直通轉發模塊及在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法

2024-02-15 11:58:15

直通轉發模塊及在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法
【專利摘要】本發明涉及直通轉發模塊(200)、集成電路、半導體設備和在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法。所述直通轉發模塊200在數據塊中處理接收的數據幀(210、216)。所述模塊(200)包括用於存儲接收數據幀(210)的第一數據塊BL1的預加載單元(204)。在接收器單元(206)接收後續數據幀之前，所存儲的第一數據塊BL1可以被所述預加載單元(204)預加載到發射器單元(208)內。所述處理單元(202)控制第一數據塊到所述預加載單元(204)的所述傳送，以及控制使用預加載數據塊的作為將要被發射的數據幀的第一數據塊。
【專利說明】直通轉發模塊及在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及用於執行數據分組的直通轉發的直通轉發模塊。本發明還涉及在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法。

【背景技術】
[0002]在計算機網絡領域中，直通轉發，也被稱為直通交換，是用於分組交換系統的交換方法，其中網絡交換機在整個幀被網絡交換機接收之前開始轉發幀(或分組)。一旦目的地地址被處理，這種轉發操作通常立刻被執行。以這種方式，直通轉發能夠顯著降低通過交換機的等待時間。使用直通轉發是分組導向的確定性自動化系統的重要特徵。此外，這種系統的實現在工業市場中不斷拓展，以及該項技術也日益滲透到家庭、醫療和汽車應用的解決方案。
[0003]直通轉發系統通常要求嚴格控制交換機的等待時間(該等待時間是在數據被交換機接收與該數據隨後被交換機發射(轉發)之間的延遲)和抖動(該抖動是在相同幀的接收和發射之間的時間段的方差)，以確保確定性的行為和可伸縮性。通常，這種等待時間/抖動要求在不同的直通「模式」之間(例如在不同的數據分組交換協議之間)是不同的。例如，這種直通模式可能包括，例如Ethernet協議(諸如EtherCAT (控制自動化技術的Ethernet))、ProfiNET、Ethernet/IP、DLR(設備級環網技術)或IP業務的直通交換。控制等待時間和抖動對於涉及EtherNet巾貞等等的直通轉發模式特別重要,在其中巾貞被不可預知地被間隔開並且可以是以秒間隔或緊接，這與IP語音(VoIP)不同，在IP語音(VoIP)中具有可預知的幀間隔。為了使直通交換機在市場上更有競爭力，它必須能夠在多個直通交換模式之間支持這種確定性的行為和可伸縮性。
[0004]傳統上，嚴格控制等待時間和抖動是由專用硬體塊提供的，其被布置成滿足特定等待時間和抖動要求。在單一的設備上使用這種專用硬體塊導致了相對昂貴和不靈活的解決方案。特別是，為了使給定交換機能夠滿足一個以上的直通模式的要求，每個直通模式需要分離的專用硬體塊，從而導致交換機成本、功耗以及佔地需求的顯著增加。


【發明內容】

[0005]正如附屬權利要求所描述的，本發明提供直通轉發模塊、集成電路和半導體設備。本發明還提供了一種在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法。
[0006]本發明的具體實施例在從屬權利要求中被陳述。
[0007]根據下文中描述的實施例，本發明的這些或其它方面將會很明顯以及被闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]根據附圖，僅僅通過舉例的方式，本發明的進一步細節、方面和實施例將被描述。在附圖中，類似的符號被用於表示相同的或功能相似的元素。為了簡便以及清晰，附圖中的元素不一定按比例繪製。
[0009]圖1示意性地顯示了包括根據直通轉發原理操作的節點的數據分組交換系統的簡化方框圖；
[0010]圖2示意性地顯示了直通轉發模式的例子；
[0011]圖3示意性地顯示了直通轉發模式的另一個例子；
[0012]圖4示意性地顯示了直通轉發模式的又一個例子；
[0013]圖5示意性地顯示了在直通轉發模式下接收和發射數據的方法的例子。

【具體實施方式】
[0014]現在將參照直通轉發模塊的一個例子描述本發明的例子，例如可以在分組交換系統中實現的直通轉發模塊。然而，本發明不限定於參照附圖所描述的特定指令直通轉發體系結構，並且可以等同地適用於替代體系結構。例如，對於所說明的例子，直通轉發模塊被說明為包括單一的統一的處理單元，用於處理數據塊、控制數據塊的傳送、以及控制特定數據塊的使用。然而，本發明所描述的處理單元的功能可以同樣地在多個處理器和或CPU之間被提供，和/或這種處理單元的功能可以同樣地分布於多個功能模塊之間。此外，由於本發明說明的實施例可能大部分是通過使用本領域所屬技術人員所熟知的電子元件和電路被實現，因此細節不會在比上述所說明的認為有必要的程度大的任何程度上進行解釋。對本發明基本概念的理解以及認識是為了不混淆或偏離本發明所教之內容。
[0015]在圖1中，具有直通轉發節點120、130的分組交換網絡100的簡化方框圖被呈現。節點I1是主節點，其在上遊方向中發射數據幀到從屬節點120、130的鏈。發射器單元Tx發射數據幀。數據幀開始於前導，所述前導被物理層使用，以將接收設備與發射同步。數據幀還包括前導之後的數據分組。該數據分組包括數據幀的實際數據。例如，在Ethernet數據分組中，前導之後跟隨有最多1518位元組。主節點110還包括接收器單元Rx，其從從屬節點120、130的連結收下遊數據幀的流。從屬節點120、130耦合在一個鏈內，以及最後的從屬節點130是用於終止從屬節點120、130的鏈的節點。
