は、送信、受信およびＤＭＡ動
作用のセル・バッファとして、またセル制御情報を入れ
たセル記述子として使用することができる。論理回路の
実施には、ＦＰＧＡを使用するが、これは外部ＳＲＡＭ
１４０によってデータ・バッファリングがサポートされ
る。ＦＰＧＡに組み込まれた論理回路は、ＤｅｓｋＮｅ
ｔ^TM、Ｉ／ＯＳＩＭＭ、およびＳＢｕｓの活動を調整す
る。

【００２６】媒体アクセス層は、ビット誤りとノードの
輻輳が存在する場合でも信頼性のある通信を提供する。
簡略化のために、これは誤り検出および肯定応答によっ
て実施する。通信は、単一セル・サイズのスロット化リ
ングを使用して達成される。媒体アクセス制御層プロト
コルは、他のノードを割り込ませることのできる送信装
置によって全チャネル容量の利用を実現する。ある種の
セルについて肯定応答の実現は、帯域幅再利用の有効範
囲でのパケット・レベルの誤り制御が可能になるが、肯
定応答機構はまたフロー制御を可能にし、それによって
単純装置で限られた数（たとえば１）の再構成コンテク
ストを提供することが可能になる。最低保証容量は、
「呼出し承認」制御およびリングのパケット・レベル・
スケジューリングによって得られる。各ノードは、可能
な限りの全速度での伝送と保証速度での伝送の、１つま
たは２つのモードで動作する。

【００２７】本発明の別の特徴は、それによって帯域幅
管理を行うための技術である。このシステムでは、リン
グ内のセルの発信元解放および宛先解放のいずれも可能
である。従来技術によるシステムでは、発信元解放によ
って発信装置はセルの解放を行うことができるが、これ
は、データを発信元に返してからでないと帯域幅が再利
用ができないため、戻り経路を不必要に消費する。別の
従来技術の装置では、受信装置にデータをリングから除
去させる宛先解放が提供された。これには、データが正
しく受信されたかどうか、および宛先が更にデータを受
信できることを発信元が「知ること」ができなくなると
いう欠点があった。本システムでは、混合手法をとる。
可変サイズのパケットを、固定サイズのセルに分割す
る。各パケットの先頭および末尾のセルは発信元で解放
されるセルに指定されるが、介在するセルの残りものは
宛先で解放される。この技術では、リングの帯域幅を開
放するという利点があり、ほぼすべてのセルが受信ノー
ドによって解放され、任意の下流ノードで再利用でき
る。ただし、先頭および末尾のセルは解放されないた
め、発信元装置は依然として、データが宛先ノードによ
って正しく受信されたことの肯定応答、ならびに宛先が
その時点で更にデータを受け入れることができるか否か
の指示を受け取ることができる。

【００２８】リング上には、モニタと主局１５０の、２
つの管理エンティティがある。リングからのノードのホ
ット挿入およびホット除去は、物理的挿入作業、および
装置の「取外し」コマンドの実行の結果として呼び出さ
れるファームウェアによって実行される。モニタ１５０
は、リング・フレーム化構造の生成、ならびにリングを
構成するビットに与えられる可能な限り多くのセルを組
み込むことを受け持つ。リングのサイズが変化した場合
（例えば、ノードを新たに追加または削除したことによ
って）、モニタは、リングの「再フレーム化」を受け持
つ。たいていの場合、このような例を予定することは可
能であり、したがって再フレームはデータの脱落という
結果になる。主局は、呼出し許可、リングのパケット・
レベル・スケジューリングを受け持ち、またノードのス
ケジューリング情報（ピークおよび公平共用パラメー
タ）の発信元である。

【００２９】リングを１回だけ循環するためのフレーム
化構造には、フレーム情報（シリアル・リンクの再同期
化パターンを含むフレーム・マーカ、および正確なタイ
ム・スタンプ）と、それに続いてセルのシーケンスおよ
びそれに次ぐギャップ（リングを閉じるのに必要なビッ
ト数）が含まれる。セルは、ヘッダ、ペイロードおよび
トレーラからなる。ヘッダは、広域ＩＳＤＮ（ＢＩＳＤ
Ｎ）セル形式のＡＴＭネットワークとの相互接続をサポ
ートするために必要な機能から導出されたエレメントを
収容する。ヘッダおよびトレーラの残りのビットは、媒
体アクセス制御層を実施する。

