DE69833708T2 - Kommunikationsverfahren für eine medienunabhängige Schnittstelle (MII) für ein hochintegriertes Ethernet-Netzelement - Google Patents

Kommunikationsverfahren für eine medienunabhängige Schnittstelle (MII) für ein hochintegriertes Ethernet-Netzelement Download PDF

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Description

  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Datenkommunikationsschnittstelle. Genauer betreffen das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine verbesserte medienunabhängige Schnittstelle zur Verbindung zwischen den Komponenten der physikalischen Schicht und den Medienzugriffssteuerungen.
  • 3. STAND DER TECHNIK
  • Der Arbeitsstandard 802.3u (1995) des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) definiert eine medienunabhängige Schnittstelle (MII) zur interoperablen Verbindung zwischen den Komponenten der physikalischen Schicht (PHYs) und Medienzugriffssteuerungen (MACs) in Netzwerkvorrichtungen, die mit IEEE 802.3 kompatibel sind. Die MII sorgt für insgesamt achtzehn Verbindungssignale und ein großzügiges Zeitgabebudget, das eine verhältnismäßig unkomplizierte Ausführung der MII in zahlreichen Vorrichtungen gestattet. Im Kontext des Implementierens eines hochintegrierten Ethernet-Netzwerkelements (z.B. Switch oder Zwischenverstärker) ist eine der Hauptangelegenheiten, mit der sich die Implementierer befassen müssen, die Fähigkeit, im Netzwerkelement die gewünschte Portdichte zu erreichen. Häufig wird dieser Gesichtspunkt der Gestaltung durch die benötigte Kontaktstiftanzahl der integrierten Schaltung (IC) beschränkt.
  • Aufgrund von bedeutenden Fortschritten in der Siliziumtechnologie in den letzten Jahren werden die durch den IEEE-Standard 802.3u bereitgestellten großzügigen Zeitgabebudgets nicht länger benötigt, um eine kostenwirksame Netzwerkvorrichtungsimplementierung zu erreichen. Daher ist es wünschenswert, die MMI-Definition zu optimieren, um die Kontaktstiftanzahl pro Verbindung zu verringern, während nach wie vor eine Tätigkeit in einem wirtschaftlichen Zeitgabebudget erfolgt. Dies ist in einem hochintegrierten Ethernet-Netzwerkelement, das eine Vielzahl von Ports beinhaltet, besonders nützlich.
  • In WO 97/04547 stellt ein 100BASE-T entsprechender Mehrport-Zwischenverstärker mit integrierten Schaltungen eine oder mehrere mediumunabhängige Schnittstellen (MIIs) bereit. Die Mehrport-Zwischenverstärkervorrichtung verteilt Status-, Konfigurations- und Steuerverwaltungsfunktion der MII auf mehrere physikalische Ports.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erster Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren nach Anspruch 1 der angefügten Ansprüche bereit.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren nach Anspruch 4 der angefügten Ansprüche bereit.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine medienunabhängige Schnittstelle (MII) auf einer hochintegrierten Netzwerkkomponente bereit, indem die MII-Schnittstelle mit einem niedrigeren Kontaktstiftzählwert implementiert wird, während das Zeitgabebudget reduziert wird. Bei einer anderen Ausführungsform wirkt die vorliegende Erfindung als Schnittstelle zu MII-kompatiblen Vorrichtungen, während Kontaktstiftzählwert und Zeitgabebudget reduziert werden.
  • Bei einer Ausführungsform werden bestimmte Signale, die signifikanten Zugriff erfordern oder zeitkritisch sind, singulär so übertragen, wie es entsprechend dem Standard IEEE 802.3 erfolgte, während andere Signale, die nicht so zeitkritisch sind, durch Verwendung der verschiedenen Teile des Taktsignals zur Übertragung verschiedener Signale multiplexiert werden. Insbesondere werden die Datenwegsignale zu zwei Gruppen gruppiert: die Empfangsgruppe und die Sendegruppe. In jeder Gruppe wird eine Taktphasenmultiplexierung ausgeführt, wobei die Hälfte der Signale während einer ersten Phase, z.B. der High-Phase des Takts, angesteuert werden, und die andere Hälfte während einer zweiten Phase, z.B. der Low-Phase des Takts, angesteuert werden. Auf der Sendeseite der Verbindung wird die Signalmultiplexierung durchgeführt, während auf der Empfangsseite der Verbindung ein Entmultiplexieren ausgeführt wird. Somit läßt sich in einem integrierten Ethernet-Netzwerkelement, wie zum Beispiel in Switches und Zwischenverstärkern, eine hocheffiziente und kostenwirksame Portdichte erzielen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann angesichts der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich werden, wobei
  • 1 eine Netzwerkvorrichtung veranschaulicht.
