[发明专利]用于串行接口的仲裁方案

说明书

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及在一台主机设备和一台外围设备之间通过串行接口进行的数据通信。

在部件之间常常宁愿使用串行接口而不用并行接口。使用串行接口传送数据可以显著节省成本。传送串行信息的媒质成本要小于并行接口。如果使用有线连接，设备之间需要的线路更少；如果使用无线连接，设备之间需要的信道更少。由于互连端口(例如集成电路上的基座或印刷电路板上的引线)在成本上常常高于在并行和串行格式之间转换数据需要的电路，通信设备的成本也将更低。而且，特别是在集成电路设计中，从成本和可行性的角度考虑，可用的互连端口数常常固定受限。通常，为了获得串行接口的优点，需要为往来于各台设备之间的通信分配单信道的通信路径。

不过，与并行接口相比，串行接口也带来一些限制。并行接口本质上要比串行接口速度快，因为并行接口中信息的多个比特被同时发送。但另一方面，在某些极高速的应用中，并行接口引线之间的延迟抖动会带来麻烦，最好使用极高速串行接口。为了提高竞争力，串行接口通常必须工作在与速度相关的可用频谱高端。例如，假设接口必须提供每秒8兆比特的速率，一个8比特并行接口可以设计为8条互连通路或信道，每条工作在1兆比特。另一方面，串行接口必须设计为具有一条工作在每秒8兆比特的互连信道。由于通常要求更高的互连速率，串行接口要受到可用在较低速率下的设计选样方案的限制。

用于单信道通信的一种公共协议是“冲突避免”协议。当设备有信息要发送时，它等待通信信道出现一个静寂周期，然后广播其信息。设备通过在通信之前等待信道未被使用，不会干扰已经使用单通信信道的另一设备。但是在这种协议中，两台设备可能都在监听信道并都检测到一个静寂周期，然后都在这单条信道上开始各自的发送。两个(或多个)发送在单信道上同时进行被称为一次“冲突”，任何一个发送信号在其预定的接收机处都无法恢复。为了补救发生的冲突，传统的协议提供了一种冲突恢复方案。通常，协议要求每个发射机监听信道以检测冲突，并在检测到冲突时进行相应的处理。通常，相应的处理是停止发送(常被称为“退避”)，然后在检测到下一静寂周期时重新开始发送。为了避免在发生一次冲突的相同设备之间再次发生冲突，协议通常要求每台设备在一段随机时长的静寂周期之后尝试重传。根据这种方式，随机时长较短的设备将开始发送，随机时长较长的设备将检测到这次发送，并等待下一静寂周期。

冲突检测是一种颇为复杂的处理，因为来自一台设备的信息发送通常将干扰在同一信道上接收的来自另一设备的可能发送信号。一般来说，冲突检测要求发射机发射的信号可被来自另一设备的发送信号所盖过。例如，发射机发射的可以既不是逻辑高电平，也不是逻辑低电平，而是“发射”一个高阻状态。发射设备在高阻状态持续期间监听通信信道。如果该发射机是在通信信道上发送信号的唯一发射机，通信信道将保持高阻状态或漂移到一个已知逻辑状态。另一方面，如果另一发射机在这条信道上发射，通信信道将根据其他发送信号而改变状态。当发射的设备检测到状态变化时，就判断出现冲突，于是进行退避，并在下一静寂周期尝试重传。同样，因为冲突会破坏每台设备的发送，另一发送的设备也要监听冲突，并在检测到冲突时退避。对于本领域的技术人员来说，当信道上的业务量增加时，由于每次冲突之后的反复重传，冲突发生的可能及其对传输速率的不利影响显然会成倍增长。

冲突检测-退避-重传方案对于高速外围设备(例如磁盘、CD等)特别不利。通常，外围设备在特定的时刻访问数据，例如当旋转磁盘的对应区域处于设备读头之下时。如果数据在可以访问时无法发送，外围设备必须包含一个存储缓冲区来保留数据直到下次发送，或者空转，从而导致传送速率降低。在等待重传机会时引入的附加冲突或附加延迟将需要附加存储缓冲区，或者终止数据访问，直到缓冲区空间可用。另外，由于冲突的随机性和前面提到的它与业务量的相关性，很难在不提供过量存储区的前提下确保特定的传输速率。也就是说，为了在无论冲突影响如何的情况下确保特定的传输速率，所提供的存储量必须足以缓存最坏冲突情况下的数据；因此，在具有平均冲突发射概率的正常操作期间，将不会用到为补救冲突所提供的大部分存储区。

本发明的一个目的是提供一种方法和装置，用于具有独立于冲突发生概率的传输速率的串行通信。本发明的另一个目的是消除在外围设备中进行冲突检测的要求。本发明还有一个目的是使对外围设备中存储缓冲区的需要减缩至最小。