[0016]從屬節點120在其上遊接收器單元122上接收來自鏈中的先前節點的上遊數據幀。在數據幀中的數據分組被完全接收之前，它們已被轉發到上遊發射器單元124，上遊發射器單元124甚至在整個數據分組被接收之前就啟動包含數據分組的數據幀的發射。上遊發射器單元124發射數據幀到在鏈中的後續節點。數據分組的上遊由應用處理單元123監視，以及與特定從屬節點相關的數據由應用處理單元123處理。如果應用處理單元123想要發射數據到其它節點，它可以插入數據到上遊數據分組的特定未使用位置，該上遊數據分組是由從屬節點從上遊接收器單元122向上遊發射器單元124轉發的。從屬節點120本身不生成數據分組/幀，而是僅使用上遊數據分組的數據分組的未使用部分來發射數據到其它單元。在圖1的例子中，主單元110是分組交換網絡100中生成新的數據分組/幀的唯一節點。從屬節點120也具有下遊接收器單元128，在其中它們從鏈中的後續節點接收數據幀。接收數據幀的數據分組在未經檢查的情況下被轉發給下遊的發射器單元126，用於發射數據幀到節點鏈中的先前節點。在對應數據幀的完整數據分組已經由下遊接收器單元128接收之前，下遊發射器單元126也開始數據幀發射。終止該鏈的從屬節點130僅具有用於從鏈中的先前節點接收數據幀的上遊接收器單元132和用於發射幀到鏈中的先前節點的下遊發射器單元136。在上遊接收器單元132處的數據幀中接收的數據分組被轉發給下遊發射器單元136。在完整的數據分組已經由上遊接收器單元132接收之前，下遊發射器單元136已開始發射在數據幀中的數據分組。被轉發的數據分組由應用處理單元133監視，使得從屬節點130能夠處理與由從屬節點130執行的應用相關的數據，以及使得從屬節點130能夠發射在被轉發數據分組的特定未使用位置中的應用數據。應注意，在其它實施例中，從屬節點130可具有附加發射器和接收器單元。例如，從屬節點130可與從屬節點120具有相同的硬體結構，但是，因為沒有額外的Ethernet (乙太網)連接耦合於上遊發射器單元和下遊接收器單元，在上遊接收器單元Rx接收的數據分組被傳送到下遊接收器單元Tx，而不是被傳送到上遊發射器單元。這為建立特定的網絡結構提供了額外的靈活性。
[0017]分組交換網絡100的拓撲結構是示例性的用於EtherCAT系統，其可以用於在控制自動化技術中傳遞信息，例如工廠生產線的控制。EtherCAT系統允許有效地利用乙太網系統的帶寬，以及由於直通轉發等待時間被減小。為支持多個直通模式，通用以及靈活的直通模塊以及確定性等待時間是必需的。
[0018]圖2呈現了直通轉發模塊200。直通轉發模塊200可以被用於，例如，圖1的分組交換網絡100的從屬節點120、130中的一個以及可以被用於上遊或下遊方向。特別是當數據分組必須被監視或處理的時候(例如在上遊方向上)，直通轉發模塊200提供了有利的靈活性。
[0019]直通轉發模塊200包括接收器單元RxQ，206、發射器單元TxQ，208、處理單元Proc，202和預加載單元PL，204。接收器單元RxQ，206接收來自網絡的數據幀。該數據幀的前導由接收器單元RxQ，206使用，僅用於同步，並且不被認為是用於進一步處理和進一步發射的數據。接收器單元RxQ，206把數據分組分隔成數據塊。該數據塊被轉發到處理單元Proc，202和/或到發射器單元TxQ，208。發射器單元TxQ，208被配置成基於由接收器單元RxQ，206接收的數據分組以及基於從預加載單元PL，204接收的和從處理單元Proc，202接收的數據塊來發射數據幀。發射器單元TxQ，208將前導添加到它必須發射的數據分組。將要被發射的數據分組由發射器單元TxQ，208從接收單元RxQ，206、處理單元Proc，202和/或預加載單元PL，204接收的數據塊確定。發射器單元TxQ，208包括發射器隊列，在所述發射器隊列中將要被發射的數據分組的數據塊被臨時存儲。
[0020]預加載單元PL，204被配置成存儲數據塊，以及預加載單元PL，204能夠將存儲在預加載單元PL，204中的數據塊預加載到發射器單元TxQ，208中。預加載意味著存儲在預加載單元PL，204中的數據塊被加載到發射器單元TxQ，208的隊列用於發射，並且在加載數據塊到發射器單元TxQ，208的特定時刻，還沒有定義是否該數據塊將要被發射。預加載也在下述時間間隔內被執行:在該時間間隔期間沒有其它的數據可用於加載到發射器單元TxQ，208的發射隊列中，尤其是當在接收器單元RxQ，206處沒有數據分組被接收時(因此，在通常被稱為幀間間隙的時間段期間)或者當稍後接收的數據幀的前導由接收器單元RxQ, 206接收時。
[0021]處理單元Proc，202被配置成處理數據塊，這意味著它檢測接收的數據分組或數據分組的特定數據塊是否與下述設備相關:該設備包括直通轉發模塊200、和/或處理在運行應用中的相關數據、和/或轉發相關數據到運行應用的分離的處理器。處理單元Proc，202還控制在接收器單元RxQ，206處接收的數據塊到發射器單元TxQ，208的傳輸，使得根據模塊的直通轉發模式，包括所接收數據塊的數據幀的發射可以在接收到完整的數據分組之前開始。將要傳送的數據塊不是必需經過處理單元Proc, 202。基於由處理單元Proc, 202提供的控制信號來從在接收器單元RxQ，206中的隊列轉發到發射器單元TxQ，208的隊列的硬體也在本發明的範圍之內。此外，處理單元Proc，202控制特定接收數據幀的第一數據塊到預加載單元PL，204的傳送。換句話說，如果正在接收新的數據幀並且所接收數據幀的數據分組的第一數據塊被處理單元Proc，202分析，處理單元Proc，202被配置成判定新的數據幀的第一數據塊是否需要被存儲在預加載單元PL，204中。另外，存儲在預加載單元PL，204中的數據塊可能已在下述時間段內被傳送到發射器單元TxQ，208的隊列:在所述時間段期間在接收器單元RxQ，206處沒有數據分組被接收。數據塊沒有被作為將要由發射器單元TxQ，208發射的數據幀的第一數據塊而自動地發射。處理單元Proc，202被配置成判定是否已預加載的數據塊將要被用作數據幀的第一數據塊，其將要在特定數據幀的發射之後被發射，所述特定數據幀的發射是基於存儲在所述預加載單元PL，204中的數據塊所起源的接收數據幀。隨後處理單元Proc，202能夠控制將該預加載數據塊作為在短的和確定性時間段內將要被發射的數據幀的第一數據塊而發射。