  • 2 veranschaulicht eine in der Netzwerkvorrichtung von 1 implementierte Netzwerkkomponente.
  • 3a veranschaulicht die Sendemultiplexierschaltungsanordnung nach den Lehren der vorliegenden Erfindung.
  • 3b ist ein Impulsdiagramm, das die relative Zeitgabe der Schaltung von 3a veranschaulicht.
  • 4a veranschaulicht die Empfangsmultiplexierschaltungsanordnung nach den Lehren der vorliegenden Erfindung.
  • 4b ist ein Impulsdiagramm, das die relative Zeitgabe der Schaltung von 4a veranschaulicht.
  • 5a ist ein Diagramm, das das Zeitgabebudget veranschaulicht.
  • 5b ist eine Tabelle des Zeitgabebudgets.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Beschreibung werden zu Erklärungszwecken zahlreiche Einzelheiten bekannt gemacht, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird für einen Fachmann jedoch offensichtlich sein, daß diese bestimmten Einzelheiten nicht benötigt werden, um die vorliegende Erfindung auszuführen. In anderen Fällen sind wohlbekannte elektrische Aufbauten und Schaltungen in Form von Blockschaltbildern gezeigt, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig unverständlich zu machen.
  • Die Schnittstelle der vorliegenden Erfindung wird im Kontext eines Netzwerkschalters beschrieben. Es ist jedoch ohne weiteres offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auf andere Netzwerkelemente anwendbar ist. Ein beispielhaftes Netzwerkelement ist in 1 gezeigt.
  • Das Netzwerkelement wird verwendet, um eine Anzahl von Knoten und Endstationen in einer Vielfalt von unterschiedlichen Weisen zu verbinden. Zum Beispiel wäre eine Anwendung des mehrschichtig verteilten Netzwerkelements (MLDNE), Pakete nach vordefinierten Leitwegprotokollen über eine homogene Datenverbindungsschicht wie etwa den IEEE-Standard 802.3, der auch als das Ethernet bekannt ist, zu leiten. Andere Leitwegprotokolle können ebenfalls verwendet werden.
  • Die verteilte Architektur des MLDNE kann konfiguriert werden, um Nachrichtenverkehr nach einer Anzahl von bekannten oder zukünftigen Leitalgorithmen zu leiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das MLDNE konfiguriert, um Nachrichtenverkehr unter Verwendung der Internetprotokollsuite und genauer des Übertragungssteuerungsprotokolls (TCP) und des Internet-Protokolls (IP) über die Datenverbindungsschicht des Ethernet-LAN-Standards und der Medienzugriffssteuerung (MAC) abzuwickeln. Das TCP wird hier auch als ein Schicht-Vier-Protokoll bezeichnet, während das IP wiederholt als ein Schicht-Drei-Protokoll bezeichnet wird.
  • In einer Ausführungsform des MLDNE ist ein Netzwerkelement konfiguriert, um Paketleitfunktionen in einer verteilten Weise auszuführen, d.h., verschiedene Teile einer Funktion werden von verschiedenen Teilsystemen im MLDNE durchgeführt, während das Endergebnis der Funktionen für die externen Knoten und Endstationen transparent bleibt. Wie aus der nachstehenden Besprechung und dem Diagramm in 1 erkannt werden wird, weist das MLDNE eine skalierbare Architektur auf, die dem Gestalter gestattet, die Anzahl der externen Verbindungen durch Hinzufügen zusätzlicher Teilsysteme vorhersagbar zu erhöhen, wodurch eine größere Flexibilität beim Definieren des MLDNE als einen selbständigen Router gestattet wird.
  • Wie in 1 in Form eines Blockschaltbildes veranschaulicht ist, enthält das MLDNE 101 eine Anzahl von Teilsystemen 110, die unter Verwendung einer Anzahl von internen Verbindungen 141 völlig vermascht und verbunden sind, um einen größeren Switch zu schaffen. Zumindest eine interne Verbindung koppelt beliebige zwei Teilsysteme. Jedes Teilsystem 110 enthält ein Switch-Element 111, das mit einem Versendespeicher 113 und einem zugehörigen Speicher 114 gekoppelt ist. Der Versendespeicher (oder die Datenbank) 113 speichert eine Adressentabelle zum Vergleichen mit den Datenköpfen von empfangenen Paketen. Der zugehörige Speicher (oder die Datenbank) speichert Daten, die jeder Eintragung in den Versendespeicher zugehörig sind und verwendet werden, um Versendeatrribute zum Versenden der Pakete durch das MLDNE zu identifizieren. Eine Anzahl von externen Ports (nicht gezeigt), die eine Eingangs- und Ausgangsfähigkeit aufweisen, schließen die externen Verbindungen 117 an. In einer Ausführungsform unterstützt jedes Teilsystem mehrere Gigabit-Ethernet-Ports, Fast-Ethernet-Ports und Ethernet-Ports. Interne Ports (nicht gezeigt) in jedem Subsystem, die ebenfalls Eingangs- und Ausgangsfähigkeit aufweisen, koppeln die internen Verbindungen 141. Unter Verwendung der internen Verbindungen kann das MLDNE mehrere Schaltelemente miteinander verbinden, um einen Multigigabit-Switch zu bilden.
