DE60210788T2

DE60210788T2 - Skalierbare haussteuerplattform und -architektur

Info

Publication number: DE60210788T2
Application number: DE60210788T
Authority: DE
Inventors: Ciaran O'donnel
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Entropic Communications LLC
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: DE60210788D1; EP1430407A1; JP4226472B2; CN1326060C; US7257661B2; CN1556957A; EP1430407B1; JP2005504378A; US20030061427A1; KR20040041169A; KR100924903B1; WO2003027870A1; ATE323906T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Computersysteme, und insbesondere auf eine Plattform und Architektur zur Schaffung eines skalierbaren Haussteuersystems und -netzwerks.
Herkömmliche Haussteuersysteme sind nicht schon an sich skalierbar. In dem Maße, in dem fortschrittliche Anwendungen für den dezentralen extrem schnellen Multimediainternetzugang, integrierte Anwendungen und dergleichen alltäglich werden, sind herkömmliche Haussteuersysteme voraussichtlich nicht in der Lage, die erforderliche Bandbreite und Flexibilität bereitzustellen, um diese Anwendungen vollständig zu unterstützen.
Eine herkömmliche PC-Architektur beinhaltet eine Busstruktur, um Daten parallel zwischen einer Vielzahl von Funktionsleiterplatten zu übertragen. Die PCMCIA-Standardschnittstelle beispielsweise enthält eine 16 oder 32 Bit breite Datenschnittstelle und eine 26 Bit breite Adressschnittstelle sowie verschiedene Steuerleitungen. Während eine Vorrichtung die Schnittstelle benutzt, werden andere Vorrichtungen wirksam an der Benutzung der Schnittstelle gehindert. Häufig wird die Zeitmultiplextechnik eingesetzt, um das Auftreten eines mehrfachen Simultanzugriffs auf die Schnittstelle zu unterstützen; wenn aber eine bestimmte Übertragung zeitsensibel ist, kann ein Zeitmultiplexverfahren unter Umständen keine ausreichende Anzahl von Zeitschlitzen für die Anwendung bereitstellen. In ähnlicher Weise kann die Verwendung einer 16 oder 32 Bit breiten Datenschnittstelle zu einer wesentlichen Overhead-Ineffizienz führen, falls der Einsatz eines 24-Bit-Worts in der Zukunft alltäglich wird.
Herkömmliche PC-Architekturen erfordern zudem eine wesentliche Investition in die speziellen Schnittstellenprotokolle, einschließlich einer erheblichen Lernkurve, um jeden der aufkommenden Standards zu bewältigen. Die Einführung potentiell effizienterer Verarbeitungstechnologien an sich wird oft durch den Unwillen behindert, bestehende Schnittstellentechnologien fallen zu lassen. Beispielsweise kann sich die zuvor erwähnte 24-Bit-Wortstruktur zwar als eine sehr effiziente Struktur für RGB-Videoanwendungen erweisen, aber die Kosten für die Einführung einer entsprechenden 24-Bit-Schnitstellen architektur können die Übernahme dieser Struktur verzögern, insbesondere, wenn reichlich Zeit und Geld in die bestehenden 16- oder 32-Bit-Strukturen investiert worden ist. Danach wird es eine ähnliche Abneigung gegen den Wechsel von dieser beispielhaften 24-Bit-Struktur geben.
Gleichermaßen sind herkömmliche Haussteuerarchitekturen dafür konzipiert, einer Reihe von Anwendungen entgegenzukommen, von denen einige erheblich unterschiedliche Schnittstellenanforderungen haben können. Beispielsweise wird ein System, das ausschließlich dafür konzipiert ist, ein Haus mit dezentraler Multimediaunterhaltung zu versorgen, deutlich andersartige Anforderungen stellen als ein System, das ausschließlich dafür ausgelegt ist, ein Haus mit komfortabler Heizung und Klimatisierung zu versorgen. Eine herkömmliche Haussteuerarchitektur wird üblicherweise für die höheren Konstruktionsanforderungen bemessen und für Vorrichtungen mit niedrigeren Konstruktionsanforderungen überdimensioniert sein. Wenn eine Vorrichtungsreihe der nächsten Generation verfügbar wird, wird das System entweder nicht mit diesen Vorrichtungen in Einklang zu bringen sein, weil die zuvor erwähnten höheren Konstruktionsanforderungen diese neue Vorrichtungsreihe nicht vorausgesehen haben, oder das System wird mit den Vorrichtungen in Einklang zu bringen sein, was impliziert, dass das System für die Vorgängergeneration von Geräten überdimensioniert war.
