一種異步傳輸模式的信元復用電路及方法
2023-05-22 21:59:21 1
專利名稱：一種異步傳輸模式的信元復用電路及方法
技術領域：
本發明涉及數據通信領域，具體地說，涉及多個物理層器件到一個ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式)層器件的ATM信元復用電路和方法。
圖1是物理層和ATM層器件之間基本關係的結構圖，該傳輸系統包含1個ATM層器件和多個物理層器件，物理層器件和ATM層器件之間的接口信號有RxClk、RxAddr、RxClav、RxData、RxEnb和RxSoc共6種，ATM信元在這些信號的控制下從物理層器件傳輸到ATM層器件。UTOPIA Leve2協議中規定，1個ATM層器件可以最多對來自31個物理層器件的物理信元進行復用。
為方便理解，下面介紹上述6種接口信號的含義。
RxClk信號是ATM層器件和物理層器件接口的時鐘信號，在RxClk信號的上升沿ATM層器件將來自物理層器件的ATM信元存放在ATM層器件的存儲單元中。
RxAddr信號是ATM層器件和物理層器件之間的5位地址總線，是用於ATM層器件對物理層器件進行查詢，當物理層器件得到相匹配的地址時，就將RxClav信號反饋給ATM層器件。RxAddr信號包含兩種輸出，一種是所查詢的物理層器件的地址，另一種是間插在物理層器件的地址之間的1F信號。
RxClav信號是信元可得到信號，當物理層器件收到來自ATM層器件的查詢地址後，相關物理層器件在下一個時鐘向ATM層器件發出該信號，用以告訴ATM層器件是否有信元需要發送。RxClav信號包含三種情況，當存在需要發送的信元時，該信號為高電平；當接收到無效的查詢地址時，該信號為高阻；當沒有需要發送的信元時，保持低電平。
RxEnb信號是數據傳輸使能信號，在低電平時有效；該信號有效時表示ATM層器件正在進行數據傳輸，反之則表示數據總線處於空閒狀態，可以隨時處理待發的ATM信元。
RxData信號是用來傳輸來自物理層器件的ATM信元的數據總線，ATM層器件通過該數據總線將相應的數據存儲在ATM層器件的存儲單元中。
RxSoc信號是物理層信元的信元開始信號，該信號的有效寬度為一個時鐘，和物理層信元的第一個字節同時有效。
圖2、圖3給出了ATM層器件和物理層器件在不同情況下接口信號間的時序關係，圖2表示在數據傳輸時，圖3表示在數據總線空閒時。
ATM層器件主要包含兩個功能，一是對來自物理層器件PHY1到PHY T的物理層信元進行數據接收，將之存儲在存儲單元中；第二是通過5位的地址線對所有的物理層器件進行查詢，尋找需要進行數據傳輸的物理層器件，兩種功能並行操作。在數據傳輸的過程中，物理層器件根據ATM層器件發出的查詢地址提供一個RxClav信號，若含有待發的物理信元時，物理層器件反饋一個高電平RXClav信號給ATM層器件。
在圖2中，ATM層器件利用RxClk信號對RxAddr地址總線進行採樣輸出，這些輸出的地址用於對物理層器件進行查詢。在時鐘1到時鐘14期間，由於RxEnb信號為低電平，數據總線RxData處於數據傳輸狀態，所以雖然ATM層器件查詢到N-3和N+3兩個物理層器件滿足要求，但是不能立刻對這兩個器件進行選中。在時鐘15時，RxEnb信號變為高電平，此時ATM層器件在N-3和N+3中選擇一個進行選中，圖2表示的是N+3這個器件被選中，然後對來自物理層器件N+3的ATM信元進行數據傳輸，並同時繼續物理層器件的查詢工作。物理層器件在檢測到來自ATM層器件的RxEnb信號有效後，立刻對相應的物理層器件的物理信元進行傳輸，並在該信元的第一個字節使RxSoc信號有效。
圖3中，ATM層器件在對物理層器件進行查詢時，數據總線正好處於空閒狀態，所以當ATM層器件在第15個周期檢測到RxClav信號為高時，在下一個周期立刻對N-3器件進行選中。