  • Das MLDNE 101 beinhaltet ferner ein zentrales Verarbeitungssystem (CPS) 160, das durch einen Kommunikationsbus 151 wie etwa die Peripheriekomponentenverbindung (PCI) mit den einzelnen Teilsystemen 110 gekoppelt ist. Das CPS 160 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 161, die mit einem zentralen Speicher 163 gekoppelt ist. Der zentrale Speicher 163 beinhaltet eine Kopie der Einträge, die in den einzelnen Versendespeichern 113 der verschiedenen Teilsysteme enthalten sind. Das CPS weist eine Direktsteuerungs- und Kommunikationsschnittstelle mit jedem Teilsystem 110 auf und stellt eine gewisse zentralisierte Kommunikation und Steuerung zwischen Switch-Elementen bereit.
  • 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild, das eine beispielhafte Architektur des Switch-Elements von 1 veranschaulicht. Das dargestellte Switch-Element 200 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheits(CPU)-Schnittstelle 215, einen Koppelfeldblock 210, eine Netzwerkschnittstelle 205, eine kaskadierende Schnittstelle 225 und einen Manager 220 des geteilten Speichers.
  • Ethernet-Pakete können das Netzwerk-Switch-Element 200 durch jede beliebige der drei Schnittstellen 205, 215 oder 225 betreten oder verlassen. Kurz gesagt ist die Netzwerkschnittstelle 205 gemäß dem entsprechenden Ethernet-Protokoll tätig, um Ethernet-Pakete von einem Netzwerk (nicht gezeigt) zu empfangen und Ethernet-Pakete über einen oder mehrere externe Ports (nicht gezeigt) in das Netzwerk zu senden. Eine optionale kaskadierende Schnittstelle 225 kann eine oder mehrere interne Verbindungen (nicht gezeigt) zum Verbinden von Schaltelementen beinhalten, um größere Switches zu schaffen. Zum Beispiel kann jedes Switch-Element in einer vollständigen Maschentopologie zusammen mit anderen Switch-Elementen verbunden sein, um einen wie oben beschriebenen Mehrschichten-Switch zu bilden. Alternativ kann ein Switch ein einzelnes Switch-Element 200 mit der oder ohne die kaskadierende Schnittstelle 225 umfassen.
  • Die CPU (nicht gezeigt) kann über die CPU-Schnittstelle 215 Befehle oder Pakete zum Netzwerkschaltelement 200 senden. Auf diese Weise können ein oder mehrere Softwareprozesse, die auf der CPU laufen, Einträge in eine externe Versende- und Filterungsdatenbank 240 bewerkstelligen, wie etwa neue Einträge hinzufügen und unerwünschte Einträge ungültig machen. In alternativen Ausführungsformen kann die CPU jedoch mit einem direkten Zugriff auf die Versende- und Filte rungsdatenbank versehen sein. Auf jeden Fall ist der CPU-Port der CPU-Schnittstelle 215 zum Zweck des Paketversendens einem generischen Eingangsport in das Switch-Element 200 ähnlich und kann so behandelt werden, als ob er einfach ein anderer externer Netzwerkschnittstellenport wäre. Da der Zugriff auf den CPU-Port jedoch über einen Bus wie etwa einen Peripheriekomponentenverbindungs(PCI)-Bus erfolgt, benötigt der CPU-Port keinerlei Medienzugriffssteuerungs(MAC)-Funktionalität.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die Netzwerkschnittstelle 205 werden nun die beiden Hauptaufgaben der Eingangspaketverarbeitung und der Ausgangspaketverarbeitung kurz beschrieben. Die Eingangspaketverarbeitung kann durch einen oder mehrere Eingangsports der Netzwerkschnittstelle 205 durchgeführt werden. Die Eingangspaketverarbeitung beinhaltet das Folgende: (1) Empfangen und Verifizieren ankommender Ethernet-Pakete, (2) gegebenenfalls Abändern der Paketdatenköpfe (3) Anfordern von Pufferzeigern vom Manager 220 des geteilten Speichers, um ankommende Pakete zu speichern, (4) Anfordern von Versendeentscheidungen von dem Koppelfeldblock 210, (5) Übermitteln der ankommenden Pakete zum Manager 220 des geteilten Speichers, um sie zeitweilig in einem externen geteilten Speicher 230 zu speichern, und (6) Versenden des (der) Pufferzeiger(s) nach Erhalt einer Versendeentscheidung zum Ausgangsport (zu den Ausgangsports), der (die) durch die Versendeentscheidung angegeben ist (sind). Die Ausgangspaketverarbeitung kann durch einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse der Netzwerkschnittstelle 205 durchgeführt werden. Die Ausgangsverarbeitung beinhaltet das Anfordern von Paketdaten vom Manager 220 des geteilten Speichers, Senden von Paketen in das Netzwerk und Anfordern der Aufhebung der Zuweisung eines Puffers (von Puffern), nachdem die Pakete gesendet wurden.
