説明

ICアーキテクチャを再構成するための方法および装置

再構成可能なハードウェア・アーキテクチャが、ICアーキテクチャ15の静的な部分および再構成可能な部分をそれぞれ定義するASIC 19および埋め込みFPGA 18をシステム・オン・チップ1の形で備えている。着信するイーサネットまたは他の形式のパケットがパケット・フィルタ14に渡され、パケット・フィルタ14が、これらのパケットに再構成データが含まれていることを検出する。この再構成データを用いてFPGA 18が更新される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、集積回路(IC)アーキテクチャを再構成する方法および装置に関し、より詳細には、静的な部分と、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)に埋め込まれたフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)などの再構成可能な部分とを有するICアーキテクチャを再構成するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
様々な特性を有する種々のICアーキテクチャが提供されていて、設計者は、特定の目的に最も適した、例えば、通信システムにおける信号処理に最も適したものを選択するための選択肢が与えられている。
【0003】
ASICには多くの利点がある。ASICは、一般的には、比較的低電力で動作し、大量に製造すれば、製造コストが廉価になる可能性がある。さらに、ASICは、電力消費が比較的小さいために冷却の要件が軽減されるので、システム内で、より高密度に実装することができる。このことは、システムがますます複雑および高度になり、処理能力の向上が求められるようになるにつれて重要になる。しかし、既存のASICを訂正または更新することは不可能である。エラーの場合、またはプロトコルの標準が変更された場合には、高額で時間がかかるリスピンが必要であり、回路パックを現場で交換しなければならない。十分に確立された標準およびプロトコルに基づいて動作する機器の場合、査定の結果により、最初に構成された設計に以降の変更が必要になるリスクが低いことが判明していれば、製造者はシステムにASICを使用することを決めてもよいだろう。通信システムにおける確立されたSDH/SONET機能の場合、このリスクは対応可能であり、ASICは広く使用されている。
【0004】
ASICの代替としてFPGAがある。FPGAは、製造後に再構成できるので、多様性が向上している。しかし、FPGAは、ASICに比べて、製造コストが高く、消費電力が著しく大きいという重大な欠点がある。消費電力が大きいと、十分な冷却を行えないために、潜在的な全機能が引き出せなくなる可能性がある。例えば、典型的なASICは、コストが200ドル、消費電力が4Wであって、同等のFPGAは、コストが約400ドル、消費電力が12Wということがありうる。FPGAの代替としてネットワーク・プロセッサ(NP)が使用できるが、そのコストおよび消費電力は、一般的には、FPGAのそれより大きい。
【0005】
標準化が完了していなくて、変更されやすい新興技術または新興分野、例えば、一部の通信分野では、製造者は、機器のデプロイメント後の変更を実施するためにASICを回収して再実装しなければならないという高いリスクを負う可能性がある。そのため、製造者は、必要な柔軟性を得るために、満足度の低いFPGAの使用を余儀なくされることがある。
【0006】
ASICの利点をFPGAの柔軟性と共に生かす1つの提案は、1つのICアーキテクチャの中で2つのタイプを結合させることである。アーキテクチャの最も安定した部分はASICによって実装し、アーキテクチャの定義が十分になされていない部分には、要件が変更されたときに調整ができるように、またはバグが起こりやすく後で修正が必要になりそうな部分にはFPGAを埋め込む。FPGAは、実装後に、ソフトウェアが更新されるときに命令をダウンロードすることにより再構成できる。
【0007】
光ネットワークで使用される信号処理製品のための別の提案は、再構成が必要になったとき、FPGAに再構成の命令を送信するために使用される専用チャネルを備えることである。光転送プロトコルの「OTN」(Optical Transport Network(光転送ネットワーク))のオーバヘット・チャネルが使用されることが推奨される(ITU−T G.709の「Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)」およびITU−T G.789の「Characteristics of the Optical Transport Network hierarchy equipment functional blocks」を参照)。この方法は、OTNシステムに対してのみ使用可能であり、OTNネットワーク、および再構成データ転送のための各システムとの専用OTN接続が必要である。他の種類のシステムは、この方法ではアップグレードできない。おそらく非現実的に高価なOTNインターフェースがシステムに追加されても、再構成データを転送するためには既存のOTNネットワークが必要であろう。
【0008】
OTNシステム内で専用の転送チャネルを使用して再構成データを転送する同様の概念が、Mateusz Majerによる修士論文「Evaluation of Reconfigurable Architectures for Overhead Processing in Optical Transport Networks」(Technical University of Darmstadt、2003)およびAshok−Kumar Chandra−Sekaranによる修士論文「Reconfigurable RISC core based architecture for overhead processing in Optical Transport Network」(University of Karlsruhe、2004)で解説されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】ITU−T G.709、「Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)」
