专利名称：一种异步传输模式的信元复用电路及方法
技术领域：
本发明涉及数据通信领域，具体地说，涉及多个物理层器件到一个ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)层器件的ATM信元复用电路和方法。
图1是物理层和ATM层器件之间基本关系的结构图，该传输系统包含1个ATM层器件和多个物理层器件，物理层器件和ATM层器件之间的接口信号有RxClk、RxAddr、RxClav、RxData、RxEnb和RxSoc共6种，ATM信元在这些信号的控制下从物理层器件传输到ATM层器件。UTOPIA Leve2协议中规定，1个ATM层器件可以最多对来自31个物理层器件的物理信元进行复用。
为方便理解，下面介绍上述6种接口信号的含义。
RxClk信号是ATM层器件和物理层器件接口的时钟信号，在RxClk信号的上升沿ATM层器件将来自物理层器件的ATM信元存放在ATM层器件的存储单元中。
RxAddr信号是ATM层器件和物理层器件之间的5位地址总线，是用于ATM层器件对物理层器件进行查询，当物理层器件得到相匹配的地址时，就将RxClav信号反馈给ATM层器件。RxAddr信号包含两种输出，一种是所查询的物理层器件的地址，另一种是间插在物理层器件的地址之间的1F信号。
RxClav信号是信元可得到信号，当物理层器件收到来自ATM层器件的查询地址后，相关物理层器件在下一个时钟向ATM层器件发出该信号，用以告诉ATM层器件是否有信元需要发送。RxClav信号包含三种情况，当存在需要发送的信元时，该信号为高电平；当接收到无效的查询地址时，该信号为高阻；当没有需要发送的信元时，保持低电平。
RxEnb信号是数据传输使能信号，在低电平时有效；该信号有效时表示ATM层器件正在进行数据传输，反之则表示数据总线处于空闲状态，可以随时处理待发的ATM信元。
RxData信号是用来传输来自物理层器件的ATM信元的数据总线，ATM层器件通过该数据总线将相应的数据存储在ATM层器件的存储单元中。
RxSoc信号是物理层信元的信元开始信号，该信号的有效宽度为一个时钟，和物理层信元的第一个字节同时有效。
图2、图3给出了ATM层器件和物理层器件在不同情况下接口信号间的时序关系，图2表示在数据传输时，图3表示在数据总线空闲时。
ATM层器件主要包含两个功能，一是对来自物理层器件PHY1到PHY T的物理层信元进行数据接收，将之存储在存储单元中；第二是通过5位的地址线对所有的物理层器件进行查询，寻找需要进行数据传输的物理层器件，两种功能并行操作。在数据传输的过程中，物理层器件根据ATM层器件发出的查询地址提供一个RxClav信号，若含有待发的物理信元时，物理层器件反馈一个高电平RXClav信号给ATM层器件。
在图2中，ATM层器件利用RxClk信号对RxAddr地址总线进行采样输出，这些输出的地址用于对物理层器件进行查询。在时钟1到时钟14期间，由于RxEnb信号为低电平，数据总线RxData处于数据传输状态，所以虽然ATM层器件查询到N-3和N+3两个物理层器件满足要求，但是不能立刻对这两个器件进行选中。在时钟15时，RxEnb信号变为高电平，此时ATM层器件在N-3和N+3中选择一个进行选中，图2表示的是N+3这个器件被选中，然后对来自物理层器件N+3的ATM信元进行数据传输，并同时继续物理层器件的查询工作。物理层器件在检测到来自ATM层器件的RxEnb信号有效后，立刻对相应的物理层器件的物理信元进行传输，并在该信元的第一个字节使RxSoc信号有效。
图3中，ATM层器件在对物理层器件进行查询时，数据总线正好处于空闲状态，所以当ATM层器件在第15个周期检测到RxClav信号为高时，在下一个周期立刻对N-3器件进行选中。