  • Die Netzwerkschnittstelle 205, die CPU-Schnittstelle 215 und die kaskadierende Schnittstelle 225 sind mit dem Manager 220 des geteilten Speichers und dem Koppelfeldblock 210 gekoppelt. Vorzugsweise sind kritische Funktionen wie das Paketversenden und das Paketpuffern wie in 2 gezeigt zentralisiert. Der Manager 220 des geteilten Speichers stellt eine leistungsfähige zentralisierte Schnittstelle zum externen geteilten Speicher zum Puffern ankommender Pakete bereit. Der Koppelfeldblock 210 beinhaltet eine Suchmaschine und eine lernende Logik zum Durchsuchen und Unterhalten der Versende- und Filterungsdatenbank mit Unterstützung durch die CPU.
  • Der zentralisierte Koppelfeldblock 210 beinhaltet eine Suchmaschine, die im Namen der Schnittstellen 205, 215 und 225 Zugriff auf die Versende- und Filterungsdatenbank bereitstellt. Der Paketdatenkopfvergleich, das auf der Schicht Zwei basierende Lernen, das Paketversenden von Schicht Zwei und Drei, das Filtern und die Alterung sind beispielhafte Funktionen, die durch den Koppelfeldblock 210 durchgeführt werden können. Jeder Eingangsport ist mit dem Koppelfeldblock 210 gekoppelt, um Versendeentscheidungen für empfangene Pakete zu empfangen. Die Versendeentscheidung gibt den (die) ausgehenden Port (Ports) (z.B. den externen Netzwerkanschluß oder den internen kaskadierenden Port) an, wonach das entsprechende Paket gesendet werden soll. In der Versendeentscheidung können auch zusätzliche Informationen beinhaltet sein, um das Hardwareleiten zu unterstützen, wie etwa eine neue MAC-Bestimmungsadresse (DA) zum Ersatz der MAC DA. Ferner kann in der Versendeentscheidung auch eine Prioritätsangabe beinhaltet sein, um die Bevorrangung des Paketverkehrs durch das Switch-Element 200 zu erleichtern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden Ethernet-Pakete durch den Manager 220 des geteilten Speichers zentral gepuffert und verwaltet. Der Manager 220 des geteilten Speichers steht mit jedem Eingangsport und Ausgangsport in Verbindung und führt in deren Namen eine dynamische Speicherzuweisung bzw. Aufhebung der Zuweisung durch. Während der Eingangspaketverarbeitung werden im externen geteilten Speicher ein oder mehrere Puffer zugewiesen und wird ein ankommendes Paket durch den Manager 220 des geteilten Speichers als Reaktion auf Befehle, die zum Beispiel von der Netzwerkschnittstelle 205 erhalten werden, gespeichert. Anschließend holt der Manager 220 des geteilten Speichers während der Ausgangspaketverarbeitung das Paket vom externen geteilten Speicher zurück und hebt die Zuweisung von Puffern auf, die nicht länger in Verwendung stehen. Um sicherzustellen, daß keine Puffer freigegeben werden, bis alle Ausgangsports die Sendung der darin gespeicherten Daten abgeschlossen haben, verfolgt der Manager 220 des geteilten Speichers vorzugsweise auch die Pufferinhaberschaft.
