專利名稱：單一化以太網交換板及數據交換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多業(yè)務傳送平臺中常用的以太網信號經過二層交換模式或者透傳模式映射到同步數字系列(SDH)系統(tǒng)中傳輸的以太網交換板和交換方法的實現。
背景技術：
隨著通信行業(yè)的業(yè)務種類的越來越多，接口類型也變得越來越復雜，此時傳統(tǒng)的SDH接口已經不能完全滿足用戶的要求。而多業(yè)務傳送平臺(MSTP)技術的出現，解決了這個問題。MSTP能夠很好的依托于同步數字體系(SDH)技術平臺，進行數據和其他新型業(yè)務的功能擴展。目前，在MSTP中以太網業(yè)務就占有了絕對的份量，以太網的基本特征是采用一種稱為載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD)的共享訪問方案，即多個工作站都連接在一條總線上，所有的工作站都不斷向總線上發(fā)出監(jiān)聽信號，但在同一時刻只能有一個工作站在總線上進行傳輸，而其他工作站必須等待其傳輸結束后再開始自己的傳輸。沖突檢測方法保證了只能有一個站在電纜上傳輸。那么在這種情況下，為了將以太網的數據承載在已經成熟的SDH系統(tǒng)上進行傳輸，具備以太網二層交換功能和能夠將以太網信號映射到SDH上的基于SDH的以太網(EOS)產品就開始廣泛的運用了。
為實現以太網信號對SDH系統(tǒng)的映射，目前已經出現了多種以太網交換板產品，如圖1、2、3所示。圖1所示為在不需要進行以太網交換的情況下，直接將以太網信號影射到SDH系統(tǒng)的以太網交換板產品結構示意圖。圖1的以太網交換板主要包括物理接口芯片(PHY)和EOS芯片，其中物理接口芯片用于將以太網信號轉換為媒介獨立接口(Media IndependentInterface，簡稱為MII)信號或簡化的媒介獨立接口(Reduced Media Independent Interface，簡稱為RMII)信號或(Serial Media Independent Interface，簡稱為SMII)信號，EOS芯片采用上述三種信號之一，并進行SDH映射，輸出符合SDH標準的信號。圖1所示工作模式稱為透傳模式。圖2所示為需要進行以太網交換情況下，將以太網信號經過交換后影射到SDH系統(tǒng)的以太網交換板產品結構示意圖。圖2的以太網交換板與圖1相比，增加了用于執(zhí)行信號交換的交換芯片，該交換芯片選擇使用與EOS芯片相同的信號接口，可以是上述MII或RMII或SMII信號之任何一種。圖3所示為需要進行以太網交換情況下，將以太網信號經過交換后影射到SDH系統(tǒng)的另一種以太網交換板產品結構示意圖。圖3產品與圖2所示產品的區(qū)別在于，圖3產品中，由于交換芯片采用RMII信號標準，而EOS芯片采用SMII信號標準，兩者無法直接連通，必須經過兩個物理接口芯片對接方式連通。圖2、3所示產品的工作模式稱為交換模式。
由上述圖1、2、3所示產品可知，現有技術的以太網交換板為完成不同的功能，需要具有不同的硬件結構，增加了產品種類的復雜性。在交換芯片與EOS芯片接口標準不統(tǒng)一情況下，還需要在交換板上使用多個物理接口芯片，而物理接口芯片在電路板上占用面積較大，整個交換板有3個以上的物理接口芯片，控制很不方便，容易出故障；而且由于PHY的增多，外圍電路相應增加，功率和發(fā)熱量增大，容易引起交換板電路工作不穩(wěn)定。
因此，需要一種新的以太網交換板產品，以克服現有技術產品種類復雜、故障率高、功率消耗大、工作不穩(wěn)定的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一個單一化以太網交換板，它具有較為強大的交換能力和EOS能力；具有以太網多種接口的轉換和EOS接口選擇的能力；具備交換功能和透傳功能選擇的能力；還具備強大的兼容性以及可移植性，便于維護定位。
本發(fā)明的單一化以太網交換板結構如附圖4所示，該以太網交換板包括交換單元、EOS單元、物理接口單元(PHY)和接口轉換單元組成；所述物理接口單元與接口轉換單元連接，物理接口單元將以太網信號轉換為SMII信號再傳送給接口轉換單元；所述接口轉換單元與所述交換單元連接，將需要交換的不同接口類型的數據轉換為交換單元所使用的接口類型信號再傳送給交換單元；所述接口轉換單元還與EOS單元連接，將經過交換單元交換的數據傳送給EOS單元，或者將不需要交換的數據直接從物理接口單元傳送給EOS單元。