Es besteht daher ein Bedarf an einer Haussteuerplattform und -architektur, die Änderungen bei der zukünftigen Benutzung der Haussteuerplattform ermöglicht, ohne eine wesentliche Konstruktionsänderung einzuführen, um dieser zukünftigen Benutzung entgegenzukommen, und ohne eine präzise Definition oder Einschätzung dessen zu erfordern, was diese zukünftigen Änderungen nach sich ziehen können. Eine derartige Haussteuerplattform ist als eine „skalierbare" Haussteuerplattform mit einer Architektur gekennzeichnet, die für eine große Auswahl von Anwendungen geeignet ist.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine skalierbare Haussteuerplattform zu schaffen. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine skalierbare Haussteuerplattform zu schaffen, die, ungeachtet des Umfangs der von der Plattform unterstützten Anwendungen, dasselbe Schnittstellenprotokoll verwendet. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine Architektur für eine Haussteuerplattform zu schaffen, von der man erwarten kann, dass sie mit einer großen Auswahl bestehender und zukünftiger Anwendungen in Einklang zu bringen ist.
Diese und andere Aufgaben werden erreicht, indem eine Haussteuerplattform wie in den angehängten Ansprüchen definiert geschaffen wird. Eine derartige Haussteuerplattform beinhaltet eine Vielzahl serieller Busse, die für Kommunikation zwischen Verarbeitungsvorrichtungen sorgen, die mit der Haussteuerplattform verbunden sind. Die seriellen Busse sind parallel angeordnet, so dass jeder serielle Bus eine separate Verbindung unter der Vielzahl der Verarbeitungseinheiten schafft. Eine Bussteuereinheit ist dafür konfiguriert, die Busse unter den Vorrichtungen zu vergeben, die Kommunikationsdienste anfordern. Die Plattform unterstützt einen oder mehrere Steuerprozessoren, die eine Schnittstelle zu Altgeräten, Benutzer- und Netzwerkschnittstellen, Browsern und dergleichen schaffen. Die Plattform akzeptiert auch optionale Steckkarten, die als Coprozessoren für bestimmte Aufgaben fungieren, wie beispielsweise MPEG-Codierung und -Decodierung, Signalverarbeitung, Video- und Audio-CODECs und so weiter. Die zur Unterstützung dieser Plattform verwendete Softwarearchitektur beinhaltet die Verwendung eines Echtzeit-Mikrokernel-Betriebssystems bei den Steuerprozessoren, das eine Schnittstelle zu den Aufgaben-Coprozessoren und zu einem Standardbetriebssystem wie beispielsweise Vxworks, WinCE oder Linux bildet. Das Mikrokernel-Betriebssystem liefert Stammfunktionen für Aufgabenspeicher und CPU-Platzisolierung, Virenschutz und sichere Finanzgeschäftsdienste.
Es ist bekannt, dass in der US-amerikanischen Patentschrift 6.256.700 ein System beschrieben wird, um Busse und Anschlüsse innerhalb eines Computers dynamisch zu schalten. Das System konfiguriert die Verbindung erster und zweiter Busse/Anschlüsse für Busse wie USBs oder 1394-Busse mit einem anderen Bus wie einem PCI-Bus. Das System beinhaltet erste und zweite Schnittstellen, um den PCI-Bus mit den ersten und zweiten Bussen zu verbinden. Ein Schaltsystem verbindet selektiv die ersten und zweiten Busse mit einer Vielzahl von Anschlüssen. Das Schaltsystem reagiert auf Busanfragen jeglicher mit den Anschlüssen verbundener Vorrichtungen, so dass die Gesamtanfragen aller Vorrichtungen zwischen den ersten und zweiten Schnittstellen ausgeglichen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
1 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Haussteuerplattform;
2 ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Steuerprozessors für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Haussteuerplattform:
3 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Systemarchitektur einer erfindungsgemäßen Haussteuerplattform;
4 ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Filterprozessors für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Haussteuerplattform;
5 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Software-Architektur einer erfindungsgemäßen Haussteuerplattform.
In den Zeichnungen sind ähnliche oder entsprechende Merkmale oder Funktionen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Haussteuerplattform 100 gemäß dieser Erfindung. Die Plattform 100 schafft eine Struktur und Architektur, damit Prozessoreinheiten 110, Steuerprozessoren 120 und Hilfseinheiten 130 Daten über eine Vielzahl serieller Hochgeschwindigkeitsbusse 150 effizient übertragen und verarbeiten können. Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung sind die Busse vorzugsweise eigengetaktet, wodurch sie für eine Skalierbarkeit der Bandbreite und des Datendurchsatzes sorgen.