[0022]在圖2的底端，兩個數據幀210、216被示意地畫出。時間軸也被指示。第一數據幀210在第二數據幀216之前被接收。每個數據幀210、216開始於前導PA，其僅用於在物理層，以將接收器單元與發射相應數據幀210，216的發射器單元同步。前導不包含對於包括直通轉發模塊200的設備來說是重要的數據。每個數據幀還包括數據分組212，218，其被接收器單元RXQ，206細分為數據塊BLl...BLn。數據分組包括與數據鏈路層和OSI通信層的更高層相關的數據。數據分組212，218包括，例如，64至1518位元組的乙太網數據分組。在一個實施例中，數據塊BLl...BLn全部具有相等的比特數目-它們的規模是相等的。在實際的實施例中，單個數據塊BLx的規模是8個字節。在另一個實施例中，規模是4位元組。
[0023]例如，在EtherCAT系統中，數據分組始終是可變規模的乙太網數據分組。乙太網數據分組始終是以目的地址、源地址和類型欄位開始。例如，在EtherCAT系統中，在節點鏈中被發射的數據分組通常具有相同的目的地址、源地址和類型欄位。因此，多個隨後接收的數據分組的起始等於第一接收數據分組的起始。因此，如圖2的底端所示，數據分組218的第一數據塊BLl等於數據分組212的第一數據塊BL1。這為優化直通轉發模塊的直通轉發操作提供了機會。
[0024]直通轉發模塊200藉助於預加載單元PL，204和經由處理單元Proc，202的預加載單元PL，204的控制，提供了這種最優化。如果第一數據分組212正在被接收並且第一數據分組212的第一數據塊BLl正在被處理單元Proc，202分析和/或處理，那麼第一數據塊BLl被傳送到發射器單元TxQ，208以及到預加載單元PL，204。第一數據塊BLl被傳送到發射器單元TxQ，208，使得基於所接收的第一數據分組的數據幀的發射可以開始。第一數據塊BLl也被傳送到預加載單元PL，204，用於存儲在此單元內，使得當沒有新的數據由接收器單元RxQ，206接收時，第一數據塊BLl的內容可以被預加載到發射器單元TxQ，208中。沒有新數據被接收器單元TxQ，206接收的時段在圖2中由時間段214指示，該時間段包括沒有數據幀被接收器單元RxQ，206接收的時間幀，並且可選地包括後續數據幀216的前導PA被接收的時段。如果第一塊BLl被預加載到發射器單元TxQ，208，當後續數據幀216在接收器單元RxQ，206被接收時，在不需要處理在處理單元Proc，202中的後續數據幀216的第一數據塊BLl並且不需要將第一數據塊216傳送到發射器單元TxQ，208的情況下，發射器單元TxQ，208可以儘早開始發射後續數據幀。在實際的實施例中，在接收到後續數據分組218的第一數據塊BLl後，被預加載到發射器單元TxQ，208中的第一數據塊BLl的發射可能立即開始。緊接在第一數據塊BLl接收之後的這個時刻是Proc，202可以控制使用預加載數據塊的momentin時間，因為所接收的第一數據塊的內容是由直通轉發模塊已知的。因此，等待時間由前導PA的規模以及第一數據塊BLl的規模所確定。
[0025]在接收和處理第一數據幀210之後，被預加載在預加載單元PL，204中的第一數據塊BLl可用於在基於所接收的第一數據幀210的數據幀發射之後被發射的數據幀的發射。根據數據的特定類型和直通轉發模塊正在被使用的分組交換網絡的拓撲結構，並不是所有的數據分組在其第一數據塊BLl中具有恰好完全相同的內容。應注意，處理單元Proc，202控制被預加載在發射器單元TxQ, 208的第一數據塊BLl的使用，這意味著處理單元Proc,202提供信號給發射器單元TxQ，208，所述信號指示預加載的第一塊BLl可以被使用與否，因此，可以被發射或者必須被丟棄。這也許是預加載的第一數據塊BLl可以不被用於將要被發送的數據幀。然後預加載的第一數據塊BLl被丟棄，以及所述處理器控制另一第一數據塊BLl到發射器單元TxQ，208的傳送。在具有特定網絡拓撲結構的特定網絡的另一個實施例中，雖然看上去稍後接收的數據分組218的第一數據塊BLl的內容不同於第一接收數據分組212的第一數據塊BLl的內容，但是預加載的第一數據塊BLl還是可以用於隨後發送的數據幀。例如，該情況是，當鏈中的所有節點執行直通轉發以及主節點不依賴於乙太網數據分組的目的地址和源地址的時候。
[0026]使用處理單元PrOC，202允許不同的直通轉發模式的實現，以及沒有額外的硬體必須被添加到該模塊，以支持這種不同的模式，-僅其他程序代碼必須被提供給實施不同直通轉發模式的處理單元Proc, 202。
[0027]圖3呈現了直通轉發模塊300的另一視圖。
[0028]圖3呈現了接收器單元RxQ，306的另一實施例。接收器單元RxQ，306類似於圖2的接收器單元RxQ，206。接收器單元RxQ，306包括被配置成將接收數據分組分隔成數據塊的分隔單元Part，320。在一個實施例中，分隔單元Part，320可以被配置成將接收到的數據分組分隔成相等規模的數據塊，例如，每數據塊8位元組，或者，在另一實施例中，每數據塊4位元組。
[0029]接收器單元RxQ，306被配置成將接收數據分組的第一數據塊提供給預加載單元304。另外，在處理單元Proc，202的控制下，接收器單元RxQ，306將所有或特定的接收數據分組的數據塊傳送到發射器單元TXQ，208。在另一實施例中，數據塊由接收器單元RxQ僅傳送到處理單元Proc，202，以及處理單元Proc，202負責數據塊到預加載單元304和發射器單元208的發射。在又一實施例中，接收器單元RxQ傳送數據塊到預加載單元304，用於與預加載單元304的內容相比較(更多細節在下面的討論中被討論)以及數據塊被傳送到處理單元Proc，202，處理單元Proc，202必要時將數據塊傳送到發射器單元TxQ。
[0030]圖3還顯示了預加載單元PL，304的一個實施例。預加載單元PL，304包括用於存儲第一數據塊的數據塊存儲寄存器Dreg，314。數據塊存儲寄存器Dreg，314具有單一的數據塊規模。然而，如果直通轉發模塊能夠處置不同規模的數據塊，那麼數據塊存儲寄存器的規模至少足夠大，以存儲最大可能的數據塊規模。數據塊存儲寄存器Dreg，314可以直接耦合於發射器單元TxQ，208，使得存儲在數據塊存儲寄存器Dref，314中的內容可以被預加載到發射器單元TxQ，208。