【００３０】媒体アクセスはセルごとのものである。媒
体アクセス・プロトコルは、空セル・プロトコルであ
り、帯域幅の再利用を可能にするための宛先解放と、フ
ロー制御および信頼性を実現するための発信元解放を組
み合わせたものである。送信装置が、セル解放要求を発
行することによって他の端末を割り込ませる能力と共
に、リング容量を完全に得られるように準備がなされて
いる。

【００３１】主局は、帯域幅および異なるストリームが
必要とする適時性の知識、使用可能なバッファリング
量、ならびに受信装置での再構成コンテクスト数に基づ
いて送信を予めスケジュールする。送信装置には、ピー
ク速度と公平共用速度の２つの速度があり、その速度で
所定の時間に送信することができる。帯域幅の割り当て
はソフトウェアによって制御される。

【００３２】本発明によるシステムの別の特徴は、集中
化スケジューリングの実現である。追加のノードをシス
テムに追加した時点で、そのノードは、ノードの最低限
予想される必要性に合わせるのに十分な量の帯域幅を主
局に要求する。各局は、空セルを使用してデータをリン
グ上に載せることが可能なため、所定のセル数でリング
上に載ることができなかった場合、フラグを設定して効
率的にサービスされることを求める。フラグは、リング
中を循環するため、リング上の追加のモジュールはそれ
ぞれ、そのフラグを見て、局がどのように任意選択のセ
ル、すなわち最低限予想される必要性とは別のセルを利
用していても、それを無効にする。これらの空セルがフ
ラグが設定された局を通過すると、その局はその空セル
を使用して伝送を行うことができる。すべての局の最低
限予想される必要性の合計は、使用可能な帯域幅の１０
０％と定義される。

【００３３】各セルのヘッダには１つの管理ビット（Ｍ
Ｐ）および３つのＭＡＣビット（ＦＥ、ＡＲＱ、ＳＲ
Ｒ）が含まれるが、トレーラは単に１つのＭＡＣビット
（ＡＣＫ）から構成される。これらのビットは以下のよ
うに定義される。モニタ通過済み（ＭＰ）ビットは、非
空セルがモニタを通過する際にモニタ局によって設定さ
れる。モニタは、非空セルに設定されたＭＰビットを検
知すると、セルを開放し、ＭＰビットをクリアする。こ
れは、管理機能であり、「脱落」セルが絶えず循環する
問題を解決する。フル（ＦＥ）ビットは、ペイロードが
使用されるときを指定する。局は、ＦＥビットが設定さ
れていないセルを検知したときに送信可能となる。局
は、ＦＥビットの設定、ＭＰビットのクリア、転送バッ
ファからのヘッダおよびペイロード・データの複写によ
ってそれを行い、確認応答が必要な場合、ＡＲＱの設定
およびＡＣＫビットのクリアによって行う（以下に述べ
る）。

【００３４】確認応答要求（ＡＣＫ）ビットは、設定さ
れていない場合、宛先解放を要求する。これは、ＦＥビ
ットをクリアすることによって宛先が受信するときに実
行される。ＡＲＱが設定された場合、ＡＲＱは宛先に確
認応答を要求し、発信元解放を選択する。宛先は、ヘッ
ダを無修正のままにしておき、セルが受け取られたか否
かに応じてＡＣＫビットを修正する。次いで、発信元
は、ＦＥをクリアすることによってセルを開放する。