Jede Vorrichtung, die mit der Haussteuerplattform 100 gekoppelt ist, beinhaltet eine Busschnittstelleneinheit 160, die dafür konfiguriert ist, Daten über einen oder mehrere ausgewählte serielle Busse 150 zu senden und/oder zu empfangen. Die Busschnittstelleneinheit 160 sorgt je nach Bedarf sowohl für eine Umwandlung zum und vom seriellen Format des Busses 150 von und zu parallelen Formaten als auch für eine Busentscheidung und -lenkung. In einer bevorzugten Ausführungsform unterstützt die Busschnittstelleneinheit 160 das Direktspeicherzugriff (DMA)-Kopieren. Ebenfalls in einer bevorzugten Ausführungsform sind die Busse 150 erweiterbar. Die Hilfseinheit 130 enthält beispielsweise eine elektrooptische Kopplungsvorrichtung, die über Lichtwellenleiter 131 eine Erweiterung der Plattform 100 auf eine weitere Reihe von Vorrichtungen 110, 120, 130 ermöglicht. Eine entsprechende Einheit 130 einer anderen Reihe von Vorrichtungen 110, 120, 130 schafft eine Schnittstelle zu einer entsprechenden Vielzahl serieller Busse der anderen Reihe.
2 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Steuerprozessors 120 für die Verwendung in einer Haussteuerplattform gemäß dieser Erfindung. Wie dargestellt beinhaltet die Busschnittstelleneinheit (Bus Interface Unit; BIU) 160 Anschlüsse 161 für die Verbindung mit seriellen Bussen 150 aus 1. Der Prozessor 120 dieses Beispiels beinhaltet eine Bussteuereinheit (Bus Control Unit; BCU) 210, die dafür konfiguriert ist, die Zuteilung der Busse 150 unter den einzelnen Vorrichtungen 110, 120, 130 aus 1 zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist einer der Busse 150 dieser Steuerfunktion fest zugeordnet. Eine Vorrichtung, die Zugriff auf einen oder mehrere der verbleibenden der Busse 150 benötigt, übermittelt über den fest zugeordneten Steuerbus eine Zuteilungsanfrage an die Bussteuereinheit 210. In Reaktion auf diese Zuteilungsanfrage weist die Bussteuereinheit 210 der anfragenden Einheit einen oder mehrere der Busse 150 zu und übermittelt der anfragenden Vorrichtung die Zuteilung über den fest zugeordneten Steuerbus.
Um für diese Zuteilung zu sorgen, kann jede aus einer Vielzahl herkömmlicher Verfahren verwendet werden. In einer einfachen Ausführungsform kann ein „First Come First Served" (FCFS oder FIFO)-Zuteilungsverfahren verwendet werden. Weitere Zuteilungsverfahren können „Quality-of-Service" (QoS)-Zuteilungen und dergleichen beinhalten, die dafür vorgesehen sind, jeder Vorrichtung zumindest eine gewisse minimale vereinbarte Zuteilung und, falls gegenwärtig verfügbar, zusätzliche Zuteilungen zu verschaffen. Manche Anwendungen, wie beispielsweise eine Echtzeitvideoverarbeitung, können unter Verwendung einer Alles-oder-Nichts-Strategie zugeteilt werden, wobei Ressourcen erst zugeteilt werden, wenn die Gesamtmenge der angeforderten Ressourcen zur Verfügung steht.
In einer herkömmlichen Parallelbusarchitektur kann immer nur eine Vorrichtung gleichzeitig über den Bus kommunizieren. Als solche wird jede Vorrichtung derselben Ressource, dem einzelnen Parallelbus zugeteilt. Somit „beeinträchtigt" in einer Parallelbusarchitektur eine Anwendung mit geringer Bandbreite, wie beispielsweise Textverarbeitung oder Alarmüberwachung, notwendigerweise eine Anwendung mit großer Bandbreite, wie beispielsweise Videoverarbeitung, weil jede Zuteilung des Busses zur Anwendung mit geringer Bandbreite eine Zuteilung zur Anwendung mit großer Bandbreite verhindert. Im Allgemeinen sind Systeme, die eine Parallelbusanordnung verwenden, dafür ausgelegt, für eine ausreichende Pufferung zu sorgen, um sicherzustellen, dass sich die „Beeinträchtigung" nicht auf das Leistungsvermögen jeder Anwendung auswirkt. Das heißt, obwohl die Anwendung mit großer Bandbreite den Parallelbus für jede Kommunikation durch die Anwendung mit geringer Bandbreite aufgeben muss, wird die auf dem Parallelbus basierende Anwendung mit großer Bandbreite so konfiguriert, dass sie für eine ausreichende Pufferung sorgt, um „Lücken" in ihrem Zugriff auf den Parallelbus zuzulassen. Wenn ein Parallelbussystem jedoch mit zunehmenden Bandbreitenanforderungen von An wendungen gesättigt wird, dann wird die durch die gemeinsame Benutzung des allgemeinen Busses verursachte Beeinträchtigung offenkundig. Herkömmliche PC-basierte Videoanwendungen „frieren" häufig ein, wenn andere Anwendungen auf den Bus zugreifen und die Videoanwendung ihre gepufferten Einzelbilder aufgebraucht hat. Indem fortgesetzt Anwendungen für Verbraucher verfügbar gemacht werden, die eine zunehmende Bandbreite benötigen, wird man die Parallelbusarchitektur sicherlich als mangelhaft empfinden, wenn ihr Sättigungspunkt erreicht ist.
