Инверсионное кодирование - Inversion encoding

Инверсионное кодирование это метод кодирования, используемый для кодирование передачи по шине для систем малой мощности. Он основан на том факте, что большое количество энергии тратится впустую из-за переходов, особенно на внешних шинах, и, таким образом, сокращение этих переходов помогает оптимизировать рассеяние мощности. Это делается путем добавления к линиям шины дополнительной сигнальной линии с именем INV. Этот сигнал определяет, нужно ли инвертировать другие линии или нет.

Обзор

В методе кодирования с инвертированием шины используется дополнительный сигнал (INV) для указания «полярности» данных. Имея кодовое слово инвертирования шины INV @ x, где @ - оператор конкатенации, а x обозначает либо исходное слово, либо его дополнение, декодер инвертирования шины берет кодовое слово и создает соответствующее исходное слово. Если сигнал INV равен 1, результатом является одно дополнение к x, в противном случае это x.

Сценарии использования

  • Линии с высокой емкостью
  • Высокая коммутационная активность

Метод инвертирования шины

  1. В Расстояние Хэмминга (количество битов, в которых они различаются) между текущим значением шины (также считая текущую инвертированную строку) и следующим значением данных.
  2. Если расстояние Хэмминга больше, чем n / 2, инвертировать устанавливается в 1, и следующее значение шины становится равным инвертированному следующему значению данных.
  3. Иначе инвертировать установлен в 0, и следующее значение шины равно следующему значению данных.
  4. На стороне приемника содержимое шины должно быть условно инвертировано в соответствии с линией инвертирования, если только данные не сохраняются в закодированном виде (например, в RAM). В любом случае значение invert должно передаваться по шине (метод увеличивает количество строк с n до n + 1).[1]

Пример

Рассматривая пример системы, которая получает одни из своих данных от датчика, большую часть времени датчик может измерять некоторый шум. В этом примере предполагается, что измеряемые значения равны (0) и (-1) поочередно. Для 32-битной шины данных значение 0 преобразуется в 0x00000000 (0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000), а (-1) преобразуется в 0xFFFFFFFF (1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111) в два дополнения представление. Расстояние Хэмминга в этом случае равно 32 (поскольку все 32 бита меняют свое состояние). Расстояние Хэмминга намного меньше, если использовать знаковое битовое представление. Однако даже при использовании дополнения до двух инверсионное кодирование снижает необходимую активность. В этом случае 0 будет представлен как 0x00000000 с INV = 0, а -1 будет представлен как 0x00000000 с INV = 1. Поскольку INV = 1, получатель инвертирует данные перед их потреблением, тем самым преобразуя их в 0xFFFFFFFF внутренне. В этом случае на шине изменяется только 1 бит (бит INV), что приводит к активности фактора 1, что даже лучше, чем представление битов знака.

Обзор для анализа производительности: инверсионное кодирование

Анализ производительности

Метод инвертирования шины генерирует код, обладающий тем свойством, что максимальное количество переходов на временной интервал уменьшается с n до n / 2 и, следовательно, пиковая мощность рассеивания для ввод, вывод (I / O) уменьшается вдвое. От теория кодирования С этой точки зрения, код инвертирования шины - это марковский код, зависящий от времени.

В то время как максимальное количество переходов уменьшается вдвое, среднее количество уменьшается меньше. Для 8-битной шины, например, среднее количество переходов при использовании кодирования с инвертированием шины становится 3,27 (вместо 4) или 0,41 (вместо 0,5) переходов на линию шины на временной интервал. Это означает, что среднее количество переходов составляет 81,8% от количества с незашифрованной шиной. Это связано с тем, что инвертированная линия способствует некоторым переходам, и распределение расстояний Хэмминга не является однородным.[1]

Кодирование с разделенной инверсией

Чтобы уменьшить среднюю рассеиваемую мощность ввода / вывода для широких шин, можно использовать наблюдение, что метод инвертирования шины лучше работает для шин малых размеров, чтобы разделить шину на несколько более узких подсистем. Затем каждая из этих субшин может быть независимо закодирована собственным инвертированным сигналом. Например, 64-битная шина может быть разделена на восемь 8-битных подсистем с добавлением 8 инвертированных сигналов. Поскольку предполагается, что данные, передаваемые по широкой шине, являются равномерно распределены, статистика для более узких подавтобусов будет независимый и последовательность данных для каждой субшины будет равномерно распределена. Например, для 64-битной шины, разделенной на восемь 8-битных подсистем, среднее количество переходов на один временной интервал будет 26,16 (8 раз 3,27, среднее значение для одной 8-битной подсистемы), а среднее количество переходов на шину -line на временной интервал будет 0,41 (как для 8-битной шины с одной инвертированной строкой). Максимальное количество переходов не улучшается за счет разделения шины и остается неизменным на уровне n / 2. Однако всегда есть дополнительные накладные расходы, связанные с использованием большего количества строк, но с точки зрения вычислений было обнаружено, что кодирование шины инверсии хорошо работает для большинства целей.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Stan, Mircea R .; Бурлесон, Уэйн П. (март 1995 г.). «Кодирование с инвертированием шины для ввода / вывода с низким энергопотреблением». Транзакции IEEE в системах с очень крупномасштабной интеграцией (СБИС). 3 (1): 49–58. CiteSeerX  10.1.1.89.2154. Дои:10.1109/92.365453. 1063-8210/95$04.00.

дальнейшее чтение