以上是UTOPIA Level 2協議中對ATM層器件和物理層器件輸入接口的基本描述，該協議詳細規定了物理層器件和ATM層器件之間的接口方式，利用該協議可以對ATM層信元實現數據復用。但是在對物理層器件的選中操作中，UTOPIA Level 2協議沒有利用最短的時間對物理層器件進行選中，使得整個ATM信元的傳輸帶寬沒有得到充分利用，同時也沒有具體給出實現查詢和選中操作的方法。目前還沒有發現有具體實現Rx埠信元復用技術的文獻。
本發明所述ATM信元復用電路包括緩存器組、查詢模塊、預選中模塊、選中模塊、信元存儲控制模塊和信元復用輸出模塊；所述緩存器組，包括與物理層器件個數相同的緩存器，用於存儲對應的物理層器件的信元；所述緩存器可以採用RAM構成；所述查詢模塊，根據所述緩存器的狀態對物理層器件進行查詢，尋找包含待發信元的物理層器件；所述預選中模塊，用於在數據總線忙時對含有待發信元的物理層器件進行選中，為所述選中模塊準備；所述選中模塊，用於選中需要進行信元傳輸的物理層器件；所述信元存儲控制模塊，根據所述選中模塊的內容將選中的物理層器件的信元存儲在所述緩存器組中；所述信元復用輸出模塊，根據所述緩存器的狀態依次讀出存儲在所述緩存器組中的信元，進行並串轉換後輸出。
一種ATM信元復用方法，包括以下步驟一、根據緩存器組中的信元存儲狀態和當前的選中器件，循環查詢對應的物理層器件；二、檢測物理層器件返回的「信元可得到」信號，判斷該物理層器件是否有待發的物理信元，如果有，則進行步驟三；如果無，則檢測下一個物理層器件的「信元可得到」信號，重複步驟二；三、判斷當前數據總線是否處於工作狀態，如果是，則進行步驟四；如果不是，則進行步驟五；四、檢測預選中狀態是否有效，如果有效，則表示已有其他物理層器件被預選中，保持當前狀態；如果無效，則預選中當前查詢到的物理層器件；返回步驟三；五、檢測預選中狀態是否有效，如果有效，則選中已被預選中的物理層器件，並清除預選中狀態；如果無效，則選中當前查詢到的物理層器件；六、根據選中的物理層器件的地址將數據總線上的信元存儲到緩存器組中，並根據緩存器的存儲狀態對不同的信元進行復用輸出。
本發明所述ATM信元復用電路和方法不僅可以滿足UTOPIA協議的要求，而且對協議中沒有規定的查詢和選中操作進行了具體的實現，其查詢辦法可以對不同的物理層器件提供相對公平的數據傳輸帶寬，使所有的物理層器件能夠在公平的條件下實現數據傳輸；本發明還增加了預選中模塊，並在時序上進行了處理，使ATM層器件在查到有效的物理層器件後對該器件進行數據傳輸的響應時間達到最短。另外，UTOPIA協議中規定每一個ATM層器件最多可以和31個物理層器件接口，本發明通過增加一個接口信號，使得查詢範圍擴大，可以對最多32個器件進行查詢。
圖2是UTOPIA協議中ATM層器件和物理層器件之間接口信號在數據總線忙時的時序圖。
圖3是UTOPIA協議中ATM層器件和物理層器件之間接口信號在數據總線處於空閒狀態的時序圖。
圖4是ATM信元在物理層器件和ATM層器件之間傳輸的示意圖。
圖5是本發明ATM信元復用電路的結構示意圖。
圖6是本發明ATM信元復用電路進行查詢和選中的流程圖。
圖7是採用本發明後物理層器件和ATM層器件的接口關係圖。
圖8是採用本發明的ATM層器件和物理層器件在數據總線忙時的接口信號時序圖。
圖9是採用本發明的ATM層器件和物理層器件在數據總線空閒時的接口信號時序圖。
圖1為協議UTOPIA Level 2中提供的物理層器件和ATM層器件的接口關係圖，可以看出T個物理層器件和1個ATM層器件通過RxClk、RxAddr、RxData、RxEnb、RxClav和Rxsoc相互接口，其中查詢地址RxAddr的寬度為5。
圖2和圖3是協議中給出的物理層器件和ATM層器件之間的接口時序圖，圖2是正在進行數據傳輸時的時序關係，圖3是沒有進行數據傳輸時的時序關係。從圖2、3的RxAddr信號可以看出，查詢地址的輸出不是連續進行的，前後兩次的查詢地址沒有必然的聯繫；每兩個查詢地址之間被1F信號隔開，目的是為了防止查詢地址之間出現競爭現象。另外不管在數據傳輸狀態還是非數據傳輸狀態，每次對物理層器件的查詢到選中至少需要兩個周期的時間，對於圖2所示的時序關係，如果在數據傳輸結束前的第一個周期的查詢地址不是有效地址，而是1F，則由查詢到選中所需要的響應時間更長。