Da die Zuteilung der Kommunikationsressourcen in dieser Erfindung auf dem einzelnen seriellen Bussen 150 beruht, kann eine Ressourcenzuteilung für eine Anwendung vorgenommen werden, ohne andere Zuteilungen zu beeinflussen. Das heißt beispielsweise: Angenommen, zehn Busse 150 sind zur Zuteilung verfügbar, und acht dieser Busse wurde eine Echtzeitvideoverarbeitungsanwendung zugeteilt, um der Anwendung eine Parallelverarbeitung über die acht parallel geschalteten seriellen Busse 150 zu ermöglichen. Zwei Busse bleiben für die Zuteilung zu anderen Anwendungen verfügbar. Da jede Anwendung eine Zuteilung anfordert, vergibt die Bussteuereinheit 210 diese verbleibenden beiden seriellen Busse. Wenn die nachfolgenden Anwendungen mehr Ressourcen anfordern, als zwischen diesen beiden seriellen Bussen zur Verfügung stehen, werden diese beiden seriellen Busse gesättigt, und Anforderungen werden abgelehnt. Die Sättigung dieser beiden seriellen Busse hat jedoch keinen Einfluss auf die Videoverarbeitungsanwendung, die den anderen acht seriellen Bussen zugeteilt wurde. Eine derartige Isolierung ist in einer Parallelbusarchitektur schwer zu erreichen, weil es einem System, das eine einzelne Ressource (den Parallelbus) unter verschiedenen Anwendungen aufteilen muss, inhärent ist, Ressourcen gemeinsam zu nutzen und die Auswirkung, unzureichende Ressourcen zu haben, gemeinsam zu tragen. Die Anzahl serieller Busse 150 bestimmt den Grad der Isolierung, der geschaffen werden kann, wie ein Architekturparameter, der auf einer Schätzung einer Spitzendurchsatzanforderung beruht. In einer bevorzugten Ausführungsform werden mindestens sechzehn serielle Busse 150 bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung beinhaltet der Steuerprozessor 120 eine herkömmliche Mikroprozessorarchitektur, damit eine bestehende Software ausgeführt werden kann, einschließlich eines Browsers, Netzwerkschnittstellenverwaltung, Protokollstapeln und so weiter. Ein typischer Steuerprozessor 120 enthält Speicherressourcen nach Bedarf, üblicherweise in Form einer oder mehrerer SDRAM-Bänke 220. Wie bei einem herkömmlichen Mikroprozessorsystem beinhaltet der Steuerprozessor 120 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 230, einen oder mehrere Coprozessoren 240 und eine Eingabe/Ausgabe (E/A)-Schnittstelle 250. In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet ein Steuerprozessor 120 oder eine Hilfsvorrichtung 130 (1) ein Stromversorgungsmodul 260, das dafür konfiguriert ist, andere Vorrichtungen 110, 120, 130 innerhalb der Plattform 100 mit geregelter Energie zu versorgen. Ebenfalls in einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorrichtungen 110, 120, 130 jeweils dafür konfiguriert, ein „Hot Plug-in"-Anschließen der Vorrichtung 110, 120, 130 zu ermöglichen, so dass eine Vorrichtung 110, 120, 130 zur Plattform 100 hinzugefügt oder davon entfernt werden kann, ohne den Betrieb der Plattform 100 und die vorhandenen Vorrichtungen 110, 120, 130 zu stoppen. Der Anschluss, der zum Verbinden jeder Vorrichtung 110, 120, 130 mit der Plattform 100 benutzt wird, erleichtert das „Hot Plug-in"-Anschließen der Vorrichtung 110, 120, 130, wie beispielsweise der 96-adrige EuroCard-Anschluss.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Systemarchitektur einer Haussteuerplattform 100 gemäß dieser Erfindung. Von hauptsächlicher Bedeutung ist, dass die Haussteuerplattform 100 dafür konfiguriert ist, „ältere" Vorrichtungen zu unterstützen, wie beispielsweise Vorrichtungen, die gegenwärtig mit bestehenden Haussteuernetzwerken gekoppelt sind. Eine oder mehrere mit der Haussteuerplattform 100 gekoppelte Vorrichtungen 110, 120, 130 sind vorzugsweise dafür konfiguriert, Unterstützung für diese Altvorrichtungen zu leisten, wie beispielsweise bestehende Fernsehgeräte 301, Telefone 302 und so weiter 303, 304.
Die E/A-Altkomponenten 310 der Plattform 100 unterstützen die Altperipheriegeräte 301–304, indem sie solche Dienste wie E-Mail und grundlegende Haussteuerfunktionen für diese Peripheriegeräte 301–304 bereitstellen.