[0031]預加載單元PL，304還包括比較單元Comp，316，它將接收數據幀的第一數據塊的內容與存儲在預加載單元PL，304中的數據塊內容進行比較。因此，當接收器接收到新的數據分組，該數據分組的第一數據塊被轉發到比較單元Comp，316。基於比較結果，處理單元Proc, 202能夠判定存儲在預加載單元PL，304內的數據塊是否必須作為將要被發射的數據幀(其是這樣的數據幀:該數據幀是基於在該特定時刻正在被及時接收的數據幀)的第一數據塊使用。比較單元Comp，316提供信號，該信號包括與處理單元Proc，202的比較結果。這樣的信號可以是中斷、或者在特定的實施例中是狀態信息信號或存儲在狀態寄存器中的狀態信息比特。在一個實施例中，該中斷可以是被提供給包括直通轉發模塊200的設備的中央處理單元的可屏蔽中斷，用於例如向應用通知所接收的第一數據塊意外地與數據塊存儲寄存器Dref的內容不匹配。
[0032]在一個實施例中，比較單元Comp，316可以藉助於XOR功能被實現，其將存儲在預加載單元PL，304中的數據塊的比特與稍後接收的數據幀的第一數據塊的比特進行比較。如果XOR功能的結果是沒有比特不同，則比較單元Comp，316可向處理單元Proc，202通知在那個特定時刻正被及時接收的數據幀的第一數據塊等於存儲在預加載單元PL，304中的數據塊，這可能會觸發處理器單元Proc，202，以控制已經存在於發射器單元TxQ，208的發射隊列中的預加載第一數據塊的使用。如果處理單元Proc，202被通知了該比較顯示在特定時刻正在被及時接收的數據幀的第一數據塊不同於存儲在預加載單元PL，304中的數據塊，處理單元Proc，202可以判定不使用已經在發射器單元TxQ，208的發射隊列中存在的預加載的第一數據塊，並同時控制最新接收的第一塊向發射器單元TxQ，208的傳送，和/或這個第一數據塊向預加載單元PL，304的傳送。應注意，由XOR功能進行的比較可以在硬體中被實現，以及也可以相對較快地進行比較。因此，接收數據幀的第一數據塊內容與存儲在預加載單元PL，304中的數據塊內容的比較沒有引入額外的等待時間。
[0033]預加載單元PL，304可以可選地包括發射屬性寄存器TxAt，310，其包括屬性，所述屬性正在被發射器單元TxQ，208使用，以發射存儲在預加載單元PL，304中的數據塊的數據。如果這樣的發射屬性寄存器TxAt，310存在於預加載單元PL，304中，則預加載單元PL，304還被配置成在將所存儲的數據塊預加載到發射器單元TxQ，208的同時，將發射屬性提供給發射器單元TxQ，208。因此，根據本實施例，發射器單元TxQ，208被配置成將發射屬性與數據塊一起接收，以及發射屬性可以與所接收的數據塊一起被存儲在發射隊列中。
[0034]預加載單元PL，304可以可選地包括在其中狀態和控制屬性被存儲的狀態和控制屬性寄存器SReg，312。狀態屬性主要涉及預加載單元PL，304的狀態。控制屬性主要涉及由處理單元Proc，202對預加載單元PL，304的控制。狀態和控制屬性寄存器SReg，312被配置成由處理單元Proc，202讀取，以及在該可選實施例中，處理單元Proc，202被配置成在狀態和控制屬性寄存器SRef，312中寫入控制信息。可選地，預加載單元PL，304能夠讀取和寫入狀態和控制屬性寄存器SReg，312。狀態屬性的例子是:「重置」，其可以由處理單元Proc, 202使用以刷新和解鎖預加載單元PL，204的寄存器；「鎖定」，其指示數據塊存儲寄存器Dreg，314是否被數據塊填充以及可以不被重寫；「失配預期」，其是指示預期接收數據幀的第一數據塊不完全等於存儲在數據存儲寄存器Dreg，314中的數據塊的屬性-儘管在接收數據幀的第一數據塊和存儲在預加載單元PL，304中的數據塊之間有失配，但是這個屬性允許使用預加載數據塊；「失配」，其是指示最後執行的比較是否顯示接收的第一數據塊與數據存儲寄存器Dreg，314的內容不匹配的屬性；「變化」，其可以由處理單元PrOC，202設置，以指示數據存儲寄存器Dreg，314的內容必須被當前正在接收的數據幀的第一數據塊重寫；「規模」，其指示數據塊的比特數或字節數-這可以是存儲在預加載單元PL，204中的數據塊的規模，或由直通轉發模塊200處理的所有數據塊使用的規模。屬性的內容可以被存儲為別特、字節，或例如，對象的實例等。例如，屬性的信息可以由O或1、邏輯真或假、或者表不彳目息的任何其他表達來表不。
[0035]在圖3中，在處理單元Proc，202和接收器單元RxQ，306和發射器單元TxQ，208之間畫了線。這並不一定意味著在所有實現方案中在處理單元Proc，202和接收器單元RxQ，306和發射器單元TxQ，208之間有直接的物理連接。處理單元Proc，202可以使用預加載單元304，PL的狀態和控制屬性寄存器Sreg，312，以控制在直通轉發模塊中的不同數據流。例如，處理單元Proc，202可在狀態和控制屬性寄存器Sreg，312中設置一個或多個比特，所述一個或多個比特被預加載單元PL，304、接收器單元RxQ，306和發射器單元TxQ，208使用，以判定是否特定的數據塊必須從接收器單元RxQ，306傳送到預加載單元PL，304和/或到發射器單元TxQ，208，以及是否存儲在預加載單元PL，304中的數據塊必須被預加載到發射器單元TxQ，208，以及是否預加載的數據塊必須被發射器單元TxQ，208使用在隨後發送的數據幀中。