本發(fā)明上述技術方案中，所述接口轉換單元使用現場可編程門陣列(FPGA)芯片實現，在FPGA中設置一個選擇模塊(RAM)，用于選擇交換模式或透傳模式；一個數字鎖相環(huán)模塊，用來提供系統(tǒng)時鐘信號；一個延時模塊，用于延時調整直接傳送到EOS單元的信號；SMII/RMII轉換模塊和RMII/SMII轉換模塊或SMII/MII轉換模塊和MII/SMII轉換模塊，用于進行不同標準信號之間的轉換。本發(fā)明上述技術方案中，所述交換單元由交換機芯片實現。本發(fā)明上述技術方案中，所述EOS單元由EOS芯片實現。
本發(fā)明的以太網交換板在工作中，將進入的Ethernet光/電信號通過物理接口單元將信號轉換為SMII信號，再傳送到作為接口轉換單元的FPGA芯片。如果選擇透傳模式，則SMII信號由FPGA直接送給EOS單元，由EOS單元將信號映射到SDH中去；如果選擇交換模式，則根據交換機芯片所采用的RMII或MII信號標準，經過SMII/RMII轉換模塊或SMII/MII轉換模塊的信號轉換，將轉換后信號送給交換機芯片，交換機芯片經過處理之后如果需要上傳到SDH上去的話，交換機芯片傳送的RMII或MII信號就經過接口轉換部分中的RMII/SMII轉換模塊或MII/SMII轉換模塊的轉換后送入EOS芯片，EOS芯片輸出可以采用多種電路接口，如CML的高速線、Telecombus總線等。
本發(fā)明的以太網交換板的基本工作方法為，接口轉換單元首先在系統(tǒng)中檢測是否有交換單元；如果存在交換單元，則在接口轉換單元中的選擇模塊RAM中選擇交換模式或透傳模式；當選擇了交換時，激活接口轉換單元中的SMII/RMII和RMII/SMII轉換模塊或者SMII/MII和MII/SMII轉換模塊，執(zhí)行各種不同信號之間相互轉換；當選擇了透傳模式時，接口轉換單元內的各個轉換模塊則處于休眠狀態(tài)，以太網信號通過物理接口單元轉換為SMII信號后，經過接口轉換單元內延時模塊進行延時調整后直接傳送到EOS單元；如果接口轉換單元在本發(fā)明的以太網交換板上沒有檢測到交換單元，則接口轉換單元內的選擇模塊RAM和各個轉換模塊都處于休眠狀態(tài)。
本發(fā)明以太網交換板中的接口轉換單元選用FPGA來實現，根據SMII接口和RMII接口的特點，為了滿足兩個接口的時序要求以及解決兩種接口之間的同步數據轉換和傳輸，在SMII/RMII轉換模塊中主要采用將SMII的一線數據變?yōu)榘司€數據然后再將八線數據變?yōu)镽MII的二線數據，在RMII/SMII轉換模塊中則采用相反過程，即將RMII的二線數據變?yōu)榘司€數據然后再將八線數據變?yōu)镾MII的一線數據。在FPGA中采用數字鎖相環(huán)DDL將125MHz時鐘2.5倍分頻產生50MHz時鐘作為RMII接口轉換的主時鐘。由于SMII接口主時鐘和RMII接口主時鐘同源，可以保證轉換的準確性。也為了適應工程上對10/100M的具體需要，FPGA中植入了10M和100M以太網接口的配置或自適應轉換功能。在實現交換模式、透傳模式以及匯聚比的選擇方面，可以通過網管對FPGA中寄存器的配置來達實現，完全避免了以往現有技術的跳線選擇方式帶來的設計、調試、生產上的不便。
本發(fā)明的以太網交換板實現單一化，減少了產品種類，減少研發(fā)人員由于相似功能電路帶來的重復性勞動，縮短了研發(fā)時間，減少了出現問題的復雜性；減少了批量生產中可能出現的問題，可以逐級的調試，方便判斷定位，準確找出問題所在。這樣就釋放了大量的人力資源，節(jié)約了人力成本。其次，本發(fā)明的以太網交換板采用靈活的RMII、SMII和MII的相互轉換的技術，減少了對于芯片接口所采用信號標準的依賴性。由于單一化的以太網交換板可以工作在透傳模式或交換模式，并且可以適應不同的EOS芯片接口信號標準，互換性、兼容性好，可以完成需要的各種功能。通過選擇不同型號的EOS芯片，可以靈活地實現各種EOS接口接入，例如2.5G SDH接口、777MHz SDH接口、622MHz SDH接口以及77.76MHz PTCB接口。