Die zusätzlichen Komponenten 320 liefern den Mehrwert der Plattform 100 für das Integrieren und Unterstützen aktueller und zukünftiger Anwendungen. Beispielsweise ermöglicht es das Hinzufügen einer Schnittstelle (Modem oder Tuner) zu einem Kabel- oder Satellitennetzwerk 331 dem Benutzer, „Video auf Abruf" (Video On Demand)-Programme zum Betrachten auf dem Altfernsehgerät 301 herunterzuladen. In gleicher Weise ermöglicht es das Ausstatten der Plattform 100 mit einer Schnittstelle zu einem Mediencenter 332, dass das Mediencenter 332 die vorhandenen Altlautsprecher 304 benutzt. Ähnlich ermöglicht es die Unterstützung eines Heimsicherheitssystems 333, dass das Sicherheitssystem 333 möglicherweise den Status von Altsystemen sowie von Systemen überwacht, die für eine Kopplung mit der Plattform 100 vorgesehen sind, wie beispielsweise das Mediencenter 332. Der Kühlschrank 334 kann zum Beispiel dafür konfiguriert sein, über das Haussicherheitssystem 333 einen Alarmton abzugeben, wenn der Temperaturgradient auf eine Entwicklung in Richtung besonders hoher oder niedriger Temperaturgrenzwerte hinweist. Eine Schnittstelle zu einem drahtlosen Netzwerk 390 ermöglicht es dem Benutzer, unter Verwendung tragbarer Geräte wie Notebook-Computer, Mobiltelefone und PDAs auf das Haussteuernetzwerk zuzugreifen.
Die Komponenten 320 werden in 3 so dargestellt, dass sie Steuerverarbeitungskomponenten 340, Filterverarbeitungskomponenten 350 und Spracheingabe/-ausgabekomponenten 360 beinhalten. Weitere zu einem Haussteuersystem hinzufügbare Komponenten werden für einen Fachmann im Hinblick auf dieser Beschreibung offenkundig sein. Die Steuerverarbeitungskomponenten beinhalten die oben in Bezug auf den beispielhaften Steuerprozessor 120 aus 2 und weiter unten in Bezug auf die beispielhafte Softwarearchitektur aus 5 erörterten Funktionen und Fähigkeiten. Die Filterverarbeitungskomponenten 350 beinhalten Komponenten, die dafür konfiguriert sind, eine Spezialverarbeitung von Daten zu liefern, üblicherweise unter Kontrolle der Steuerverarbeitungskomponenten 340, wie weiter unten unter Bezug auf die Verarbeitungseinheit 110 aus 4 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Benutzerinteraktion mit der Haussteuerplattform 100 per Spracheingabe und -ausgabe unter Verwendung der Sprach-E/A-Komponenten 360. Diese Komponenten 360 beinhalten beispielsweise eine herkömmliche Sprachsynthetisierungsanwendung, die auf einem Steuerprozessor 120 aus den 1 und 2 unter Verwendung von Verarbeitungseinheiten 110 und Hilfseinheiten 130 läuft, wie es erforderlich ist, um die Sprachausgabe an den Benutzer in wirksamer Weise zu verarbeiten und zu übermitteln. In gleicher Weise beinhalten die Komponenten 360 die Steuer-, Verarbeitungs- und Hilfseinheiten 120, 110, 130, die dafür konfiguriert sind, die Spracherkennungsfunktionen zu auszuführen, damit der Benutzer per Spracheingabe mit dem System 100 kommunizieren kann.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Filterprozessors 115 für die Verwendung in einer Haussteuerplattform 100 gemäß dieser Erfindung. Wie in 1 veranschaulicht, enthält eine Steuereinheit 110 üblicherweise eine Vielzahl von Filterprozessoren 115, die in einer Leitmatrix angeordnet sind. Eine derartige Matrix ist besonders nützlich für Bit-Slice- und Pipeline-Architekturen, bei denen jeder Filterprozessor 115 eine bestimmte Aufgabe bei einem Datenelement verrichtet und es dann in einem Synchronschrittverfahren („Lock-Step") zum nächsten Prozessor 115 weiterleitet. Während das Datenelement verarbeitet wird, werden die zum Verarbeiten des nächsten Datenelements erforderlichen Parameter von dem entsprechenden seriellen Bus 150 erlangt. In gleicher Weise kann nach dem Verarbeiten jedes Datenelements das verarbeitete Datenelement über den entsprechenden seriellen Bus 150 an andere Vorrichtungen übermittelt werden. Dies wird durch die von der Busschnittstelleneinheit 460 in 4 ausgehenden Kommunikationswege 461 konzeptionell veranschaulicht. Die Busschnittstelleneinheit 460 dient dazu, die Untermenge der Busschnittstelleneinheit 160 der Verarbeitungseinheit 110 aus 1 zu veranschaulichen, die von der oben erörterten Bussteuereinheit 210 aus 2 dem speziellen Filter 115 zugeteilt ist.