[0036]圖4呈現了直通轉發模塊400的另一個實施例。直通轉發模塊400包括第一接收器/發射器對430、第二接收器/發射器對440、處理單元402和預加載單元PL，204。預加載單元PL，204類似於之前討論的預加載單元。第一接收器/發射器對430和第二接收器/發射器對440被布置為連接到不同的物理連接，這意味著，對430，440中的一個被連接到第一其它節點，以及對430，440中的另一個被連接到第二其它節點。同樣地，圖4的直通轉發模塊400可以在圖1的從屬節點120中被使用。每個接收器/發射器對430包括接收器單元RxQn，436，446和發射器單元TxQn，438，448，其可經由與耦合於單個物理連接的另一個節點的單個物理連接在相同時刻發送和接收。在一個實施例中，直通轉發模塊400可以被布置成使得在第二接收器/發射器對440的接收器單元RxQ2，446處接收的所有數據在沒有被處理單元402和/或預加載單元PL，204處理和/或檢查的情況下，被自動地轉發給第一接收器/發射器對430的發射器單元TxQl，438。正如在先前實施例中所討論的，由第一接收器/發射器對430的接收器單元RxQl，436接收的數據被處理單元402和預加載單元PL，204處理、分析和監視。因此，當在第一接收器/發射器對440的接收器單元RxQl，436處沒有數據被接收時，預加載單元PL，204被用來存儲在第一接收器/發射器對430的接收器單元RxQl，436接收的數據分組的第一數據塊，以及將所存儲的數據塊預加載到第二接收器/發射器對440的發射器單元TxQ2，448的發射隊列中，-進一步地，處理單元402被配置成控制被預加載到發射器單元TxQ2，448的隊列中的數據塊的使用。
[0037]在另一個實施例中，直通轉發模塊400包括兩個預加載單元204。第一預加載單元PL, 204被使用在從第一接收器/發射器對430的接收器單元RxQl，436到第二接收器/發射器對440的發射器單元TxQ2，448的數據流中。第二預加載單元PL，404被使用在從第二接收器/發射器對430的接收器單元RxQ2，446到第一接收器/發射器對440的發射器單元TxQl，438的數據流中。
[0038]直通轉發模塊400的處理單元402包括RISC處理器426和處理隊列PQ，420。處理隊列被細分為接收處理隊列RxQ，422和發射處理隊列TXQ，424。接收處理隊列RxQ，422接收來自接收器單元RxQn，436，446之一或兩者的數據塊。如果數據正在被處理，那麼處理的數據塊被放入發射處理隊列TXQ，424，用於被傳送到必須利用處理的數據塊來發射數據幀的發射器單元TxQn438，448中的一個。處理隊列PQ，420可以作為硬體隊列被實現，但是可以也是軟體解決方案，所述軟體解決方案與存儲介質(諸如，例如易失性存儲器單元)的密切合作來操作。處理隊列RxQ，TxQ可以作為先入先出(FIFO)隊列被實現，但是可以也作為其它類型的隊列被實現，例如，在其它類型的隊列中，數據塊按照與分配給該數據塊的優先級值相對應的方式排隊。應注意，在處理隊列RxQ，TxQ，422，424中的入口是數據塊。在直通轉發模塊400中，所有數據在數據塊中被傳送以及被處理，以獲得確定性的等待時間。
[0039]處理單元402的RISC處理器426是能夠執行電腦程式代碼的處理器。程序碼可涉及在包含直通轉發模塊的設備上運行的應用。程序代碼也可涉及由處理單元402執行的功能，例如i )控制數據塊到有關的發射器單元TxQn，438，448的傳送，ii)控制特定接收數據幀的第一數據塊到預加載單元204的傳送，iii)控制使用預加載數據塊作為將要由發射器單元TxQn，438，448之一發射的數據幀的第一數據塊，iv )例如經由狀態和控制寄存器(如在圖3的上下文中所討論的)，控制和設置預加載單元PL，204，404，以及，例如，V)將直通轉發模塊的狀態控制和信號通知到運行更高層功能的另一個處理器。RISC處理器426可以執行若干線程，諸如例如，與單一接收器單元RxQn，436，446相關的線程，用於處置由相應的接收器單元RxQn，436，446接收和分隔的數據塊的接收，以及諸如例如，與單一發射器單元TxQn438，448相關的線程，用於控制經由相應的發射器單元TxQn438，448的數據塊的發射。RISC處理器426可以還被提供有存儲介質，諸如例如，易失性外部存儲器或內部高速緩衝存儲器。此外，RISC處理器426被配置成運行簡化指令集，但要注意的是，本發明不限於僅使用RISC處理器-具有更複雜指令的其它處理器可以也被使用，以取代RISC處理器426。此外，RISC處理器426可具有按特定順序執行所有線程的單一核心，以及RISC處理器426可具有多個核心，例如，使得特定的時間關鍵線程僅在單一核心上被執行。
[0040]使用包括運行程序的處理器的處理單元402具有的優勢在於，可以由直通轉發模塊400支持若干直通轉發方案。然而，該處理可以引入一些等待時間和一些抖動。因此，與預加載單元PL，204結合，可以在直通轉發方案中獲得等待時間和抖動的最佳的減小，因為將要被發射的第一數據塊已被預加載到特定發射器單元TxQn，438，448的發射隊列，並且沒有抖動的額外等待時間由於下述原因而需要引入:由處理單元402處理相應數據塊、以及將該數據塊從接收器單元RxQn436，446傳送到接收處理隊列RxQ，422、以及從發射處理隊列TxQ, 424傳送到發射器單元TxQn, 438,448。
[0041]圖2或4的直通轉發模塊200，400可以被集成在一個大規模集成電路上，以及可以在半導體設備上被製造。
[0042]在前面的圖2和圖3中，預加載單元204，304被繪製成分離的實體。應注意，本發明的預加載單元並不限於僅在分離的硬體塊上是可用的，或者是在半導體設備上的分離可識別單元。此外，預加載單元不一定是在硬體中被實現。在特定實施例中，處理單元Proc，202運行程序代碼，該程序代碼與易失性存儲器一起提供了預加載單元PL，204，304的功倉泛。
[0043]還應注意，本發明並不限於處理單元Proc，202、預加載單元PL，204，304、接收器單元RxQ，206，306和發射器單元TxQ，208之間的特定內部通信結構。例如，不同的單元可以經由直接通信連接、經由單一的總線通信結構、這些通信結構的組合和/或經由用於在直通轉發模塊中傳送的數據、屬性和信號的其它方式來彼此通信。正如本發明使用的，術語「總線」被用來指在一個時間時刻可以被用於傳送一條信息的多個信號或導體。
