计算设备扩展方法和装置、以及可扩展的计算系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算设备扩展技术，具体地，涉及计算设备扩展方法和装置以及可扩展的计算系统。
【背景技术】
[0002]随着嵌入式计算机技术的发展，计算设备的集成度越来越高，性能及功能越来越强大，其复杂度也不断提高。
[0003]计算设备不仅包括计算机中使用的通用处理器，还包括将处理器与外围电子系统集成在一个芯片中的片上系统(简称为SoC)。片上系统是客户定制的或面向特定用途的标准产品，虽然这样可以降低制造成本，但却存在着扩展性差的问题。现有的计算设备(尤其是SoC)在通用性和经济性方面存在着难以调和的矛盾。系统开发人员试图设计出可以满足各种用户需求的单芯片计算设备，但实际上很难满足不同用户在不同应用中的定制需求。
[0004]图1示出现有的计算系统的示意性框图。计算系统100包括计算设备101 (例如SoC)和外部存储器102 (例如RAM)。外部存储器102是计算设备101的外围设备。计算设备101和外部存储器102之间经由内存总线传输数据信号以及地址和控制信号。
[0005]针对用户的定制需求，计算系统100的扩展方式包括:利用软件实现或利用板级资源添加新功能。在利用软件实现新功能时，将占用计算设备101的计算能力，从而导致计算系统100的性能下降。在利用板级资源添加新功能时，将占用硬件和接口资源，例如高速I/O, ADC, DAC 等。
[0006]在计算设备101为SoC并且外围设备为现场可编程门阵列(FPGA)的情形下，希望在二者之间提供高带宽的通信互连。现有的板级资源难以满足所述带宽需求。如果板级系统未预留硬件和接口资源，则不可能添加新功能。此外，利用板级资源添加新功能还将导致硬件设计和软件管理复杂化。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种计算设备扩展方法和装置、以及可扩展的计算系统。
[0008]根据本发明实施例的一方面，提供一种设备扩展装置，包括:第一端口，用于经由内存总线与外部的计算设备相连；第二端口，用于经由内存总线与外部的存储器相连；以及第三端口，用于经由用户自定义总线与外部的扩展功能单元相连，其中，所述设备扩展装置根据从计算设备传送的内存总线信号产生选择信号，使得第一至第三端口中的任一个端口与第一至第三端口中的其余两个端口中的一个端口相连，从而提供内存总线的路由功能，所述内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。
[0009]优选地，所述设备扩展装置还包括:第一数据缓冲器，用于缓存经由第一端口传送的数据信号；第二数据缓冲器，用于缓存经由第二端口传送的数据信号；第三数据缓冲器，用于缓存经由第三端口传送的数据信号；译码器，用于根据经由第一端口传送的地址和控制信号，产生所述选择信号；以及数据复用模块，用于根据选择信号，将第一至第三数据缓冲器中的至少两个数据缓冲器相连。
[0010]优选地，数据复用模块包括至少一个多路复用器。
[0011]优选地，所述设备扩展装置还包括旁路开关阵列，所述旁路开关阵列根据选择信号，选择性地将地址和控制信号从第一端口传送至第二端口。
[0012]优选地，第一至第三数据缓冲器中的至少两个数据缓冲器选通。
[0013]优选地，所述译码器根据地址和控制信号中的片选信号和/或地址信号产生选择信号。
[0014]优选地，所述地址信号包括地址数据和保留数据，所述保留数据指示存储操作或扩展通信操作。
[0015]根据本发明实施例的另一方面，提供一种可扩展的计算系统，包括:上述的设备扩展装置；计算设备，经由内存总线与设备扩展装置的第一端口相连；存储器，经由内存总线与设备扩展装置的第二端口相连；以及扩展功能单元，经由用户自定义总线与设备扩展装置的第三端口相连。
[0016]优选地，所述计算设备为选自通用处理器和片上系统中的一种。
[0017]优选地，所述扩展功能单元的功能是可配置的。
[0018]优选地，所述扩展功能单元为现场可编程门阵列。
[0019]优选地，所述设备扩展装置在存储操作时第一端口和第二端口的数据信号以及地址和控制信号是对称的。
[0020]优选地，所述计算系统还包括具有第一内存插槽的主板，设备扩展装置的第一端口提供插脚，用于与第一内存插槽相连，设备扩展装置的第二端口提供第二内存插槽，用于与存储器相连，设备扩展装置的第三端口提供扩展接口，用于与扩展功能单元相连。