Filtereinheiten 115 können, unter Verwendung des Programmspeichers 410, programmierbar, fest zugeordnet oder eine Kombination aus beidem sein. Eine fest zugeordnete Filtereinheit 115 ist für eine bestimmte Anwendung wie eine MPEG-Codierungs- oder -Decodierungsanwendung spezialisiert. Im Allgemeinen haben die programmierbaren Filtereinheiten 115 begrenzte Anweisungssätze, die Signalverarbeitungsfunktionen wie Kompression und Dekompression (variable Lauflängencodierung und -decodierung; VLE, VLD), den Kernelfunktionen (Fast-Fourier-Transformation (FFT), diskrete Kosinustransformation (DCT) usw.) von Video- und Audiocodierern und -decodierern (CODECs) und anderen Spezialverarbeitungsfunktionen zugeordnet sind.
Vorzugsweise ist jede Filtereinheit 115 mit einem SDRAM 220 gepaart, der üblicherweise im Steuerprozessor 120 (siehe 2) enthalten ist, in dem die die Filtereinheit 115 benutzende Anwendung untergebracht ist. Beispielweise kann in dem Steuerprozessor 120 eine MPEG-Videoanwendung untergebracht sein und, um die Videodecodierung des MPEG-Verfahrens auszuführen, kann der Steuerprozessor 120 eine Gruppe von Filtereinheiten 115 in Anspruch nehmen, um die im SDRAM 220 enthaltenen MPEG-Daten zu verarbeiten. Die Filtereinheiten 115 wiederum stellen die decodierten Daten für den SDRAM 220 bereit. Für eine effiziente Datenkommunikation zum und vom SDRAM 220 über die Busschnittstelleneinheit 460 wird ein Mehrfachpufferring verwendet, bestehend aus einer Vielzahl von Befehlspuffern („Streaming Buffer") 420, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, die den SDRAM 220 mit den Puffern 420 verbindet. Alternativ können verarbeitungsintensive Aufgaben, wie beispielsweise Medienverarbeitung, nahezu vollständig in den Verarbeitungseinheiten 110 durchgeführt werden. In einer derartigen Ausfüh rungsform werden die Verarbeitungseinheiten 110 sowohl die Filtereinheiten 115 als auch den SDRAM enthalten.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Softwarearchitektur einer Haussteuerplattform gemäß dieser Erfindung. Jeder Steuerprozessor 120 aus 1 enthält einen kleinen Echtzeit-Mikrokernel 510, der zumindest minimale Betriebssystemfunktionen bereitstellt, einschließlich Semaphoren, Mitteilungsübermittlung, Zeitplanung sowie Ausnahme- und Aufgaben- und Speicherverwaltung. Vorzugsweise enthält der Mikrokernel 510 auch Stammfunktionen für Aufgabenspeicher und CPU-Platzisolierung, Virenschutz und sichere Finanzgeschäftsdienste. Standardmäßige Betriebssysteme wie Vxworks, WinCE oder Linux sind vorzugsweise auf Ebene des Mikrokernels 510 anstatt auf Ebene der Hardware gekoppelt.
Wie dargestellt sorgt eine Coprozessor-Schnittstellenebene 520 für die Schnittstelle zwischen dem Mikrokernel 510 und den Filterprogrammen 530, die sich bei den Verarbeitungseinheiten 110 aus 1 befinden. Aufgabenanwendungen 540, 550 haben über die Schnittstellenebene 520 ebenfalls direkten Zugriff auf die Filterprogramme 530. Diese Aufgabenanwendungen sind so dargestellt, dass sie Benutzeraufgaben 540 und Dienstleistungsaufgaben 550 beinhalten. Zu Benutzeraufgaben 540 gehört beispielsweise eine Browser-Anwendung. Dienstleistungsaufgaben 550 beinhalten Betriebssystemfunktionen auf höherer Ebene, beispielsweise ein Flash-File-System, Netzwerkbetrieb und so weiter, die auf den Stammfunktionen und den vom Mikrokernel 510 bereitgestellten Basisdienstleistungen aufbauen.
Wie oben angemerkt, werden verarbeitungsintensive Aufgaben vorzugsweise auf die Verarbeitungseinheiten 110 heruntergeladen und dort ausgeführt. Ein Filtervorprozessor 560 ist vorzugsweise auf herkömmlichen C- oder Java-Programmen aufgebaut, um die Syntax so zu erweitern, dass sie die Fähigkeiten der Filter einbezieht. Ein Kompilierer 570 ermöglicht es, den Code für die Filterprogramme 530 direkt und einfach zu erzeugen.