本發(fā)明的以太網交換板和交換方法集成了二層交換芯片和EOS芯片，并且獨創(chuàng)性地使用FPGA來實現多媒體接口轉換功能和其他的一些模式的切換，有效的把交換模式和透傳模式等一些相關功能的集成在一起，完成以太網信號映射進入SDH系統(tǒng)的功能。


圖1是傳統(tǒng)的實現透傳功能的以太網交換板結構示意圖；圖2是傳統(tǒng)的實現交換功能的以太網交換板結構示意圖；圖3是傳統(tǒng)的實現交換功能和接口轉換功能的以太網交換板結構示意圖；圖4是本發(fā)明的單一化以太網交換板結構示意圖；圖5是本發(fā)明以太網交換板工作基本流程圖；圖6是本發(fā)明以太網交換板中接口交換單元內SMII/RMII轉換模塊工作流程圖；圖7是本發(fā)明以太網交換板中接口交換單元內RMII/SMII轉換模塊工作流程圖；圖8是MII接口信號時序圖；圖9是RMII接口信號時序圖；圖10是SMII接口信號時序圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細解釋本發(fā)明的以太網交換板結構和工作方式。
如圖4所示，本發(fā)明的以太網交換板，其主結構由交換單元、EOS單元、接口轉換單元和物理接口單元(PHY)組成。其中交換單元，由CXE-1000等型號的交換機芯片及其外圍附屬電路組成，主要完成快速以太網和千兆位以太網等的以太網數據的交換、虛擬局域網(Virtual Local Area Network，簡稱為VLAN)、CIR(Commit Information Rate)、PIR(PeakInformation Rate)、STP(Spanning-Tree Protocol)、包過濾、匯聚等功能。其中EOS單元由PM5329、PM5333、PM5337等型號的EOS芯片及其外圍附屬電路組成，主要完成EOS、GFP/HDLC/LAPS封裝、VCG映射等功能。其中接口轉換部分由FPGA芯片及其外圍附屬電路組成，主要完成以太網SMII(或SS-SMII)接口以及RMII(或SMII、SS-SMII)接口之間的相互轉換，以簡化原來的PHY對PHY的接口轉換以及電阻跳變選擇接口的模式，從而在一定程度上降低了生產和設計成本。如果在使用本發(fā)明的以太網交換板時，已知僅僅使用在透傳模式下，則在電路板上可不焊接交換機芯片。
圖5所示為本發(fā)明以太網交換板主要工作流程首先，FPGA會檢測是否板上有交換芯片，如果檢測到有交換芯片，那么會認為這個以太網交換板支持交換模式和透傳模式。交換模式和透傳模式的選擇是通過作為接口轉換單元的FPGA內設置的一個RAM來實現的，這樣就可以在網管上來控制交換和透傳的選擇。當選擇交換模式時，FPGA中的SMII/RMII轉換模塊和RMII/SMII轉換模塊或者SMII/MII轉換模塊和MII/SMII轉換模塊被激活工作。如果是選擇透傳模式，上述各種轉換模塊處于休眠狀態(tài)，PHY芯片和EOS芯片的SMII信號數據經過FPGA芯片內設置的延時模塊進行延時調整后直接相連。如果沒有檢測到交換芯片，則認為這個以太網交換板僅僅支持透傳模式，此時，RAM的交換模式和透傳模式選擇將不起作用，直接上述各種轉換模塊處于休眠狀態(tài)。具體工作在何種模式下可以通過訪問RAM來獲得。
如圖10所示，PHY芯片和EOS芯片發(fā)出來的SMII信號中，數據信息和控制信息是以10比特為一個單位放在一組內，每一組包括2個控制比特和8個數據比特，每一組信息由SYNC信號來定界，即每次SYNC信號處于高電平則表示一組的開始。在100M以太網速率下，劃分好的每一組SMII信號直接代表一個字節(jié)的以太網信息。對于10M以太網速率下，對于每一個字節(jié)的以太網信息，由于速率只有100M的1/10，所以將一個比特的數據和控制信息放在一組后，在SMII數據線上重復發(fā)送10次。