【００３５】スロット（もしくはセル）解放要求（ＳＲ
Ｒ）ビットは、セルから独立しており、そのピーク速度
から「公平共用」速度への後退において動作する、スケ
ジュールされた任意の送信装置に関連付けられ、またそ
れを必要とする。このような「後退した」送信装置は、
このビットがクリアされてリングが完全に循環したこと
を検知するまで、この状態に留まる。このねらいは、ス
ケジュールされていない伝送のためのセルを有する、あ
るいは十分な帯域幅を得ていない局が、このビットを設
定して他の局に公平共用速度に後退するように要求でき
るようにすることである。ヘッダにＡＲＱが設定されて
いる場合、ＡＣＫビットにこのセルの受信状態を記すの
に宛先が必要になる。１という値は、首尾良く受け取ら
れたことを示すが、値０は、失敗して再送信という結果
になったことを表す。

【００３６】パケットをセルの連続として送信する場
合、パケットの先頭と末尾のセルにはＡＲＱが設定さ
れ、その他のものではＡＲＱがクリアされる。再構成に
使用可能な再構成コンテクストもしくはバッファがない
場合、先頭セルは否定的に確認応答されることになる。
この場合、パケットの送信は初期段階で切断される。手
順の間に回線誤りが検出されず、再構成バッファがオー
バフローしなかった場合、末尾セルは肯定的に確認応答
される。この手法の重要な意味合いは、再構成はＡＲＱ
が設定されたセルによって開始されるだけであるという
ことである。

【００３７】ＡＲＱ／ＡＣＫを使用すると、必要な確認
応答機能（受信装置がパケットの再構成を開始し、完了
する）が提供されるため、大きいデータ・パケットが大
部分のセルを「再利用」できるようになる。単一セル・
パケットには再構成の必要がないため、常に単一セルを
受信することができる。このことは、制御セルを常に受
信することを可能にする。更に、重要な制御セルは、Ａ
ＲＱを設定されＡＣＫが受信されるまで再送信される。

【００３８】共用媒体ネットワークの特徴は、ブロード
キャスト／マルチキャスト機能である。このため、発信
元／宛先アドレスおよびポート番号ではなく、仮想チャ
ネル識別子（ＶＣＩ）がパケット・ヘッダに使用され
る。これは、ＢＩＳＤＮなどのネットワークとの統合を
容易にする。受信装置では、ＶＣ情報を含む参照用テー
ブルをアドレス指定するのにセル・ヘッダのＶＣＩフィ
ールドが使用できる。制御層から見て、必要な情報は、
無視（私ではなく）、複写（複写を取って渡す。ＡＲＱ
を無視する）、消費（最終的な着信先。確認しＡＲＱに
作用する）の、３つの状態の１つからなる。ＶＣＩフィ
ールドのサイズは、リング上の同時に起こるＶＣの数に
よって決定され、通常、１６となる。

【００３９】システムの起動によって、局内のＶＣテー
ブルがブートストラップＶＣＩ上の「消費」エントリと
共に初期化されると、それに続いて局は、周期的（低周
波数）に「構成してください」というメッセージを、主
局が監視しているその先の周知のＶＣ上に送信する。主
局は、このようなメッセージを受け取ると、セルを発行
して関連する局を構成し、ブートストラップＶＣを同時
に使用不能にしているＶＣを制御する。

【００４０】以下の表１に、図３に概略的に示したバッ
ファの論理マッピングを例示する。セルのサイズは６４
バイトであり、セル記述子は３２ビット幅である。送信
バッファ・プールには６４個のセル、受信バッファ・プ
ールには４８個のセル、ならびにＤＭＡバッファ・プー
ルには８個のセルがある。セル記述子は、１２８個あ
る。図４に、ＳＸ内にインプリメントされた制御レジス
タおよびＳＲＡＭの機構を示す。

【００４１】以下に、送信と受信の手順を述べる。 PA[23:22] PA[21:20] PA[12:0] レジスタ 00 xx 0x0000-0x1FFF ＦコードＰＲＯＭ 01 00 0x0000-0x00FF 状態レジスタ（8ビット） 01 0x0000-0x00FF 命令レジスタ（8ビット） 11 0x0000-0x00FF ダウンロードIOX(XC4025） 10 00 0x0000-0x01FF 記述子（128×32ビット、8セル） 01 0x0000-0x001F ＤＭＡバッファ（8セル） 10 0x0000-0x0FFF 送信バッファ（64セル） 11 0x0000-0x0CFF 受信バッファ（48セル） 11 xx ダウンロードSX(XC4013)