【非特許文献2】ITU−T G.789、「Characteristics of the Optical Transport Network hierarchy equipment functional blocks」
【非特許文献3】Mateusz Majer、「Evaluation of Reconfigurable Architectures for Overhead Processing in Optical Transport Networks」(Technical University of Darmstadt、2003)
【非特許文献4】Ashok−Kumar Chandra−Sekaran、「Reconfigurable RISC core based architecture for overhead processing in Optical Transport Network」(University of Karlsruhe、2004)
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様によれば、静的な部分および再構成可能な部分を有する集積回路(IC)アーキテクチャを再構成する方法は、ICアーキテクチャに、再構成パケットに入れられた再構成データを送信するステップを含む。再構成パケットに入れられた再構成データは、ICアーキテクチャの再構成可能な部分を再構成するために使用される。この方法は、潜在的に、様々な技術に基づいた広範囲なシステムに適用できる、強力で柔軟で廉価な方法を提供し、例えば、OTNシステムのみに限定されない。さらに、遠隔地から1回の操作で多数のICアーキテクチャを再構成することが可能な場合がある。
【0011】
本発明による方法では、再構成パケットは、例えば、イーサネット(登録商標、以下同)・パケット、インターネット・プロトコル(IP)パケット、またはATM、UMTS、ファイバ・チャネルあるいはいずれか他のフォーマットまたはプロトコルで使用されるパケット・フォーマットであってよい。または、異なるタイプのデータ・パケットの組合せを含んでよい。したがって、フォーマットは、例えば、レイヤ1またはレイヤ2の通信プロトコルに関連付けられてもよい。本発明による1つの方法では、再構成データは、データ・パケットのペイロード部にのみ入れられる。別の方法では、再構成データの一部、例えば、パケットが再構成データの中に含む識別子は、ペイロード部以外のパケットの一部に含まれる。標準のパケット・フィルタはパケット・ヘッダへのアクセスをより容易に行う可能性が高く、したがって、パケット・ヘッダに標識を含めると、再構成パケットを正しい宛先にルーティングすることが容易になる。例えば、パケット・ヘッダに予約済みMAC(Medium access Control(媒体アクセス制御))アドレスを含めて、それにより、ペイロードが再構成データであることを示すことができる。別の方法では、識別子が、上記とは異なって、ペイロードに含まれた場合、VLANタグが、例えば、パケット・ペイロード内の特定のバイトで使用または配置できるようになる。
【0012】
本発明による方法を使用すると、問題のICアーキテクチャを組み込んだシステムへの他のデータの送信、例えば、エンドユーザによるシステムの使用に関するデータの送信を中断することなくそのICアーキテクチャを再構成するための再構成命令を適用できる。システム内のICアーキテクチャ自体が、例えば、パケット・オーバーヘッド内のアドレスまたはタグから、再構成データが着信中であることを検出し、そのデータを使用してそのICアーキテクチャ自体の更新を開始することができる。システムによって「サービスの品質(QoS)」機能が実施される場合、用途に応じて相対的優先順位が異なっても、再構成パケットは、再構成データを含まないパケットよりQoS要件が低いと認識されることがある。
【0013】
本発明による1つの方法では、カスタマ・サービスとしてイーサネットまたはイーサネット・オーバSDH/SONETをサポートするシステムの場合、従来の動作中はいずれにしてもシステムによって処理されるイーサネット・データ・ストリームも、構成データをイーサネットおよび/またはSDH/SONETネットワークを介してシステムに、さらにシステム内でICアーキテクチャ自体の再構成可能な部分に転送する。
【0014】
したがって、本発明による1つの方法では、再構成可能なシステム・オン・チップ設計にASICおよび埋め込みFPGAが含まれ、再構成データがイーサネット・データ・ストリームで伝送される。イーサネット転送機能を有するネットワーク内でそのようなシステム・オン・チップを使用すると、再構成データをイーサネット・パケット同報通信として配布することにより、ネットワーク内のすべてのチップを更新することが可能である。適切な接続があれば、機密性の要件に応じて、そのような再構成データを公共のインターネットを介して配布できる場合もある。データ保護は、伝送用のVPN(Virtual Private Network)、またはDES(Data Encryption Standard)、AES(Advanced Encryption Standard)、その他の方法など、いずれか他の適切な暗号化方式または機密保護方式を使用することにより確保できる。ネットワークが適切に構成されているならば、ネットワークのイーサネット転送/ルーティング機能自体が、ネットワーク内のすべてのシステムに再構成データが確実に配布されるようになっている。イーサネット転送機能は、大規模な実装済み基盤および既存の公共の接続があれば、例えば、インターネットを介して広くデプロイ(deploy)される。現在提供されている多くのデバイスは、イーサネット・インターフェース、およびインターネットまたは限定されたイントラネットとの多かれ少なかれ保護された接続機能を備えている。再構成可能なチップは、これらの特性を有する任意のタイプの機器に実装することができ、更新は、既存のイーサネット接続を介して、再構成データをイーサネット再構成パケット・ストリームとして送信することにより開始できる。