  • Die Schnittstelle der vorliegenden Erfindung ist für Hersteller von Switches und Hubswitches, die mehrere MII-Ports in eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung aufnehmen, besonders vorteilhaft. Der MII-Port verbindet die MAC-Schaltungsanordnung mit einer Vorrichtung der physikalischen Schicht. Bei der Implementierung können sich der Port und die Schaltungsanordnung, die hierin beschrieben sind, an der gleichen Komponente befinden oder über mehrere Komponenten verteilt sein. Zum Beispiel ist die Schnittstelle in der hierin beschriebenen Ausführungsform innerhalb der Netzwerkschnittstelle gelegen. Den hierin beschriebenen Lehren folgend benötigt eine Implementierung den Zusatz von minimaler Logik, während eine 37%ige Ersparnis hinsichtlich der Kontaktstiftanzahl verwirklicht wird und die Kompatibilität mit dem bestehenden Standard bewahrt wird. Im Besonderen kann jeder Port in der hierin beschriebenen Ausführungsform unter Verwendung von zehn Signalkontaktstiften anstelle der ursprünglich durch den IEEE-Standard 802.3 spezifizierten sechzehn tätig sein.
  • Das Multiplexieren wird durch Senden von drei Informationsbits während einer ersten Phase des Sendetakts und drei Bits während einer zweiten Phase des Sendetakts unter Verwendung eines Multiplexers in der Medienzugriffssteuerung (MAC) und eines Drei-Bit-Registers und Multiplexers in der Komponente der physikalischen Schicht (PHY) erreicht. Im Besonderen werden die Datenpfadsignale (z.B. die Signale für die Datensteuerung und den Takt) in zwei Gruppen eingeordnet, die Empfangsgruppe und die Sendegruppe. Innerhalb jeder Gruppe wird an den Datenpfadsignalen ein Taktphasenmultiplexieren durchgeführt, wobei die Hälfte der Signale während einer ersten Phase des entsprechenden Takts angesteuert wird und die andere Hälfte während einer zweiten Phase des gleichen Takts angesteuert wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Phase die High-Phase des Takts und die zweite Phase die Low-Phase des Takts; es sind jedoch auch andere Variationen ins Auge gefaßt. Die sendende Seite der Verbindung führt das Signalmultiplexieren durch, und die empfangende Seite der Verbindung führt das Signaldemultiplexieren durch. Um die Leistungsfähigkeit des Betriebs aufrechtzuerhalten, bleiben bestimmte Steuersignale für eine stetige Verfügbarkeit und einen Zugriff, wann immer dieser erforderlich ist, unmultiplexiert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform beinhalten die Steuersignale ein Trägerhemmungssignal (CRS), ein Signal für eine festgestellte Kollision (COL), ein Managementdatentaktsignal (MDC) und ein Managementdateneingang/ausgangssignal (MDIO). Das CRS wird durch die Schicht der physikalischen Implementierung (PHY) gesetzt, wenn entweder das Sende- oder das Empfangsmedium nicht frei ist. Das Setzen des CRS wird durch die PHY aufgehoben, wenn sowohl das Sende- als auch das Empfangsmedium frei ist. Das COL-Signal wird durch die PHY nach der Feststellung einer Kollision am Medium gesetzt und bleibt gesetzt, solange der Kollisionszustand andauert. Das MDC-Signal ist ein periodisches Signal, das einer Stationsmanagementeinheit (STA) wie etwa der CPU (161 in 1) entstammt und als Zeitgabebezug für das Übertragen von Informationen auf dem MDIO-Signal zur PHY gesendet wird. Das MDIO-Signal ist ein bidirektionales Signal zwischen der PHY und der STA. Steuerinformationen werden durch die STA synchron in Bezug auf das MDC-Signal getrieben und werden durch die PHY synchron abgetastet. Statusinformationen werden durch die PHY synchron in Bezug auf das MDC-Signal getrieben und werden durch die STA synchron abgetastet.
  • Es ist daher wünschenswert, die Signale CRS, COL, MDC und MDIO auf getrennten Signalleitungen zu senden, da die Signale CRS und COL stets durch die MAC- oder die STA-Komponente zugänglich sein sollten und die Signale MDC und MDIO von anderen Signalen unabhängig sein sollten, damit die Komponenten richtig gesteuert werden und Statusinformationen empfangen werden. Darüber hinaus weist keines der obigen Signale eine benötigte vordefinierte Zeitgabebeziehung zu den Zeitgabesignalen auf, welche an der MII bereitgestellt werden (z.B. Empfangstakt und Sendetakt).