【００４２】図５に、送信セル記述子および送信バッフ
ァの書式を示す。送信に関しては、初期化の際に、すべ
ての送信バッファおよび対応する記述子がリセットされ
る。デバイス・ドライバは、送信バッファを管理し、空
セルおよび対応する記述子を割り当てる。送信バッファ
と対応する記述子のアドレスは、同一の最下位ビットを
有しているため、記述子アドレスを使用してセル・バッ
ファにアクセスすることができる。

【００４３】送信されるデータは、ドライバによって割
り当てられたＴＢＵＦセル内に格納され、対応する記述
子は更新される。次いで、ドライバは、送信される先頭
の記述子のアドレスと共にＳＸ内の送信命令レジスタに
送信命令を記述する。状態レジスタ内に、状態ビットＴ
ＢＵＳＹが設定される。

【００４４】次いで、データは、先頭の記述子に従って
送信され、記述子内のブロック番号フィールドが０に達
するまで、正方向記述子ポインタを追従する。記述子内
には、状態ビットＩＮＴがある。デバイス・ドライバ
は、記述子が記述される際にこのビット・フィールドを
更新する。セルの送信が完了すると（記述子内に終了ビ
ットが設定される）、ＳＸは、ＩＮＴビット・フィール
ドが設定されていればＣＰＵに割り込みをかけ、命令レ
ジスタ、および状態レジスタ内のＴＢＵＳＹビットをク
リアし、またバッファを開放する記述子（記述子内のＦ
／Ｅビット）をリセットする。状態レジスタ上でマスク
（Ｒ／Ｗ）操作を行うには、マスク・レジスタが使用さ
れる。最後に、ドライバは開放状態にある送信バッファ
のリストを更新する。

【００４５】図６に、受信バッファ記述子の書式を示
す。データを受信するために、受信バッファは環状バッ
ファとして編成され、多重コンテクストで多重セルのデ
ータストリームの受信をサポートする。セルが受信され
ると、セルの発信元ＩＤ部分を使用して記述子内に割込
み許可ビットが書き込まれる。この割込み許可のための
参照用テーブルのアドレス指定をした発信元ＩＤは、デ
バイス・ドライバによって管理することができる。

【００４６】各セルの受信動作が完了すると、ＦＥビッ
ト・フィールドが設定され、割込み許可ビットが設定さ
れていれば割込みが発生する。そうでない場合、受信動
作は継続する。１つのＲＢＵＦ（１６セル）が満たされ
ると、割込みが発生し、それによってドライバはこれら
の満たされたバッファを空にすることができる。ｒｅｃ
＿ｂｕｆレジスタの内容をｒｅｃ＿ｎｅｘｔに置き換え
ることによって、受信動作を継続させることができる。
割込みを受信すると、ドライバはまず、ｒｅｃ＿ｎｅｘ
ｔに書き込み、データを送信する。第３のＲＢＵＦは、
ＲＢＵＦから記憶装置への送信が受信速度よりも低速の
場合のために用意されている。ポインタ・レジスタは、
新たなセルを受信するに従って、その内容を増分するこ
とができる。セルによる割込み許可されたセルが着信す
る、あるいは受信ＲＢＵＦが満たされると、ＳＸ状態レ
ジスタ内の対応する割込みビット・フィールドがオンに
なる。状態レジスタの対応するビット・フィールドに
（マスク・レジスタを使用して）０を書き込むことによ
って、いずれの割込みもクリアすることができる。

【００４７】次に、直接メモリ・アクセス（ＤＭＡ）に
ついて述べ、図７にその書式を示す。合計で８つのＤＭ
Ａバッファがあり、２つのバッファは送信用、ならびに
６つのバッファは受信用である。ＤＭＡ送受信は、ＳＸ
がＤＭＡバッファとメモリとの間のデータ転送を開始し
て取り扱うことを除いて、前述のドライバ駆動型の送受
信動作と同様に始まる。１６記述子（下の部分にある）
は、ＤＭＡバッファに使用可能である。ＤＭＡバッファ
ごとに２つの記述子が使用されるが、一方はＤＭＡ開始
アドレス用であり、他方は状態やサイズなどのためのも
のである。