【0015】
ICアーキテクチャは、他のタイプの再構成可能な構成要素を備えることもできる。例えば、FPGAの代わりにNPが使用されてもよい。また、本発明は、例えば、再構成可能な部分が静的部分に埋め込まれた再構成可能なハードウェア・アーキテクチャに適用することもできるし、独立したブロックとして静的部分の隣に備えることもできるし、または両方の方法が併用されてもよい。単一のチップが、独立した更新のために別々にアドレス指定可能な個別の再構成可能な部分を備えていてもよい。
【0016】
本発明の別の態様によれば、システムは、静的な部分および再構成可能な部分を有するICアーキテクチャと、再構成データを含む再構成パケットを検出するためのパケット・フィルタと、ICアーキテクチャの再構成可能な部分を再構成するために再構成データを使用するための再構成コントローラとを備えている。
【0017】
本発明のさらに別の態様によれば、ネットワークは複数のシステムを有し、各システムは、静的な部分および再構成可能な部分を有するICアーキテクチャと、再構成データを含む再構成パケットを検出するためのパケット・フィルタと、ICアーキテクチャの再構成可能な部分を再構成するために再構成データを使用するための再構成コントローラとを備えている。このネットワークは、再構成パケットを形成するための手段と、再構成パケットをそれらのシステムに配信するための配信部とをさらに備えている。
【0018】
以下で、本発明によるいくつかの実施形態および方法を、添付の図面を参照しながら、例示の目的でのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明による再構成可能なチップ・アーキテクチャを概略的に示した図である。
【図2】再構成データを含むイーサネット・パケットの概略図である。
【図3】図1のシステムを含むネットワークを概略的に示した図である。
【図4】本発明による別の再構成可能なチップ・アーキテクチャを概略的に示した図である。
【図5】再構成データを含むIPパケットを概略的に示した図である。
【図6】再構成データを含むSONET STS−1フレームを概略的に示した図である。
【図7】再構成データを含むSDH STM−1フレームを概略的に示した図である。
【図8】再構成データを含むG.709 OTNフレームを概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図1を参照すると、システム・オン・チップ1は入力2を備えており、入力2は、イーサネット用の、入力および出力の両方に使用される標準の物理的インターフェースであり、アナログ・イーサネット信号をデジタル・ビット・ストリームに変換する、およびその逆に変換する。入力2には、カスタマ・パケットおよび再構成イーサネット・パケットが渡される。
【0021】
図2は、再構成データを含む再構成イーサネット・パケット3の例を示している。パケット3は、タイプIIイーサネット・フレーム・フォーマットを有し、宛先MAC(Medium Access Control(媒体アクセス制御))アドレス4、送信元MACアドレス5、イーサネット・タイプ6、ペイロード7、およびデータの完了および正しさを検査するためのCRCチェックサム8を有するセクションを備えている。宛先MACアドレス4は、パケットが再構成データを含んでいることを示す。
【0022】
ペイロード7は、9で示される再構成データを含んでいる。ペイロード7は、再構成データ・ヘッダ10、再構成デバイス・アドレス11、再構成パケット番号12、および再構成データ部13を有している。データ・ヘッダはQoS情報を含み、QoS情報は、この実施形態では、再構成パケットはカスタマ・パケットより優先順位が低いことを示す。再構成デバイス・アドレス11は、再構成データによって更新される再構成可能な部分を示す。あるいは、例えば、再構成デバイス・アドレス11は、そのパケットが再構成パケットであることを示すために使用される。
【0023】
再構成データ・パケット番号12は、1組の命令を構成するパケットの順序を示すために使用される。再構成データ部13は、ICアーキテクチャを更新するためにICアーキテクチャの再構成可能な部分に適用されるデータである。
【0024】
データ・パケットはパケット・フィルタ14に渡され、パケット・フィルタ14は、各着信パケットを検査して、パケット・ヘッダ内の4の宛先MACアドレスを検出することにより、そのパケットが通常のパケットであるか、または再構成データを入れたパケットであるかを判定する。通常のパケットは、システム1に含まれているICアーキテクチャ15内のパケット処理機能へ転送される。各再構成パケットは、再構成データ・メモリ16に並列で送信され、さらに後で伝送するためにICアーキテクチャ15内のパケット処理機能(複数)に同報通信される。再構成パケットはネットワーク内の他のシステムに転送される必要があり、したがって、このシステム1内で終了できないので、同報通信が必要である。
【0025】