  • Die Signale, die für das Senden und den Empfang von Daten besonders von Bedeutung sind, können jedoch multiplexiert werden, da die Zeitgabebeziehung unter den Signalen wohldefiniert ist und zum Multiplexieren und Demultiplexieren der Signale sehr wenig Logik benötigt wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die folgenden Signale synchron zum Sendetakt (MIITXCLK) tätig: Sendedaten TXD [3:0], Sendefreigabe (TX_EN), Codierfehler senden (TX_ER). Der Sendetakt ist ein fortlaufender Takt, der den Zeitgabebezug für die Übertragung der Signale TX_EN, TXD und TX_ER zur PHY bereitstellt. Vorzugsweise geht der MII_TXCLK von der PHY aus. Die TXD-Bits werden zur PHY befördert und gehen synchron in Bezug auf den MII_TXCLK über. Das EX_EN-Signal gibt an, daß die Daten zur Sendung an der MII verfügbar sind. Es wird mit dem ersten verfügbaren "Datennibble" gesetzt und bleibt gesetzt, während alle Nibbles gesendet werden, und sein Setzten wird auf dem ersten MII_TXCLK, der dem letzten Nibble des Datenrahmens folgt, aufgehoben. TX_EN geht synchron mit dem MII_TXCLK über. Das TX_ER-Signal, das ebenfalls synchron in Bezug auf den MII_TXCLK übergeht, wird für eine oder mehrere MII_TXCLK-Zeiträume gesetzt, während TX_EN auch gesetzt wird, wenn ein Fehler auftritt.
  • Die folgenden Signale sind synchron zum Empfangstakt tätig: Empfangsdaten (RXD [3:0]), Empfangsdaten gültig (RX_DV) und Empfangsfehler. Der MII_RXCLK ist ein fortlaufendes Taktsignal, das den Zeitgabebezug für die Übermittlung der Signale RX_DV, RXD und RX_ER von der PHY bereitstellt. MII_RXCLK geht von der PHY aus. Die PHY kann den MII_RXCLK-Bezug aus den empfangenen Daten wiedergewinnen oder kann den MII_RXCLK-Bezug von einem Nominaltakt (z.B. dem MII_TXCLK) ableiten. Das RXD-Signal geht synchron mit dem MII_RXCLK über und wird durch die PHY angesteuert. Das RX_DV-Signal wird durch die PHY angesteuert, um anzugeben, daß die PHY wiedergewonnene und decodierte Nibbles an den RXD-Leitungen zeigt, und daß die Daten mit MII-RXCLK synchron sind. RX_DV geht synchron in Bezug auf den MII_RXCLK über und bleibt vom ersten wiedergewonnenen Nibble des Rahmens bis zum letzten wiedergewonnenen Nibble hindurch fortlaufend gesetzt, und sein Setzten soll vor dem ersten MII_RXCLK, der dem letzten Nibble des Rahmens folgt (ausschließlich des Endes des Rahmenbegrenzungssymbols) aufgehoben werden. Das EX_ER wird durch die PHY synchron zum MII_RXCLK angesteuert und wird für einen oder mehrere MII_RXCLK-Zeiträume gesetzt, um anzugeben, daß im gegenwärtig von der PHY übertragenen Rahmen ein Fehler (z.B. ein Codierfehler oder ein Fehler, der durch die MAC nicht feststellbar ist, aber durch die PHY feststellbar ist) festgestellt wurde.
  • Obwohl die Signale in einer Vielfalt von Weisen multiplexiert werden können, wird bevorzugt, daß die folgenden Signale wie folgt multiplexiert werden:
    TXD0/TXD3
    TXD1/TX_EN
    TXD2/TX_ER
    RXD0/RXD3
    RXD1/RX_DV
    RXD2/RX_ER
  • Es wurde bestimmt, daß die durch Implementieren dieses Schemas entstehende Latenz durch die Verringerung der Anzahl der Signalleitungen, die zwischen der MAC und der PHY benötigt werden, bei weitem aufgewogen wird. Dies ist insbesondere bei einer Konfiguration in einem Netzwerkelement mit hoher Portdichte der Fall.
  • Die Schaltungsanordnung zum Sendemultiplexieren ist in der in 3a veranschaulichten Ausführungsform gezeigt. Darüber hinaus wird eine Schaltungsanordnung zum selektiven Verwenden dieses Merkmals offenbart. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls ins Auge gefaßt. Somit gestattet die Schaltungsanordnung in dieser Ausführungsform, daß der Standardmodus oder der Multiplexmodus gewählt wird, so daß die Vorrichtung zur Verbindung mit einer anderen Standard- oder multiplexiert verbindenden Vorrichtung konfiguriert werden kann. Im Besonderen werden die Sendedatenpfadsignale durch den Multiplexer 305 ausgegeben, der auf Basis des Takteingangs MII_TX-Takt 307 zum Ausgang 309 aktiv ist. Der Takt 307 steuert auch das Eingangs-Flipflop-Register 310 an, so daß die durch den Eingang 311 ankommenden Daten zeitlich zum P_MUX 312 getaktet werden.