[0044]圖5顯示了在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法500。該方法包括以下階段:i )由接收器單元接收Rxl，502第一數據幀；ii )將第一數據幀分隔Partl，504成數據塊；iii)在處理單元的控制下，可選地控制Contrl，506數據塊傳送到發射器單元的傳送；iv)由發射器單元可選地發射Txl，508第二數據幀，第二數據幀包括所傳送的數據塊；V )可選地比較Compl，510第一數據幀的第一數據塊與存儲在預加載單元中的數據塊；vi )在處理單元的控制下，控制Contr2，512第一數據幀的第一數據塊傳送到預加載單元的傳送，以及控制Contr2，512，在預加載單元中所傳送的第一數據塊的存儲，vii)如果沒有數據正在被接收器單元接收，則預加載PL，514存儲在預加載單元中的數據塊到發射器單元。接收器單元沒有接收數據意味著沒有任何信息由接收器單元接收或後續數據幀的前導正在被接收器單元接收。
[0045]該方法還包括以下可選的階段:i )由接收器單元接收Rx2，516第三數據幀；ii )將第三數據幀分隔Part2，518成數據塊；iii )比較Comp2，520第三數據幀的第一數據塊與存儲在預加載單元中的數據塊；iv )在處理單元的控制下，控制使用Contr3，522被預加載到發射器的數據塊作為基於所接收的第三數據幀而發射的第四數據幀的第一數據塊；V )將第二數據塊和第三數據幀的另外的數據塊傳送Tf，524到發射單元；vi)由發射器單元發射Tx2，526第四數據幀，其中第四數據幀包括預加載的第一數據塊、以及第二數據塊和另外的所傳送的數據塊。
[0046]應注意，方法500的步驟以特定的順序在圖5中被繪製。就此範圍來說，各個階段不是直接彼此依賴，執行階段的順序可以不同於所繪製的順序。例如，控制Contrl，506數據塊到發射器單元的傳送以及由發射器單元的第二數據幀的發射Txl，508也可以在控制Contr2，512第一數據塊到預加載單元的傳送和存儲之後被執行。
[0047]綜上所述:
[0048]本發明涉及直通轉發模塊200、集成電路、半導體設備以及在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法。直通轉發模塊200處理在數據塊中的接收數據幀210，216。模塊200包括預加載單元204，用於存儲接收數據幀210的第一數據塊BL1。在接收器單元206接收後續的數據幀之前，所存儲的第一數據塊BLl可以由預加載單元204預加載到發射器單元208中。處理單元202控制第一數據塊到預加載單元204的傳送，並控制使用預加載的數據塊作為將要被發射的數據幀的第一數據塊。
[0049]本發明可以在電腦程式中被實現，該程序用於在計算機系統上運行，至少包括代碼部分，所述代碼部分用於當在可編程的裝置上(例如計算機系統或啟用可編程的裝置)運行以執行根據本發明的設備或系統的功能時，用於執行根據本發明的方法的步驟。電腦程式可能例如包括以下一個或多個:子程序、函數、過程、對象方法、對象實現、可執行的應用、小程序、小服務程序、原始碼、對象代碼、共享庫/動態裝載庫和/或設計用於在計算機系統上的執行的其它指令序列。電腦程式可以被提供在數據載體上，例如CD-rom或軟盤，與在計算機系統的存儲器中可加載的數據一起存儲，表示電腦程式的數據。數據載體可以還是數據連接，例如電話電纜或無線連接。
[0050]正如本發明中所使用的，術語「程序」被定義為在計算機系統上被設計用於執行的指令序列。程序或電腦程式，可以包括子程序、函數、程序、對象方法、對象實現、可執行的應用、小程序、小服務程序、原始碼、對象代碼、共享庫/動態裝載庫和/或設計用於在計算機系統上的執行的其它指令序列。
[0051]在一個實施例中，直通轉發模塊200，300，400是計算機系統，例如個人計算機系統。其它實施例可以包括不同類型的計算機系統。計算機系統是信息處理可以被設計為向一個或多個用戶提供獨立的計算能力的系統。計算機系統可以有許多形式包括但不限於主機、微型計算機、伺服器、工作站、個人電腦、筆記本、個人數字助理、電子遊戲、汽車和其它嵌入式系統、手機和其它無線設備。典型的計算機系統包括至少一個處理單元，關聯的存儲器和許多輸入/輸出(I/O)設備。
[0052]計算機系統根據程序處理信息，並通過I/O設備產生結果輸出信息。電腦程式是一系列指令例如特定應用和/或作業系統。電腦程式可以在計算機可讀存儲介質上被內部地存儲或通過計算機可讀傳輸介質發射到計算機系統。計算機處理通常地包括執行(運行)程序或程序的部分，現有的程序值和狀態信息，以及通過作業系統用於管理處理的執行的資源。父進程可以產生其它子進程以幫助執行父進程的整體功能。因為父進程特定地產生的子進程以執行父進程的整體功能的一部分，由子進程(和孫進程等)執行的功能有時可以被描述為由父進程正在被執行。
[0053]在前面的說明書中，參照本發明實施例的特定例子已經對本發明進行了描述。然而，很明顯各種修改和變化可以在不脫離附屬權利要求中所陳述的本發明的寬範圍精神及範圍的情況下被做出。例如，連接可以是適合於將信號從或傳輸到相應的節點、單元或設備，例如通過穿孔中間設備。因此，除非暗示或說明，連接，例如，可能是直接連接或間接連接。
[0054]用於製造包括本發明中描述的直通轉發模塊的半導體設備的半導體襯底可以是任何半導體材料或材料組合，諸如砷化鎵、娃鍺、絕緣體上娃(SOI)、娃、單晶娃等以及上述的組合。
[0055]由於實施本發明的裝置大部分是由本領域所屬技術人員所熟知的電子元件以及電路組成，電路的細節不會在比上述所說明的認為有必要的程度大的任何程度上進行解釋。對本發明基本概念的理解以及認識是為了不混淆或偏離本發明所教之內容。
[0056]如果適用，一些上述實施例可以使用各種不同的信息處理系統來實現。例如，儘管圖2、圖3和圖4以及它們的討論描述了示例性信息處理架構，該示例性架構被提出僅僅是為了提供討論本發明的各個方面的有用的參考。當然，該架構的描述為了討論的目的已被簡化，以及它僅僅是根據本發明可以被使用的許多不同類型的適當架構之一。本領域所屬技術人員將認識到邏輯塊之間的界限僅僅是說明性的以及替代實施例可能合併邏輯塊或電路元素或在各種邏輯塊或電路元素上強加替代的分解功能。
[0057]因此，應了解這裡所描述的電路只是示範的。從抽象的但仍有明確意義上來說，為達到相同功能的任何元件的排列是有效的「關聯」，以便實現所需功能。因此，本發明中為實現特定功能的任意兩個元件的結合可以被看作彼此「相關聯」以便實現所需功能，不論架構或中間元件。同樣地，任意兩個元件這樣的關聯也可以被看作是「可運作性連接」或「可運作性耦合」於對方以實現所需功能。