再構成データ・メモリ16は、パケット・フィルタ14によってそこに送信されるすべての再構成パケットを収集する。イーサネット伝送の特性上、パケットは正しい順序で着信しないことがあり、また同じパケットが複数回受信されることがある。データ・メモリ16は、データが正しい順序で保管され、重複したパケットは特定されて、破棄される十分なスペースを提供している。再構成コントローラ17は、FPGAプログラミング・アドレスおよびチェックサムを含めて、再構成データをパケット・ペイロードから取り出す。再構成コントローラ17は、FPGAのアドレスおよびデータのサイズにより、データが完了しているか、およびチェックサムにより、データが正しいかを検査する。データが完了すると、再構成コントローラ17は、FPGAベンダによって定義された手順に従って、ICアーキテクチャ15の再構成可能な部分、すなわち、埋め込みFPGA 18の再プログラミングを開始する。ICアーキテクチャ15は、静的部分、すなわち、ASIC 19も備えている。ASIC 19は、チップ機能の「安定した」部分、例えば、レイヤ2/レイヤ3信号処理の「安定した」部分を有している。
【0026】
次に、同報通信再構成パケットおよびカスタマ・パケットがシステム2から出力20に出力される。
【0027】
図1に示されたシステムは、図3に示されたネットワーク26に含まれる複数のシステム1および21から25の1つである。それらのシステムのうちのいくつかは、図1のシステム1に備えられたFPGAと同じFPGAを備えており、やはり、再プログラミングが必要である。また、このネットワークは、再構成データがイーサネット・パケットとして形成される再構成パケット作成部27、および影響を受けるFPGAを組み込んだシステム1および21から25に再構成パケットを配信する配信部28も備えており、これらのシステムは、図1のシステム1を参照しながら説明された方法と同様の方法でそれぞれのFPGAを更新する。
【0028】
図4を参照すると、システム・オン・チップ29は、この場合には、ICアーキテクチャ30が、アーキテクチャの静的部分を実装するためにASIC 31を組み込んでおり、NP 32がASIC 31に接続され、同じチップ上でASIC31の隣に配置されていることを除いて、図1に示されたシステム・オン・チップと同様である。この方法では、再構成データはIPパケットとして送信され、IPパケットの1つが図5に概略的に示されている。代替の方法として、NP 32はFPGAに置き換えられてもよい。
【0029】
再構成データを含む他のタイプのパケット・フォーマットが図6、7、および8に示されているが、それぞれ、SONET STS−1フレーム、SDH STM−1フレームおよびG.709 OTNフレームを示している。いずれの場合にも、再構成データは、波線33で示される領域に含まれる。これらのフォーマットのいずれも、例えば、図1で示されたシステムと同様のシステム内で、本発明に従って使用できる。明示的に示されていない他のフォーマットも、本発明による方法および装置で使用できる。
【0030】
本発明は、他の特定の形でも実現することができ、本発明の精神またはその本質的な特性から逸脱することなく、他の方法によって実施することができる。本明細書で説明された実施形態および方法は、あらゆる点で、例示としてのみ解釈されるべきであって、限定として解釈されるべきではない。したがって、本発明の範囲は、上述の説明によってではなく、添付の「特許請求の範囲」によって示されるものとする。請求項の均等物の意味および範囲内に分類される変更はすべて、その請求項の範囲に包含されるものとする。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
静的な部分および再構成可能な部分を有する集積回路(IC)アーキテクチャを再構成する方法であって、
前記ICアーキテクチャに、再構成パケットに入れられた再構成データを送信するステップと、
前記ICアーキテクチャの前記再構成可能な部分を再構成するために、前記再構成パケットに入れられた再構成データを適用するステップとを含む方法。
【請求項2】
前記再構成パケットがイーサネット・パケットである、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記再構成パケットがIPパケットである、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記再構成パケットを非再構成パケットと共にデータ・ストリームに入れて送信するステップを含む、請求項1、2または3に記載の方法。
【請求項5】
再構成パケットに「サービスの品質」要件を適用する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
前記再構成データが前記再構成パケットのペイロード・セクションにのみ入れられる、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
前記再構成パケットのヘッダが、前記再構成パケットは再構成パケットであることの標識を含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
前記ICアーキテクチャの前記静的な部分がASICである、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
前記ICアーキテクチャの前記再構成可能な部分がFPGAである、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
前記ICアーキテクチャの前記再構成可能な部分がNPである、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
前記再構成可能な部分が前記静的な部分に埋め込まれている、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