圖4是物理層器件和ATM層器件之間物理層信元傳輸的示意圖。ATM層器件包括兩部分，分別是復用電路和解復用電路，復用電路的作用是將來自物理層器件的物理層信元進行復用，然後經過串行數據鏈路送出；解復用電路的作用是將來自串行數據鏈路的數據解復用，然後傳輸給物理層器件。本發明涉及的是復用電路。
圖5是本發明ATM信元復用電路的結構示意圖。ATM信元復用電路包括緩存器組、查詢模塊、預選中模塊、選中模塊、信元存儲控制模塊和信元復用輸出模塊。
緩存器組包括與物理層器件個數相同的緩存器，用於存儲對應的物理層器件的信元，可以採用RAM來構成。
查詢模塊主要是對物理層器件進行查詢，尋找包含待發信元的物理層器件；查詢模塊首先根據緩存器的滿標誌位判斷該緩存器的當前狀態，用以判斷是否對相應的物理層器件進行查詢，當滿標誌位為有效時，說明該存儲器處於滿狀態，不能再繼續存放更多的物理層信元，否則會產生數據覆蓋，導致數據丟失；如果標誌位無效，說明緩存器處於非滿狀態，可以繼續存儲另外的物理信元，這樣查詢模塊查詢對應的物理層器件，當物理層器件收到ATM層器件發出的地址後，向ATM層器件反饋RxClav信號，查詢模塊再對RxClav信號進行檢測。
信元存儲控制模塊是把選中的物理層器件的信元存儲在緩存器中。該模塊主要由信元指針和字節指針兩個模塊組成，信元指針的功能是對來自不同物理層器件的信元進行控制，將來自不同物理層器件的信元存放在各自的緩存器中；字節指針是對來自同一物理層器件的信元進行控制，把信元的每一個字節存放在緩存器的相應地址中。
預選中模塊是對含有待發信元的物理層器件進行選中，為選中模塊做準備。ATM信元復用電路只有在正在進行信元傳輸時才使用預選中模塊，當RxEnb信號有效時，預選中模塊對來自物理層器件的RxClav信號進行檢測，當該信號為高電平時且沒有其他的物理層器件被預選中時，預選中模塊預選中成功。
選中模塊是選中需要進行信元傳輸的物理層器件，選中模塊可以通過兩個途徑選中所需要的物理層器件，一種是根據當前預選中的狀態確定選中的物理層器件；另一種是選中模塊根據查詢模塊的查詢情況直接選中物理層器件。
信元復用輸出模塊將存儲在緩存器中的信元依次讀出，然後將讀出的並行數據進行並串轉換後輸出，這樣所有的物理層器件中需要傳輸的信元便可由一個數據線輸出，從而實現信元復用，該模塊可以由一個並串轉換電路來實現。
本發明所述ATM信元復用電路的工作過程如下查詢模塊根據緩存器組中各個緩存器的信元存儲狀態，將有效的查詢地址輸出給外接的物理層器件，然後對應的物理層器件發出RxClav信號；預選中模塊和選中模塊接收到RxClav信號後，根據該RxClav信號、預選中標誌以及RxEnb信號，判斷是否對當前的物理層器件進行預選中或者選中操作，其中預選中標誌是由預選中模塊產生的，當預選中標誌為高時表示已經存在預選中的物理層器件；當預選中標誌為低時表示沒有預選中的物理層器件。當選中有效的物理層器件後，將選中的物理層器件的地址告訴信元傳輸控制模塊，信元傳輸控制模塊根據選中的地址對數據總線上的數據進行存儲，同時緩存器組將每個物理層器件的存儲狀態分配給查詢模塊和信元復用輸出模塊。最後，信元復用輸出模塊根據存儲狀態決定是否對信元進行復用輸出。
下面依據圖6所示流程圖描述本發明信元復用電路進行查詢和選中操作的過程。在系統初始化完成之後，信元復用電路對第一個物理層器件所對應的RAM的滿標誌位進行檢測，判斷RAM是否已經寫滿，如果滿標誌有效，則說明該RAM處於滿狀態，此時無需對第一個物理層器件進行查詢，因為即使查詢結果有效，也不能進行數據傳輸，否則會產生數據覆蓋現象，導致數據傳輸出錯，信元復用電路繼續檢測下一個物理層器件的RAM的滿標誌；如果滿標誌無效，則說明RAM沒有寫滿，可以對該器件進行信元傳輸。