[0021]根据本发明实施例的另一方面，提供一种设备扩展方法，包括:计算设备经由内存总线向设备扩展装置传输内存总线信号；设备扩展装置接收所述内存总线信号，并根据所述内存总线信号产生选择信号；所述设备扩展装置根据所述选择信号提供计算设备、外部扩展功能单元和外部存储器之间的访问路径，所述内存总线信号包括数据信号以及地址和控制信号。
[0022]优选地，所述设备扩展装置根据所述内存总线信号产生选择信号包括:译码器根据地址和控制信号中的片选信号和/或地址信号产生选择信号。
[0023]优选地，所述设备扩展方法提供以下访问路径中的至少之一:计算设备直接访问设备扩展装置，外部扩展功能单元直接访问设备扩展装置，计算设备经由设备扩展装置访问外部存储器，外部扩展功能单元经由设备扩展装置访问外部存储器，以及计算设备经由设备扩展装置访问外部扩展功能单元。
[0024]优选地，所述设备扩展装置包括:第一端口，用于经由内存总线与外部的计算设备相连；第二端口，用于经由内存总线与外部的存储器相连；第三端口，用于经由用户自定义总线与外部的扩展功能单元相连；第一数据缓冲器，用于缓存经由第一端口传送的数据信号；第二数据缓冲器，用于缓存经由第二端口传送的数据信号；第三数据缓冲器，用于缓存经由第三端口传送的数据信号；译码器，用于根据经由第一端口传送的地址和控制信号，产生所述选择信号；数据复用模块，用于根据选择信号，将第一至第三数据缓冲器中的至少两个数据缓冲器相连；以及旁路开关阵列，所述旁路开关阵列根据选择信号，选择性地将地址和控制信号从第一端口传送至第二端口。
[0025]优选地，所述计算设备经由设备扩展装置访问外部存储器包括:在读操作中，计算设备发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出计算设备发出的指令为计算设备对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，存储器的相应数据信号依次提供给第二数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，计算设备读取第一数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，计算设备发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出计算设备发出的指令为计算设备对外部存储器的写操作，旁路开关阵列打开，地址和控制信号经旁路开关阵列传递到外部存储器；计算设备发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第二数据缓冲器，外部存储器根据接收到的地址和控制信号将第二数据缓冲器的数据写入到存储器相应地址。
[0026]优选地，所述计算设备经由设备扩展装置访问外部扩展功能单元包括:在读操作中，计算设备发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出计算设备发出的指令为计算设备对扩展功能单元的读操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展功能单元；扩展功能单元根据接用户总线控制器发出的地址和控制信号，扩展功能单元的相应数据信号依次提供给第三数据缓冲器、数据复用模块选择、第一数据缓冲器，计算设备读取第一数据缓冲器缓存的数据；在写操作中，计算设备发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出计算设备发出的指令为计算设备对扩展功能单元的写操作，旁路开关阵列关闭，地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展功能单元；计算设备发出数据信号，数据信号依次经过第一数据缓冲器、数据复用模块、第三数据缓冲器，扩展功能单元根据用户总线控制器发出的地址和控制信号将第三数据缓冲器的数据写入到扩展功能单元相应地址。
[0027]优选地，所述外部扩展功能单元经由设备扩展装置访问外部存储器包括:在读操作中，计算设备发出地址和控制信号给译码器和旁路开关阵列，译码器对地址和控制信号进行译码，解析出计算设备发出的指令为扩展功能单元对外部存储器的读操作，旁路开关阵列打开，同时地址和控制信号经译码器译码后由用户总线控制器发出地址和控制信号给扩展功能单元；外部存储器根据接收到的地址和控制信号后，存储器的相应数据信号依