前記ICアーキテクチャが、ASICに埋め込まれたFPGAを備えている、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記ICアーキテクチャが、ASICに埋め込まれたNPを備えている、請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記再構成可能な部分が前記静的な部分の隣に配置されている、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項15】
前記ICアーキテクチャが、ASICの隣に配置されたFPGAを備えている、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記ICアーキテクチャが、ASICの隣に配置されたNPを備えている、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記ICアーキテクチャが含まれているシステム・オン・チップを有する、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の方法。
【請求項18】
再構成パケットを形成するステップを含み、それぞれの再構成パケットが、前記ICアーキテクチャの再構成可能な部分を示す情報と、示された再構成可能な部分に関連付けられた再構成データとを含む、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の方法。
【請求項19】
再構成データを含む再構成パケットを同報通信するステップを含む、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の方法。
【請求項20】
再構成パケットを同報通信することと並列で、再構成パケットを順序付けるために前記再構成パケットを再構成コントローラに送信するステップを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項21】
再構成パケットを収集し、前記再構成パケットに入っている再構成データを前記ICアーキテクチャの前記再構成可能な部分に適用する前に、前記再構成データを分類するステップを含む、請求項1乃至20のいずれか1項に記載の方法。
【請求項22】
再構成パケットに番号を付け、前記再構成データを正しく順序付けるために前記番号付けを使用するステップを含む、請求項1乃至21のいずれか1項に記載の方法。
【請求項23】
前記ICアーキテクチャ自体が、再構成データが着信中であることを検出し、前記データを使用してICアーキテクチャ自体の更新を開始するステップを含む、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の方法。
【請求項24】
静的な部分および再構成可能な部分を有するICアーキテクチャと、再構成データを含む再構成パケットを検出するためのパケット・フィルタと、前記ICアーキテクチャの前記再構成可能な部分を再構成するために前記再構成データを使用するための再構成コントローラとを備えたシステム。
【請求項25】
前記パケット・フィルタが再構成イーサネット・パケットのフィルタリングを行う、請求項24に記載のシステム。
【請求項26】
前記パケット・フィルタが再構成IPパケットのフィルタリングを行う、請求項24に記載のシステム。
【請求項27】
前記静的な部分がASICである、請求項24、25、または26に記載のシステム。
【請求項28】
前記再構成可能な部分がFPGAである、請求項24乃至27のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項29】
前記再構成可能な部分が前記静的な部分に埋め込まれている、請求項24乃至28のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項30】
前記静的な部分が前記再構成可能な部分に隣接して配置されている、請求項24乃至28のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項31】
前記システムがシステム・オン・チップである、請求項24乃至30のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項32】
複数のシステムを有するネットワークであって、各システムが、
静的な部分および再構成可能な部分を有するICアーキテクチャと、
再構成データを含む再構成パケットを検出するパケット・フィルタと、
前記ICアーキテクチャの前記再構成可能な部分を再構成するために前記再構成データを使用する再構成コントローラとを備えた複数のシステムを含み、前記ネットワークがさらに、
再構成パケットを形成する手段と、
前記再構成パケットを前記システムに配信する配信部とをさらに備える、ネットワーク。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公表番号】特表2010−506293(P2010−506293A)
【公表日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−531363(P2009−531363)
【出願日】平成18年10月3日(2006.10.3)
【国際出願番号】PCT/US2006/038487
【国際公開番号】WO2008/041978
【国際公開日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【出願人】(596092698)アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Fターム(参考)】