【００４８】送信のために、ＤＭＡ記述子が書き込まれ
（ＳＸはこのイベントを検出可能）、送信に続くＤＭＡ
転送を開始する。送信が完了すると、ＣＰＵは割込みを
受けることになる。ＳＸ状態レジスタ割込みフィールド
は、どの送信バッファが転送を完了したかを示す。２つ
の別々のチャネルに、２つの送信ＤＭＡバッファを使用
することができる。一方のチャネルが全稼動状態の間
（ＤＭＡ記述子内の状態ビットによって示される）、新
たな記述子を書き込むことによって、他方のチャネルを
起動することができる。全稼動ビットおよびサイズ・フ
ィールドは、ドライバによって書き込まれ、ＳＸによっ
てクリアまたは更新される。ＳＸは、１度に１チャネル
しか処理しないが、両チャネルが使用中の場合、２つの
チャネル間で交番する。片方のチャネルに優先ビット・
フィールドが設定されている場合、ＳＸはそのチャネル
を最初に処理する。

【００４９】受信に関して、ＤＭＡ転送およびデータは
２つのＤＭＡチャネルの片方のバッファに格納されるた
め、確認には着信するデータの発信元ＩＤが使用される
（ＬＵＴ）。各チャネルには、３つのバッファがあり、
ＲＢｕｆと同様に管理される。ヘッダおよびテール・ポ
インタは、ＳＸによって管理される。受信バッファがい
っぱいになると、ヘッダ・ポインタは増分され、ＳＸは
対応する記述子に従ってＤＭＡ転送を開始する。ＤＭＡ
転送の終了時に、記述子のサイズ・フィールドは減分さ
れる。ヘッダ・カウントとテール・カウントの差が２に
なっている場合、あるいは未処理のＤＭＡ転送が完了し
た場合、ＳＸは割り込みを起こす。

【００５０】モニタは、リング・フレーム化構造の生
成、ならびにリング内で循環するビットに与えられる可
能な限り多くのセルを組み込むことを受け持つ。図８
に、モニタのブロック図を示す。リングのサイズが変化
した場合、モニタはリングを再フレームする。初期化の
際、２地点間リンクが確立されてから通信はリングとし
て始まる。２地点間リンクの確立は当初、各ノードまで
である。

【００５１】初期化プロトコルは、すべてのリンクがう
まく確立されたことを確認する。次いで、リング初期化
プロトコルが動作してリングに接続されたノードを識別
し、リング・フレーム構造を構成する。単一循環用のフ
レーム構造は、制御ヘッダ（３２ビットのタイムスタン
プ、同期パターン、現在のリング・フレーム中のセル数
など）であり、それに続いてセルとなり次いでギャップ
となる（リングを閉じるためのビット数）。セル（４４
８ビット）は、ヘッダ（３２ビット）、ペイロード（３
８４ビット）、およびトレーラ（３２ビット）からな
る。モニタは、少なくとも１つのセルを伴ったリングを
初期化する。リングがセルより短い場合、モニタは遅延
段を挿入し、セルにヘッダとギャップを加えたものより
リングを長くする。

【００５２】リング管理プロトコルは、各ノードにある
種のパラメータを設定して初期化値でリングフレームを
開始することによって、リング通信を初期化する。リン
グ管理プロトコルはまた、リング構造のどのような変化
も監視し、同期パターンを周期的に発信してすべてのリ
ンクが同期化されていることを確認することを受け持
つ。図９に、リング・フレーム構造およびパケット・セ
ルの書式を示す。