當查詢到某物理層器件對應的RAM處於未滿狀態後，查詢模塊對該物理層器件進行查詢，物理層器件接收到查詢後，反饋RxClav信號給信元復用電路。信元復用電路對來自物理層器件的RxClav信號進行檢測，判斷該物理層器件是否含有待發的物理信元，如果該信號為低電平，則說明沒有需要處理的信元，反之則說明需要進行信元傳輸。
信元復用電路檢測到有效的RxClav信號後，判斷數據總線當前的狀態，查看系統是否處於數據傳輸中。如果數據總線處於工作狀態，則不能對查詢到的有效物理層器件進行選中，進一步檢測預選中狀態，判斷是否已經處於預選中狀態，如果預選中狀態有效，則說明已有其他物理層器件被預選中，如果預選中狀態無效，則立刻預選中當前查詢到的物理層器件；如果數據總線處於空閒狀態，則對預選中的情況進行檢測，如果已含有預選中的物理層器件，則對預選中的物理層器件進行選中，然後對預選中模塊進行清除操作；如果不存在預選中的物理層器件，則立刻選中當前查到的有效物理層器件。
圖7為本發明的物理層器件和ATM層器件的接口關係圖，對照圖1，可以看出本發明增加了一個RxValid信號，該信號是用於表示從ATM層器件到物理層器件的地址信號是否有效，當RxValid信號為高電平時，說明發往物理層器件的地址是有效地址；當RxValid信號為低電平時，說明地址總線上的地址是無效的地址。由於UTOPIA Level 2協議中查詢地址的寬度為5，而為了防止地址總線上的競爭，對物理層器件進行查詢時需要用1F信號將有效地址隔開，因此1個ATM層器件只能外接31個物理層器件。而在本發明中，由於引入了RxValid信號用於區分1F信號為有效地址還是無效地址，因此可以將物理層器件的查詢範圍增加到32個。
圖8和圖9為本發明中物理層器件和ATM層器件的接口信號分別在數據總線忙和空閒時的時序關係圖。本發明為了實現每一個物理層器件信元獲得相對公平的信元傳輸機會，對物理層器件的查詢和有效器件的選中提出了具體的實現方法。本發明採用循環查詢的方法對物理層器件進行查詢，當系統的初始化完成後，查詢模塊首先從0地址器件開始查詢，然後是1地址器件，依次查詢，直到最後一個物理層器件。當一次查詢輪迴結束後，ATM層器件又從0地址開始對物理層器件進行依次查詢，循環往復。在這種查詢方式下每個物理層器件被查詢的優先級不同，同時由於查詢採用循環方式，每個物理層器件的優先級總是在不斷改變，不同器件獲得不同查詢優先級的可能性相同。UTOPIA協議中規定當信元進行傳輸時，如果ATM層器件查詢到一個含有待發信元的物理層器件，可以繼續對其他的物理層器件進行查詢，在當前的信元傳輸結束後選中其中的一個有效器件進行數據傳輸，如圖2所示。本發明也可以實現在查詢到有效器件後繼續查詢其他的器件，但是在有效器件的選中方式上與協議有所不同。本發明由於採用循環查詢的方法，因此在RxEnb信號有效時，即數據總線正在進行傳輸時，對優先級最高的有效器件進行預選中，如圖8所示，由於C的優先級高於D，所以當系統查到C器件含有待發信元時，系統對C進行預選中。由於ATM層器件採用帶有優先級的循環查詢方法，所以第一次查詢到的有效器件總是所有有效器件中優先級最高的器件。當RxEnb信號無效時，即數據總線空閒時，如果已存在預選中的物理層器件，則選中模塊立刻對預選中的器件進行選中；如果不存在預選中的物理層器件，信元復用電路一檢測到有效的RxClav信號後就立刻選中對應的物理層器件。由於物理層器件被查詢的優先級是不斷循環變化的，從而使每個器件被優先選中的機會都相同。本發明在RxEnb信號有效時進行了預選中操作，因此在RxEnb信號無效的第一個周期就可以對預選中器件進行選中操作；如果沒有預選中，則當上一個信元傳輸最後一個字節時，而查詢地址為無效的1F，那麼對下一個物理層器件的選中就必須延遲一個時鐘周期。而在RxEnb信號無效的情況下，本發明也可以在查詢到有效的RxClav信號時立刻對有效的物理層器件進行選中，縮短了由於選中而產生的響應時間，如圖9所示。