如圖9所示，對于RMII來說，它的數據線和控制線是分開的，有兩條數據線。當CRS_DV為高電平時，數據線上是有效的以太網數據，否則，不是有效的以太網數據。所以，實際上有效的數據是由CRS_DV來界定。在100M以太網速率下，以太網數據的一個字節(jié)占用4個50M周期，也就是一個比特占用一條數據線的一個50M周期。在10M以太網速率下，它會將每個以太網數據字節(jié)分開的8個比特的每個比特在所占用的一條數據線上重復10次。也就是說，每個比特在一條數據線上會占用10個50M周期。在10M以太網速率下，RMII信號傳送方式與SMII信號傳送方式有區(qū)別。即SMII數據從時間上看，是一個字節(jié)放送完后再重復發(fā)送；而RMII數據從時間上看，是將一個比特重復發(fā)送直到用完所占用的時間。
如圖8所示，為MII信號。MII信號與RMII信號相差不大，只是數據線為4條，發(fā)送和接收的時鐘要單獨供給，還有個沖突信號(COL)，其他信號線基本與RMII類似。
下面結合圖6和圖10詳細解釋在FPGA內所設置SMII/RMII轉換模塊將SMII信號格式成RMII信號格式的工作流程。如圖6所示1.以同步信號SYNC為基準，當SYNC的高電平到來的時候，計數器置0，否則計數器在每來一個125M時鐘就加1；2.計數器1的值為1-9時，在SMII數據RX上用125M時鐘采樣，分別放在9個數據暫存器TEMP(0-8)里；3.當下一個SYNC的高電平到來的時候，也就是計數器1再次為0時，判斷TEMP(0)是否為為11)如果為1，則將第二步9個數據暫存器TEMP(0-8)里的數據給另外9個暫存器TEMP1(0-8)，這樣就將9個寄存器的數據對齊；2)如果為0，則從SMII數據取出的速度信息(已經存放在TEMP中)，根據速度信息置位速率信號SPEED，并將TEMP1(0-8)置0。
4.在TEMP1(0)為1的時候1)如果SPEED為1，則將TEMP1(1-8)用50M時鐘直接間插到2根并行的數據線上TXD(0-1)；2)如果SPEED為0，將TEMP1上的數據都要在2根并行數據線上停留10個50M的周期來間插到TXD(0-1)。
這樣TEMP1(0)為1的時候，TXD和DV置0；5.將TXD和DV對齊發(fā)送數據。
下面結合圖7和圖9詳細解釋在FPGA內所設置RMII/SMII轉換模塊將RMII信號格式轉換成SMII信號格式的工作流程。如圖7所示1.判斷CRS_DV是否為高1)如果為高，則從數據流里判斷RMII速率，并且置位模式信號MODE。
2)如果為低，數據無效，則將數據暫存器TEMP3和DV都置0。
2.判斷MODE是否為高1)若MODE為1，則用50M時鐘采樣將RMII間插的數據RXD(0-1)直接解出，放在8位數據寄存器TEMP2；2)若為0，則將RMII間插的數據RXD(0-1)采樣窗口擴大為10倍來解出8位數據放在TEMP2(0-7)；同時CRS_DV的值傳遞給DV；3.判斷同步信號SYNC是否為高1)當SYNC的高電平到來的時候，計數器置0。同時將TEMP3(0-7)和CRS_DV都用125M時鐘采樣一次得到TEMP4(0-7)和DV；2)當SYNC為低電平的時候，計數器在每來一個125M時鐘就加1；4.判斷DV是否為高1)當DV為高，當計數器2為0時，SMII_D置0；為1時，SMII_D置1，為2-9時，分別將TEMP3(0-7)按順序用125M時鐘放到SMII_D上；2)如果DV為低，SMII_D置0；5.將SMII_D經過延時對齊后發(fā)送。
另外，MII和SMII之間的轉換與RMII和SMII之間轉換的基本原理一致，差別僅僅在于MII使用4根數據線而RMII使用2根數據線，在此不在重復記述MII與SMII之間信號格式相互轉換的具體流程。
權利要求
1.單一化以太網交換板主要包括交換單元、EOS單元、物理接口單元(PHY)和接口轉換單元組成；所述物理接口單元與接口轉換單元連接，物理接口單元將以太網信信號轉換為SMII信號再傳送給接口轉換單元；所述接口轉換單元與所述交換單元連接，將需要交換的不同接口類型的數據轉換為交換單元所使用的接口類型信號再傳送給交換單元；所述接口轉換單元還與EOS單元連接，將經過交換單元交換的數據傳送給EOS單元，或者將不需要交換的數據直接從物理接口單元傳送給EOS單元。
2.根據權利要求的所述以太網交換板，其特征在于所述接口轉換單元使用現場可編程門陣列(FPGA)芯片實現，及在FPGA中設置一個選擇模塊(RAM)，用于選擇交換模式或透傳模式；一個數字鎖相環(huán)模塊，用來提供系統(tǒng)時鐘信號；一個延時模塊，用于延時調整直接傳送到EOS單元的信號；SMII/RMII轉換模塊和RMII/SMII轉換模塊或SMII/MII轉換模塊和MII/SMII轉換模塊，用于進行不同標準信號之間的轉換。