【００５３】媒体アクセス局は、セル許可、リングのパ
ケット・レベル・スケジューリング、ならびに各ノード
に関するその他の制御（フローおよび誤り制御）を受け
持つ。初期化の際、ＶＣ参照用テーブルは、１つの初期
化セルを有するために初期化されることになるが、その
他すべてのセルはリセットされる。セルがノードに着信
すると、局は、各セルのヘッダ（参照用ＶＣテーブル）
を確認してセルを受信するか否かを決定する。セルが受
信しているノード用でない、あるいは空である場合、そ
のセルは送信装置に知らせられることになる。そうでな
い場合、受信されたセルは、受信バッファに載せられ、
そのセルは適当にマークされることになる。受信された
セルに関して、セルのペイロード部分が受信バッファに
書き込まれるので、ＣＲＣ検査が実行されることにな
る。

【００５４】以上、本発明による高速シリアル・リンク
・デスクトップ相互接続の好ましい実施形態に関して述
べた。付属の請求の範囲から逸脱することなく、前述の
実施形態に様々な修正を加えることができることが理解
されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本明細書で述べた技術を使用して構成された
典型的なデスクトップ・コンピュータを示す図である。

【図２】 リング通信システムのトポロジ全体を示す図
（Ａ）とリンク・モジュールを示す図（Ｂ）である。

【図３】 バッファの論理マッピングを示す図である。

【図４】 制御レジスタおよびＳＲＡＭの機構を示す図
である。

【図５】 セル記述子および送信の書式を示す図であ
る。

【図６】 受信バッファ記述子の書式を示す図である。

【図７】 直接メモリ・アクセス記述子の書式を示す図
である。

【図８】 モニタのブロック図である。

【図９】 リング・フレーム構造およびセルの書式を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 接続、 ２０ 処理装置、 ２２ リング、２５
ビデオ・ディスプレイ、 ３０ リンク・モジュー
ル、 ４０ 接続、 ５０ リンク・モジュール ５２ キーボード、 ５４ 画像源、 ５８ 音声装
置、 ６０ ＳＣＳＩバス、 ７０ 非同期転送モード
・バス、 １００ 双方向ポート、 １１５ ＳＢＵ
Ｓ、 １２０ Ｉ／ＯＳＩＭＭ、 １２５ シリアル・
リンク集積回路、１３０ 光送受信装置、 １３５ リ
ンク層制御論理回路、 １４０ デュアルポートＳＲＡ
Ｍ、 １５０ モニタおよび局。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デレーク・マコーリー イギリス国・スコットランド・グラスゴ ウ・リリーバンク ガーデンズ・デパート メント オブ コンピューティング・サイ アンシーズ・（番地なし) (72)発明者 ニール・ウィルヘルム アメリカ合衆国 94025 カリフォルニア 州・メンロ パーク・プロスペクト スト リート・2110 (72)発明者 ジェイ・デュアン・ノースカット アメリカ合衆国 94087 カリフォルニア 州・サニーヴェイル・ワクスウィング ア ヴェニュ・1621