權利要求
1.一種異步傳輸模式的信元復用電路，其特徵在於，包括緩存器組、查詢模塊、預選中模塊、選中模塊、信元存儲控制模塊和信元復用輸出模塊；所述緩存器組，包括與物理層器件個數相同的緩存器，用於存儲對應的物理層器件的信元；所述查詢模塊，根據所述緩存器的狀態對物理層器件進行查詢，尋找包含待發數據的物理層器件；所述預選中模塊，用於在數據總線忙時對含有待發信元的物理層器件進行預選中，為所述選中模塊準備；所述選中模塊，用於選中需要進行信元傳輸的物理層器件；所述信元存儲控制模塊，根據所述選中模塊的內容將選中的物理層器件的信元存儲在所述緩存器組中；所述信元復用輸出模塊，根據所述緩存器的狀態依次讀出存儲在所述緩存器組中的信元，進行並串轉換後輸出。
2.根據權利要求1所述的異步傳輸模式的信元復用電路，其特徵在於所述緩存器是RAM。
3.根據權利要求1所述的異步傳輸模式的信元復用電路，其特徵在於所述信元存儲控制模塊包括信元指針和字節指針兩個模塊；所述信元指針模塊對來自不同物理層器件的信元進行控制，將來自不同物理層器件的信元存放在各自的緩存器中；所述字節指針模塊對來自同一物理層器件的信元進行控制，把信元的每一個字節存放在緩存器的相應地址中。
4.根據權利要求1至3任一權利要求所述的異步傳輸模式的信元復用電路，其特徵在於所述信元復用輸出模塊是並串轉換模塊。
5.一種異步傳輸模式的信元復用方法，其特徵在於，包括以下步驟一、根據緩存器組中的信元存儲狀態和當前的選中器件，循環查詢對應的物理層器件；二、檢測物理層器件返回的「信元可得到」信號，判斷該物理層器件是否有待發的物理信元，如果有，則進行步驟三；如果無，則檢測下一個物理層器件的「信元可得到」信號，重複步驟二；三、判斷當前數據總線是否處於工作狀態，如果是，則進行步驟四；如果不是，則進行步驟五；四、檢測預選中狀態是否有效，如果有效，則表示已有其他物理層器件被預選中，保持當前狀態；如果無效，則預選中當前查詢到的物理層器件；返回步驟三；五、檢測預選中狀態是否有效，如果有效，則選中已被預選中的物理層器件，並清除預選中狀態；如果無效，則選中當前查詢到的物理層器件；六、根據選中的物理層器件的地址將數據總線上的信元存儲到緩存器組中，並根據緩存器的存儲狀態對不同的信元進行復用輸出。
6.根據權利要求5所述的異步傳輸模式的信元復用方法，其特徵在於，步驟一查詢物理層器件還包括以下步驟首先，根據0地址物理層器件對應的緩存器的滿標誌位判斷該緩存器的當前狀態，如果滿標誌位為有效，則說明該緩存器處於滿狀態，對其對應的物理層器件不進行查詢；如果滿標誌位為無效，則說明該緩存器處於非滿狀態，查詢對應的物理層器件；然後，檢測1地址物理層器件對應的緩存器的滿標誌位；依此檢測，直到最後一個地址的物理層器件對應的緩存器；當一次查詢輪迴結束後，ATM層器件又從0地址開始查詢。
全文摘要
本發明提供一種ATM信元復用電路，涉及ATM信元傳輸系統，以實現ATM層器件對物理層器件的信元復用，包括緩存器組、查詢模塊、信元存儲控制模塊、預選中模塊、選中模塊和信元復用輸出模塊，查詢模塊查詢物理層器件，對應物理層器件反饋信號；預選中模塊和選中模塊判斷是否對該物理層器件預選中或選中，信元傳輸控制模塊對數據進行存儲，信元復用輸出模塊對信元進行復用輸出；本發明不僅滿足UTOPIA協議的要求，而且對協議中沒有規定的查詢和選中操作進行了具體的實現，使所有物理層器件能在公平的條件下實現數據傳輸；增加的預選中模塊可使ATM層器件查到有效物理層器件後對該器件進行數據傳輸的響應時間達到最短。
文檔編號H04L12/28GK1464689SQ02112009
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月5日 優先權日2002年6月5日
發明者吳哲 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司