Das Vorhergehende veranschaulicht lediglich das Prinzip der Erfindung. Es ist daher zu beachten, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ersinnen können wird, die, wenngleich hierin nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt, die Grundlagen der Erfindung und damit das Wesen und den Umfang der folgenden Ansprüche verkörpern.
In einer ersten Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Verarbeitungseinheit 110 mindestens eines der folgenden Elemente:
einen MPEG-Decodierer,
einen MPEG-Codierer,
einen Signalprozessor,
einen variablen Lauflängendecodierer,
einen variablen Lauflängencodierer,
einen Codierer-Decodierer,
einen Video-CODEC,
einen Audio-CODEC,
eine Fast-Fourier-Transformations-Vorrichtung,
eine diskrete Kosinustransformations-Vorrichtung,
einen Videoprozessor, und
einen Audioprozessor.
In einer zweiten Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Verarbeitungseinheit 110 mindestens eines der folgenden Elemente:
einen Seriell-zu-Parallel-Umsetzer,
einen Parallel-zu-Seriell-Umsetzer,
einen Busvermittler,
einen Busvermittlungsknoten, und
eine Direktspeicherzugriff (DMA)-Vorrichtung.
In einer dritten Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Verarbeitungseinheit 110:
eine Filtereinheit 115, und
einen SDRAM 220.
Die Filtereinheit 115 ist beispielsweise so konfiguriert, dass sie programmierbar ist.
In einer ersten Ausführungsform beinhaltet der mindestens eine Steuerprozessor 120 mindestens eines der folgenden Elemente:
eine Netzwerkschnittstelle,
einen Netzwerkverwalter,
einen Browser, und
eine Benutzerschnittstelle.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet der mindestens eine Steuerprozessor 120 mindestens eines der folgenden Elemente:
einen Seriell-zu-Parallel-Umsetzer,
einen Parallel-zu-Seriell-Umsetzer,
einen Busvermittler,
einen Busvermittlungsknoten
einen Protokollstapel, und
eine Direktspeicherzugriff (DMA)-Vorrichtung.
Der mindestens eine Steuerprozessor 120 ist weiterhin beispielsweise so konfiguriert, dass er mindestens eines der folgenden Elemente schafft:
Aufgabenspeicher und CPU-Platzisolierung,
Virenschutz, und
Geldverwaltung.
In einem anderen Beispiel ist der mindestens eine Steuerprozessor 120 weiterhin so konfiguriert, dass er eine Schnittstelle zwischen der Haussteuerplattform 100 und des mindestens einem älteren Verbraucherprodukt 301–304 schafft,
das mindestens eine ältere Verbraucherprodukt 301–304 beinhaltet mindestens eines der folgenden Elemente:
ein Fernsehgerät 301,
ein Telefon 302,
ein Audiosystem 304,
ein Videosystem, und
ein Hausgerät.

In einem letzten Beispiel beinhaltet der mindestens eine Steuerprozessor 120 mindestens eines der folgenden Elemente:
ein Spracherkennungssystem 360,
ein Sprachsynthetisierungssystem 360 und
ein drahtloses Vorrichtungsschnittstellensystem. Text in der Zeichnung Figur 2

POWER	Stromversorgung
PROC	Prozessor
BCU	Bussteuereinheit
CPU	zentrale Verarbeitungseinheit
I/O	Eingabe/Ausgabe

Figur 3

TELEPHONE	Telefon
PRINTER	Drucker
LEGACY I/O	Ältere Ein-/Ausgabevorrichtungen
CONTROL PROCESSING	Steuerungsverarbeitung
VOICE I/O	Spracheingabe/-ausgabe
FILTER PROCESSING	Filterverarbeitung
TV	Fernsehgerät
SPEAKERS	Lautsprecher
MICROWAVE	Mikrowelle
WIRELESS NETWORK	Drahtloses Netzwerk
CABLE OR SATELLITE	Kabel- oder Satellitennetzwerk
NETWORK
MEDIA CENTER	Mediencenter
HOME SECURITY SYSTEM	Haussicherheitssystem
REFRIGERATOR	Kühlschrank

Figur 4

STREAMING BUFFERS	Befehlspuffer
FILTER	Filter
BUS INTERFACE UNIT	Busschnittstelleneinheit
CTL	Temporale Logik
REGISTERS	Register
ALU	Rechenwerk
FPU	Numerischer Coprozessor
PROGRAM MEMORY	Programmspeicher

Figur 5

STREAMING BUFFERS	Befehlspuffer
COMPILER	Kompilierer
FILTER PROGRAMMS	Filterprogramme
USER TASK	Benutzeraufgabe
SERVICE TASK	Dienstleistungsaufgabe
COPROCESSOR INTERFACE LAYER	Coprozessor-Schnittstellenebene
BASE SERVICE LAYER	Basisdienstebene
MINIMAL OPERATING
SYSTEM	Minimales Betriebssystem
SHARED MEMORY	Gemeinsamer Speicher

Claims

Haussteuerplattform (100) mit: einer Vielzahl serieller Busse (150), die dafür konfiguriert sind, Verbindungen unter einer Vielzahl von Verarbeitungseinheiten (110) zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, dass die seriellen Busse (150) parallel angeordnet sind, so dass jeder serielle Bus eine separate Verbindung unter der Vielzahl von Verarbeitungseinheiten (110) schafft, wobei die Haussteuerplattform Folgendes umfasst: eine Buszuteilungseinheit (210), die dafür konfiguriert ist, Anfragen für eine Bandbreitenzuteilung von der Vielzahl von Verarbeitungseinheiten (110) zu empfangen und für Zuteilungen von Untermengen der Vielzahl serieller Busse (150) zu sorgen, um die Anfragen zu befriedigen.