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理装置に連結された複数の周辺機器間
   で通信を行うためのシステムであって、 処理装置から延び、処理装置がデータを周辺機器に送信
   する下流通信経路と、周辺機器から処理装置に至る周辺
   機器がデータを処理装置に送信する上流経路とを形成す
   るように、処理装置に接続されたシリアル通信リング
   と、 そのリングに連結され、それぞれが少なくとも１つの周
   辺機器をリングへ接続し、かつ上流経路と下流経路の両
   方に接続する１対の双方向通信ポートを有する複数のモ
   ジュールとを備えるシステム。
2. 【請求項２】 各モジュールが更に、 アドレス指定先の周辺機器によってデータがリングから
   読み取られたとき、後で他のモジュールが使用できるよ
   うにセルの先頭部分を解放し、かつその周辺機器にアド
   レス指定された送信の少なくとも１つのセルを解放せ
   ず、それによって解放されていない少なくとも１つのセ
   ル中のデータが、アドレス指定先の周辺機器によってデ
   ータが正しく受信されたことを発信元に示す表示として
   リング上に残す論理回路を備える、 ことを特徴とする、データが送信元から特定の宛先にア
   ドレス指定されたセルの形でリング上に送信される請求
   項１に記載のシステム。
3. 【請求項３】 前記論理回路が、最初と最後のセルを除
   くすべてのセルを解放することを特徴とする請求項２に
   記載のシステム。
4. 【請求項４】 発信元のモジュール内の論理回路が、宛
   先のモジュールの論理回路によって解放されなかったす
   べてのセルを解放することを特徴とする請求項３に記載
   のシステム。
5. 【請求項５】 処理装置に連結された複数の周辺機器間
   で通信を行うシステムであって、 処理装置から延び、処理装置がデータを周辺機器に送信
   する下流通信経路と、周辺機器から処理装置に至る周辺
   機器がデータを処理装置に送信する上流経路とを形成す
   るように、処理装置に接続されたシリアル通信リング
   と、 アドレス指定先の周辺機器によってデータがリングから
   読み取られたときに、後で他のモジュールが使用できる
   ようにセルの先頭部分を解放し、かつその周辺機器にア
   ドレス指定された送信の少なくとも１つのセルを解放せ
   ず、それによって解放されていない少なくとも１つのセ
   ル中のデータが、アドレス指定先の周辺機器によってデ
   ータが正しく受信されたことを発信元に示す表示として
   リング上に残す論理回路をそれぞれが備えている、リン
   グに連結された複数のモジュールとを備えるシステム。
6. 【請求項６】 前記論理回路が、最初と最後のセルを除
   くすべてのセルを解放することを特徴とする請求項５に
   記載のシステム。
7. 【請求項７】 発信元のモジュール内の論理回路が、宛
   先のモジュールの論理回路によって解放されなかったす
   べてのセルを解放することを特徴とする請求項６に記載
   のシステム。
8. 【請求項８】 処理装置に連結された複数の周辺機器間
   で通信を行うシステムであって、 処理装置から延び、処理装置が周辺機器にデータを送信
   する下流通信経路と、ならびに周辺機器から処理装置に
   至る、周辺機器が処理装置にデータを送信する上流経路
   とからなり、所定のセル数を有して処理装置に接続され
   たシリアル通信リングと、 各モジュールが少なくとも１つの周辺機器をリングへ接
   続し、モジュールの１つが主モジュールとして働いて所
   定数のセルを割り振り、かつ各モジュールが少なくとも
   ある最低数セルに割り振られ、新たなモジュールがリン
   グに接続される度にセルが再割り振りされる、リングに
   連結された複数のモジュールとを備え、 各モジュールが、空セルがある場合にはデータをリング
   上に置き、かつ空セルがない場合はすでに使用されてい
   るセル中で特別なビットを設定するための送信論理回路
   を含み、 各モジュールが、別のモジュールによって特別なビット
   が設定されていることを検出すると、そのセルの使用を
   最低数まで減らす受信論理回路を含むことを特徴とする
   システム。
9. 【請求項９】 コンピュータ処理装置に連結され、ビデ
   オ・ディスプレイを含む周辺機器間で通信を行うための
   システムであって、 ホスト・インタフェースを介してコンピュータ処理装置
   に連結された光ファイバ・ケーブルと、 光ファイバ・ケーブルおよびビデオ・ディスプレイに連
   結された第１リンク・モジュールと、第１リンク・モジ
   ュールに連結され、少なくとも１つの第２リンク・モジ
   ュールまで延びる撚り対線ケーブルと、 少なくとも１つの第２リンク・モジュールに連結された
   追加のコンピュータ周辺機器とを備えるシステム。
10. 【請求項１０】 少なくとも１つの第２リンク・モジュ
    ールが、撚り対線によって直列に相互接続された複数の
    リンク・モジュールを具備し、別々のコンピュータ周辺
    機器がこのようなリンク・モジュールにそれぞれ接続さ
    れていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 【請求項１１】 第１リンク・モジュールが、 光ファイバ・ケーブルに連結され、リンク・モジュール
    に連結されたビデオ・ディスプレイとの間で通信ができ
    るようにする第１および第２双方向ポートと、 それぞれのポートに連結され、そのモジュールに連結さ
    れた周辺機器への通信を提供するかどうかを選択するた
    めのルータを具備することを特徴とする請求項１０に記
    載のシステム。