  • Beim Betrieb im Standardmodus gibt der P_MUX 312 die Signale TXD0, TXD1 und TXD2, die vom MAC 320 durch den Ausgang 313 ausgegeben werden und über die MII-Busleitungen durch den Eingang 317 empfangen werden, an das Register 325 aus. Die Signale TXD3, TX_EN und TX_ER werden daher durch den Eingang 311 und die Leitungen 322 zum Register 325 übertragen.
  • Bei Betriebsbereitschaft im Multiplexmodus werden die Signale TXD0, TXD1 und TXD2 während einer Phase des Takts (MII_TXCLK 307) vom M_MUX 305 durch den Ausgang 309 ausgegeben und durch den Eingang 311 vom Flipflop 310 empfangen. Diese Signale werden dann durch den P_MUX-Multiplexer 312 verarbeitet und während der nächsten Taktphase zum Register 325 ausgegeben, wenn die Signale TXD3, TX_EN und TX_ER durch M_MUX 305 und den Ausgang 309 übertragen werden. Diese Signale werden über die Schnittstelle hinweg über die Leitungen 322 zum Eingang 311 und zum Register 325 übertragen. Gleichzeitig sind die Signale TXD0, TXD1 und TXD2 am Register 325 verfügbar, um gleichzeitig alle sechs Signale für Kompatibilität mit der MII-Vorrichtung bereitzustellen. Die Zeitgabe ist in 3b veranschaulicht, welche zeigt, daß das Ausgangssignal des Multiplexers im Element MAC 320 ausgegeben wird, worauf die Ausgabe der Signale TXD3, TX_EN und TX_ER während der nächsten Low-Phase des MIITX_CLK folgt.
  • Es sollte bemerkt werden, daß das Ausgangssignal des P_MUX 312 in der PHY 350 ermöglicht, daß die Signale TXD0, TXD1 und TXD2 wie durch den Modus gewählt sowohl während der High-Phase als auch während der Low-Phase des Takts verfügbar sind.
  • 4a veranschaulicht die Schnittstellenschaltungsanordnung für Signale, die in der Empfangsrichtung gesendet werden. In der Empfangsrichtung werden sechs Signale über drei Signalleitungen gesendet, drei während der High-Phase des Takts und drei während der Low-Phase des Takts. Im PHY-Element 410 wird ein Drei-Bit-MUX, P_MUX 412, verwendet, um den Multiplexmodus zu implementieren. Im MAC-Element 415 ist ein zusätzliches Drei-Bit-Flipflop/Register 420 zum Empfangen von drei Bits während der Low-Phase des Takts und ein Register 425 zum Empfangen aller sechs Signale zur Ausgangskompatibilität mit der MII vorhanden. Wie dies bei der Sendeschaltungsanordnung der Fall ist, ist die Schaltungsanordnung nach dem IEEE-Standard 803.2 tätig, wenn sie im Standardmodus tätig ist. Zum Zweck der Vereinfachung der Besprechung ist die Schaltungsanordnung zum Unterstützen beider Modi im MAC 415 nicht ausführlich veranschaulicht; es würde jedoch eine Schaltungsanordnung verwendet werden, die der in PHY 350 (3a) gezeigten ähnlich ist und bei der die zusätzlichen Empfangsbits RXER, RXDV und RXD3 durch eine zusätzliche Gruppe von Leitungen (z.B. 422) direkt zur MAC 415 gesendet würden und ein Multiplexer hinzugefügt wäre, um auf Basis des Modus zwischen RXD3, RXDV, RXER und MII_RXER, MII_RXDV und MII_RXD3 zu wählen.
  • Wie in 4a gezeigt werden während des Betriebs im Multiplexmodus die Signale RXD3, RX_DV und RX_ER während der Low-Phase des Takts und die Signale RXD0, RXD1 und RXD2 während der High-Phase des Takts durch den P_MUX 412 ausgegeben. Das Flipflop 420 wird verwendet, um die Signale RXD0, RXD1 und RXD2 zu takten, so daß sie am Register 425 gleichzeitig mit den Signalen RXD3, RXDV und RXDR empfangen werden. Die Zeitgabe dafür ist in 4b veranschaulicht.
  • Die beschriebene Schaltungsanordnung ermöglicht, daß die Sendung innerhalb gegenwärtiger Zeitgabebudgets erfolgt. Unter Bezugnahme auf 5a ist die Sendezeitgabe kritisch, da sich die MAC-Sendeschaltung 505 auf den durch die PHY 510 erzeugten Sendetakt 512 verläßt. Beim Bestimmen des Zeitgabebudgets müssen daher die Verzögerungen von der PHY 510 durch die externe Leiterbahn 520 zum MAC 505 und die Leiterbahn 515, die zur PHY 510 zurückkommt, und die am Eingang der PHY 510 erforderliche Aufbauzeit berücksichtigt werden.
  • Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5a sind die auftretenden Zeitgabeverzögerungen veranschaulicht. Da das Tastverhältnis des Takts wie im IEEE-Standard 802.3 bestimmt annähernd ein Verhältnis von 2:3 (z.B. 35 des Sendetakts von 40 Nanosekunden high und 65% low) beträgt, gibt es nur 14 Nanosekunden, um die erste Gruppe von Signalen zu multiplexieren, und 26 Nanosekunden, um die zweite Gruppe von Signalen zu multiplexieren.
  • Daher muß das Folgende erfüllt sein: T(pob) + T(mib) + T(mcd) + T(mcq) + T(mm) + T(mob)) × 1,395 + 2 × T(tr) + T(psup) < 14 ns.
  • Wenn Spezifikationen aus dem LSI G10 zellbasierenden ASIC Produktdatenhandbuch (LSI Logic, Inc.) als Beispiel verwendet werden, wird die Ausbreitungsverzögerungszeitgabe für die Schaltung wie folgt bestimmt: (0,28 ns + 0,31 ns + 0,82 ns + 0,44 ns + 0,55 ns + 0,28ns) × 1,395 + 2 × 1,5 ns + T(psup) < 14 ns 3,73 + 3 ns + T(psup) < 14 ns 6,73 + T(psup) < 14 ns
  • Vorzugsweise ist das daher zugewiesene Zeitgabebudget das in der Tabelle von 5b gezeigte. Die Empfangszeitgabe ist nicht kritisch, da der Sendepfad sowohl der Daten als auch des Takts aus der PHY stammt. Daher treten die Schleifenzeitgabebeschränkungen, die im Sendefall auftreten, nicht auf, und es sind ausreichende Spielräume zum Durchführen der Empfangsfunktion vorhanden.
  • Die Erfindung wurde in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Es ist klar ersichtlich, daß Fachleuten angesichts der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Alternativen, Abänderungen, Variationen und Verwendungen offensichtlich sein werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Kommunikation von Signalen der medienunabhängigen Schnittstelle (MII), Standard 802.3u, des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) zwischen einer Schicht der Medienzugriffssteuerung (MAC) (320) und einer physikalischen Schicht (PHY) (350), mit den folgenden Schritten: in einem multiplexierten Modus, Transferieren einer ersten Gruppe von MII-Datenpfadsignalen von der MAC zu der PHY durch eine erste Gruppe von Ports (309) während eines ersten Zeitintervalls und Transferieren einer zweiten Gruppe von MII-Datenpfadsignalen von der MAC zu der PHY durch die erste Gruppe von Ports (309) während eines zweiten Zeitintervalls durch Durchführen einer Taktphasenmultiplexierung; und in einem MII-Standardmodus, Transferieren der MII-Datenpfadsignale von der MAC zu der PHY durch die erste Gruppe von Ports und eine zweite Gruppe von Ports (313) während desselben Zeitintervalls.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Gruppe von MII-Datenpfadsignalen TXD0, TXD1, TXD2 umfaßt und die zweite Gruppe von MII-Datenpfadsignalen TXD3, TX_EN und TX_ER umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste Zeitintervall eine erste Phase eines Takts repräsentiert und das zweite Zeitintervall eine zweite Phase des Takts repräsentiert.
  4. Verfahren zur Kommunikation von Signalen der medienunabhängigen Schnittstelle (MII), Standard 802.3u, des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) zwischen einer Schicht der Medienzugriffssteuerung (MAC) (320) und einer physikalischen Schicht (PHY) (350), mit den folgenden Schritten: in einem multiplexierten Modus, Transferieren einer ersten Gruppe von MII-Datenpfadsignalen von der PHY zu der MAC durch die erste Gruppe von Ports (309) während eines ersten Zeitintervalls und Transferieren einer zweiten Gruppe von MII-Datenpfadsignalen von der PHY zu der MAC durch die erste Gruppe von Ports (309) während eines zweiten Zeitintervalls durch Durchführen einer Taktphasenmultiplexierung; und in einem MII-Standardmodus, Transferieren der MII-Datenpfadsignale von der PHY zu der MAC durch die erste Gruppe von Ports und eine zweite Gruppe von Ports (313) während desselben Zeitintervalls.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Gruppe von MII-Datenpfadsignalen RXD0, RXD1, RXD2 umfaßt und die zweite Gruppe von MII-Datenpfadsignalen RXD3, RX_DV und RX_ER umfaßt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste Zeitintervall eine erste Phase eines Takts repräsentiert und das zweite Zeitintervall eine zweite Phase des Takts repräsentiert.
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