[0058]又如，在一個實施例中，模塊200、300、400的圖示元素是位於單一集成電路或相同設備內的電路。替代地，模塊200、300、400可包括任何數目的分離集成電路或彼此互連的分離設備。又如，模塊200、300、400或其部分可以是物理電路的軟表示或代碼表示，或者是可以轉換成物理電路的邏輯表示的軟表示或代碼表示。同樣地，模塊200、300、400可以在任何適當類型的硬體描述語言中體現。
[0059]然而，其它修改、變化和替代也是可能的。說明書和附圖對應地被認為是從說明性的而不是嚴格意義上來講的。
[0060]在權利要求中，放置在括號之間的任何參考符號不得被解釋為限定權利要求。單詞「包括」不排除其它元件或然後在權力要求中列出的那些步驟的存在。此外，本發明所用的「a」或「an」被定義為一個或多個。以及，在權利要求中所用詞語如「至少一個」以及「一個或多個」不應該被解釋以暗示通過不定冠詞「a」或「an」引入的其它權利要求元件限定任何其它特定權利要求。所述特定權利要求包括這些所介紹的對發明的權利元件，所述權利元件不僅僅包括這樣的元件。即使當同一權利要求中包括介紹性短語「一個或多個」或「至少一個」以及不定冠詞，例如「a」或「an」。使用定冠詞也是如此。除非另有說明，使用術語如「第一」以及「第二」是用於任意區分這些術語描述的元件的。因此，這些術語不一定表示時間或這些元件的其它優先處理。某些措施在相互不同的權利要求中被列舉的事實並不表示這些措施的組合不能被用於獲取優勢。
【權利要求】
1.一種直通轉發模塊(200，300，400)，包括: 接收器單元(RxQ，206，306，RxQl,436, RxQ2，446)，所述接收器單元被配置成:接收數據幀(210，216)，以及將所述數據幀(210，216)的數據分組(212，218)分隔成數據塊(BLl..BLn), 發射器單元(TxQ，208，TxQl, 438, TxQ2，448)，所述發射器單元被配置成:基於所接收的數據分組(212，218)來發射數據幀(210，216)， 預加載單元(PL，204，304，404)，所述預加載單元被配置成:在後續數據幀(216)被接收器單元(RxQ, 206, 306, RxQl, 436, RxQ2，446)接收之前，存儲第一接收數據幀(210)的第一數據塊(BLl)，以及將所存儲的第一數據塊預加載到所述發射器單元(TxQ，208，TxQl,438，TxQ2，448)中， 處理單元(Proc，202，402)，所述處理單元被配置成:控制所述第一接收數據幀(210)的所述第一數據塊(BLl)到所述預加載單元(PL，204，304，404)的傳送，以及控制使用被預加載的第一數據塊作為將要由所述發射器單元(TxQ，208，TxQl,438, TxQ2,448)發射的後續數據幀的第一數據塊，在第一發射數據幀的發射是基於所述第一接收數據幀(210)之後，所述後續數據幀被發射。
2.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述處理單元(Pix)C，202，402)被配置成:當所述第一接收數據幀(210)的所述第一數據塊的內容與存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述第一數據塊的內容不匹配時，控制所述第一接收數據幀(210)的所述第一數據塊到所述預加載單元(PL，204，304，404)的所述傳送。
3.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述處理單元(Pix)C，202，402)被配置成:如果將要被發射的所述後續數據幀是基於隨後接收的數據幀(216)，則控制使用所述預加載數據塊作為將要被發射的所述後續數據幀的第一數據塊，其中，所述隨後接收的數據幀(216)的所述第一數據塊的內容與存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述第一數據塊的內容相匹配。
4.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述處理單元(P1c，202，402)還被配置成:處理所述數據塊，以及控制數據塊(BL1..BLn)到所述發射器單元(TxQ，208，TxQl，438，TxQ2，448)的傳送，以用於發射。
5.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述預加載單元(PL，204，304，404)被配置成:當所述接收器單元(RxQ, 206, 306, RxQl，436，RxQ2,446)接收到後續數據幀(216)的前導(PA)時，將所存儲的第一數據塊傳送到所述發射器單兀(TxQ,208, TxQl,438, TxQ2,448)。
6.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述預加載單元(PL，204，304，404)包括數據塊存儲寄存器(Dreg，314)，所述數據塊存儲寄存器用於存儲所述第一數據塊。
7.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述預加載單元(PL，204，304，404)包括比較單元(Comp，316)，所述比較單元用於將接收數據幀的第一數據塊的內容與存儲在所述預加載單元中的所述第一數據塊的所述內容進行比較。
8.根據權利要求7所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述比較單元(Comp，316)被配置成:當所述接收數據幀的所述第一數據塊的所述內容與存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述第一數據塊的所述內容不同時，給所述處理單元(Proc，202,402)提供中斷。
9.根據權利要求6，7或8中任何一項所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述比較單元(Comp，316)被配置成:將XOR函數應用於所述接收數據幀的第一塊的所述內容和存儲在所述預加載單元中的所述第一數據塊的所述內容。