3.單一化以太網交換板的數據交換方法接口轉換單元首先在系統(tǒng)中檢測是否有交換單元；如果存在交換單元，則在接口轉換單元中的選擇模塊RAM中選擇交換模式或透傳模式；當選擇了交換時，激活接口轉換單元中的SMII/RMII和RMII/SMII轉換模塊或者SMII/MII和MII/SMII轉換模塊，執(zhí)行各種不同信號之間相互轉換；當選擇了透傳模式時，接口轉換單元內的各個轉換模塊則處于休眠狀態(tài)，以太網信號通過物理接口單元轉換為SMII信號后，經過接口轉換單元內延時模塊進行延時調整后直接傳送到EOS單元；如果接口轉換單元在本發(fā)明的以太網交換板上沒有檢測到交換單元，則接口轉換單元內的選擇模塊RAM和各個轉換模塊都處于休眠狀態(tài)。
4.根據權利要求3的所述單一化以太網交換板的數據交換方法，其特征在于SMII/RMII轉換模塊的工作步驟具體包括1.以同步信號SYNC為基準，當SYNC的高電平到來的時候，計數器置0，否則計數器在每來一個125M時鐘就加1；2.計數器1的值為1-9時，在SMII數據RX上用125M時鐘采樣，分別放在9個數據暫存器TEMP(0-8)里；3.當下一個SYNC的高電平到來的時候，也就是計數器1再次為0時，判斷TEMP(0)是否為為11)如果為1，則將第二步9個數據暫存器TEMP(0-8)里的數據給另外9個暫存器TEMP1(0-8)，這樣就將9個寄存器的數據對齊；2)如果為0，則從SMII數據取出的速度信息(已經存放在TEMP中)，根據速度信息置位速率信號SPEED，并將TEMP1(0-8)置0；4.在TEMP1(0)為1的時候1)如果SPEED為1，則將TEMP1(1-8)用50M時鐘直接間插到2根并行的數據線上TXD(0-1)；2)如果SPEED為0，將TEMPI上的數據都要在2根并行數據線上停留10個50M的周期來間插到TXD(0-1)；這樣TEMP1(0)為1的時候，TXD和DV置0；5.將TXD和DV對齊發(fā)送數據。
5.根據權利要求3的所述單一化以太網交換板的數據交換方法，其特征在于RMII/SMII轉換模塊的工作步驟具體包括1.判斷CRS_DV是否為高1)如果為高，則從數據流里判斷RMII速率，并且置位模式信號MODE；2)如果為低，數據無效，則將數據暫存器TEMP3和DV都置0；2.判斷MODE是否為高1)若MODE為1，則用50M時鐘采樣將RMII間插的數據RXD(0-1)直接解出，放在8位數據寄存器TEMP2；2)若為0，則將RMII間插的數據RXD(0-1)采樣窗口擴大為10倍來解出8位數據放在TEMP2(0-7)；同時CRS_DV的值傳遞給DV；3.判斷同步信號SYNC是否為高1)當SYNC的高電平到來的時候，計數器置0；同時將TEMP3(0-7)和CRS_DV都用125M時鐘采樣一次得到TEMP4(0-7)和DV；2)當SYNC為低電平的時候，計數器在每來一個125M時鐘就加1；4.判斷DV是否為高1)當DV為高，當計數器2為0時，SMII_D置0；為1時，SMII_D置1，為2-9時，分別將TEMP3(0-7)按順序用125M時鐘放到SMII_D上；2)如果DV為低，SMII_D置0；5.將SMII_D經過延時對齊后發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明涉及多業(yè)務傳送平臺中常用的以太網信號經過二層交換或者透傳模式映射到同步數字系列(SDH)系統(tǒng)中的以太網交換板和數據交換方法。該以太網交換板和數據交換方法集成了二層交換芯片和EOS芯片，并且獨創(chuàng)性地使用FPGA來實現多媒體接口轉換功能和其他的一些模式的切換，有效的把交換模式和透傳模式等一些相關功能的集成在一起，完成以太網信號映射進入SDH系統(tǒng)的功能。
文檔編號H04L12/58GK1905558SQ20061008667
公開日2007年1月31日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權日2006年6月28日
發(fā)明者于小龍, 江榕, 李慶東, 楊正權, 馮珂 申請人:烽火通信科技股份有限公司