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 1, weiterhin beinhaltend: mindestens eine Verarbeitungseinheit aus der Vielzahl von Verarbeitungseinheiten (110).
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 1, wobei jeder aus der Vielzahl serieller Busse (150) eigengetaktet konfiguriert ist.
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 1, weiterhin beinhaltend: mindestens einen Steuerprozessor (120), der dafür konfiguriert ist, für eine Steuerung der Datenübermittlung unter den Verarbeitungseinheiten (110) zu sorgen.
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Steuerprozessor (120) Folgendes beinhaltet: eine mit der Vielzahl serieller Busse (150) betriebsfähig gekoppelte Busschnittstelleneinheit (160), die dafür konfiguriert ist, die Datenübermittlung über die Vielzahl serieller Busse (150) durchzuführen, und eine mit der Busschnittstelleneinheit (160) betriebsfähig gekoppelte zentrale Verarbeitungseinheit (230), die dafür konfiguriert ist, die Eingabedaten von der Busschnittstelleneinheit (160) zu verarbeiten, und dafür konfiguriert ist, der Busschnittstelleneinheit (160) verarbeitete Daten zuzuführen.
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Steuerprozessor (120) Folgendes beinhaltet: einen Mikrokernel (510), der dafür konfiguriert ist, Basisbetriebssystemdienste bereitzustellen, die mindestens eines der Folgenden Elemente beinhalten: Semaphoren, Mitteilungsübermittlung, Zeitplanung, Ausnahmeverwaltung, Aufgabenverwaltung, und Speicherverwaltung.
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine Steuerprozessor (120) weiterhin Folgendes beinhaltet: eine Schnittstelle, die dafür konfiguriert ist, den Mikrokernel (510) mit einem standardmäßigen Betriebssystem zu koppeln.
Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 6, wobei die Aufgabenverwaltung dafür konfiguriert ist, einen direkten Zugriff auf mindestens eine aus der Vielzahl von Verarbeitungseinheiten (110) zu schaffen, wobei die mindestens eine aus der Vielzahl von Verarbeitungseinheiten (110) als Coprozessor konfiguriert ist, und der direkte Zugriff über eine Coprozessor-Schnittstellenebene (520) geschaffen wird.
Verarbeitungseinheit (110) für die Verwendung in einer Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit (110) Folgendes umfasst: eine oder mehrere Filtereinheiten (115), eine Busschnittstelleneinheit (160), die mit der Vielzahl serieller Busse (150) der Haussteuerplattform (100) betriebsfähig gekoppelt ist, wobei die Busschnittstelleneinheit (160) dafür konfiguriert ist: von der Haussteuerplattform (100) eine Zuteilung eines oder mehrerer ausgewählter Busse aus der Vielzahl von Bussen zu empfangen, und über einen oder mehrere ausgewählte Busse die Kommunikation zwischen der Haussteuerplattform (100) und einer oder mehreren Filtereinheiten (115) zu schaffen.
Steuerprozessor (120) für die Verwendung in einer Haussteuerplattform (100) nach Anspruch 1, wobei der Steuerprozessor (120) Folgendes umfasst: eine Busschnittstelleneinheit (160), die mit der Vielzahl serieller Busse (150) der Haussteuerplattform (100) betriebsfähig gekoppelt ist, wobei die Busschnittstelleneinheit (160) dafür konfiguriert ist, basierend auf einer Zuteilung eines oder mehrerer ausgewählter Busse aus der Vielzahl serieller Busse durch die Haussteuerplattform (100) die Datenübermittlung über die Vielzahl serieller Busse (150) durchzuführen, und eine mit der Busschnittstelleneinheit (160) betriebsfähig gekoppelte zentrale Verarbeitungseinheit (230), wobei die zentrale Verarbeitungseinheit (230) dafür konfiguriert ist, die Eingabedaten von der Busschnittstelleneinheit (160) zu verarbeiten und verarbeitete Daten der Busschnittstelleneinheit (160) zuzuführen.