10.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述預加載單元(PL，204，304，404)包括發射屬性寄存器(TxAt，310)，所述發射屬性寄存器包括發射屬性，所述發射屬性由所述發射器單元(TxQ，208，TxQl,438, TxQ2，448)使用，以發射被存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述第一數據塊的數據，所述預加載單元(PL，204，304，404)被配置成:在將所存儲的第一數據塊預加載到所述發射器單元(TxQ，208，TxQl,438, TxQ2，448)的同時，將所述發射屬性提供給所述發射器單元(TxQ，208，TxQl，438，TxQ2，448)。
11.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述預加載單元(PL，204，304，404)包括狀態和控制屬性寄存器(Sreg，312)，所述狀態和控制屬性寄存器包括與所述預加載單元(PL，204，304，404)的狀態相關的狀態和控制屬性，所述狀態和控制屬性寄存器(Sreg，312)被配置成被所述處理單元(Proc，202，402)讀取，以及所述處理單元(PrOC，202，402)被配置成:在所述狀態和控制屬性寄存器(Sreg，312)內寫入狀態信息。
12.根據權利要求11所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中，所述預加載單元(PL，204,304,404)的所述狀態和控制屬性寄存器(Sreg，312)包括以下屬性中的至少一個: 重置屬性，用於指示所述預加載單元(PL，204，304，404)的必需重置， 鎖定屬性，用於指示數據塊是否被存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中以及所述數據塊是否可以被重寫， 失配預期屬性，用於指示是否預期到接收數據分組的第一數據塊可以與存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述第一數據塊不同， 失配屬性，用於指示最後接收的數據幀的所述第一數據塊與存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述第一數據塊是否不匹配， 變化屬性，用於指示存儲在所述預加載單元(PL，204，304，404)中的所述數據塊是否必須被下一個接收數據幀的所述第一數據塊或被當前正在接收的數據幀的所述第一數據塊重寫， 規模屬性，用於指示所述數據塊(BLL.BLn)的規模。
13.根據任何一個前述權利要求所述的直通轉發模塊(200，300，400)，其中所述數據塊(BL1..BLn)具有相等的長度。
14.一種集成電路，包括根據任何一個前述權利要求所述的包括至少一個直通轉發模塊(200，300，400)。
15.一種半導體設備，包括根據權利要求1到13中任何一項所述的至少一個直通轉發模塊(200，300，400)。
16.一種在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法(500)，所述方法(500)包括: 由接收器單元接收(502)第一數據幀， 將所述第一數據幀分隔(504)成數據塊， 在處理單元的控制下，控制(512)所述第一數據幀的所述第一數據塊到預加載單元的所述傳送，以及控制所傳送的第一數據塊到所述預加載單元的存儲，以及 如果沒有數據被所述接收器單元接收，則將存儲在所述預加載單元中的數據塊預加載(514)到所述發射器單元中。
17.根據權利要求16所述的在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法(500)，所述方法(500)還包括: 在處理單元的控制下，控制(506)所述數據塊到發射器單元的所述傳送，以及 由所述發射器單元發射(508)第二數據幀，所述第二數據幀包括所傳送的數據塊。
18.根據權利要求16或17中任何一項所述的在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法(500)，所述方法(500)還包括: 由所述接收器單元接收(516)第三數據幀， 將所述第三數據幀分隔(518)成數據塊， 控制(522)使用被預加載到所述發射器單元中的所述數據塊作為將要發射的第四數據幀的第一數據塊，所述第四數據幀是基於所接收的第三數據幀， 將第二數據塊和所述第三數據幀的另外的數據塊傳送(524)給所述發射器單元， 由所述發射器單元發射(526)所述第四數據幀，所述第四數據幀包括被預加載的第一數據塊以及所述第二數據塊和另外的所傳送的數據塊。
19.根據權利要求16，17或18中任何一項所述的在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法(500)，所述方法(500)還包括: 將所述第一數據幀的第一數據塊與存儲在所述預加載單元中的所述數據塊進行比較(510)， 以及其中，當所比較的第一數據塊不同於存儲在所述預加載單元中的所述數據塊時，控制(512)所述第一數據幀的所述第一數據塊到所述預加載單元的所述傳送的階段導致了所述第一數據塊到所述預加載單元的所述傳送和存儲。
20.根據權利要求18所述的在直通轉發模式下接收和發射數據幀的方法，還包括: 將所述第三數據幀的第一數據塊與存儲在所述預加載單元中的所述數據塊進行比較(520)， 以及其中，當所比較的第一數據塊等於存儲在所述預加載單元中的所述數據塊時，控制(522)使用被預加載到所述發射器的所述數據塊導致了使用所述預加載數據塊用於所述第四數據幀。
【文檔編號】H04L12/701GK104255004SQ201280072652
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2012年4月26日 優先權日:2012年4月26日
【發明者】格拉哈姆·埃德米斯頓 申請人:飛思卡爾半導體公司