以上是UTOPIA Level 2协议中对ATM层器件和物理层器件输入接口的基本描述，该协议详细规定了物理层器件和ATM层器件之间的接口方式，利用该协议可以对ATM层信元实现数据复用。但是在对物理层器件的选中操作中，UTOPIA Level 2协议没有利用最短的时间对物理层器件进行选中，使得整个ATM信元的传输带宽没有得到充分利用，同时也没有具体给出实现查询和选中操作的方法。目前还没有发现有具体实现Rx端口信元复用技术的文献。
本发明所述ATM信元复用电路包括缓存器组、查询模块、预选中模块、选中模块、信元存储控制模块和信元复用输出模块；所述缓存器组，包括与物理层器件个数相同的缓存器，用于存储对应的物理层器件的信元；所述缓存器可以采用RAM构成；所述查询模块，根据所述缓存器的状态对物理层器件进行查询，寻找包含待发信元的物理层器件；所述预选中模块，用于在数据总线忙时对含有待发信元的物理层器件进行选中，为所述选中模块准备；所述选中模块，用于选中需要进行信元传输的物理层器件；所述信元存储控制模块，根据所述选中模块的内容将选中的物理层器件的信元存储在所述缓存器组中；所述信元复用输出模块，根据所述缓存器的状态依次读出存储在所述缓存器组中的信元，进行并串转换后输出。
一种ATM信元复用方法，包括以下步骤一、根据缓存器组中的信元存储状态和当前的选中器件，循环查询对应的物理层器件；二、检测物理层器件返回的“信元可得到”信号，判断该物理层器件是否有待发的物理信元，如果有，则进行步骤三；如果无，则检测下一个物理层器件的“信元可得到”信号，重复步骤二；三、判断当前数据总线是否处于工作状态，如果是，则进行步骤四；如果不是，则进行步骤五；四、检测预选中状态是否有效，如果有效，则表示已有其他物理层器件被预选中，保持当前状态；如果无效，则预选中当前查询到的物理层器件；返回步骤三；五、检测预选中状态是否有效，如果有效，则选中已被预选中的物理层器件，并清除预选中状态；如果无效，则选中当前查询到的物理层器件；六、根据选中的物理层器件的地址将数据总线上的信元存储到缓存器组中，并根据缓存器的存储状态对不同的信元进行复用输出。
本发明所述ATM信元复用电路和方法不仅可以满足UTOPIA协议的要求，而且对协议中没有规定的查询和选中操作进行了具体的实现，其查询办法可以对不同的物理层器件提供相对公平的数据传输带宽，使所有的物理层器件能够在公平的条件下实现数据传输；本发明还增加了预选中模块，并在时序上进行了处理，使ATM层器件在查到有效的物理层器件后对该器件进行数据传输的响应时间达到最短。另外，UTOPIA协议中规定每一个ATM层器件最多可以和31个物理层器件接口，本发明通过增加一个接口信号，使得查询范围扩大，可以对最多32个器件进行查询。
图2是UTOPIA协议中ATM层器件和物理层器件之间接口信号在数据总线忙时的时序图。
图3是UTOPIA协议中ATM层器件和物理层器件之间接口信号在数据总线处于空闲状态的时序图。
图4是ATM信元在物理层器件和ATM层器件之间传输的示意图。
图5是本发明ATM信元复用电路的结构示意图。
图6是本发明ATM信元复用电路进行查询和选中的流程图。
图7是采用本发明后物理层器件和ATM层器件的接口关系图。
图8是采用本发明的ATM层器件和物理层器件在数据总线忙时的接口信号时序图。
图9是采用本发明的ATM层器件和物理层器件在数据总线空闲时的接口信号时序图。
图1为协议UTOPIA Level 2中提供的物理层器件和ATM层器件的接口关系图，可以看出T个物理层器件和1个ATM层器件通过RxClk、RxAddr、RxData、RxEnb、RxClav和Rxsoc相互接口，其中查询地址RxAddr的宽度为5。
图2和图3是协议中给出的物理层器件和ATM层器件之间的接口时序图，图2是正在进行数据传输时的时序关系，图3是没有进行数据传输时的时序关系。从图2、3的RxAddr信号可以看出，查询地址的输出不是连续进行的，前后两次的查询地址没有必然的联系；每两个查询地址之间被1F信号隔开，目的是为了防止查询地址之间出现竞争现象。另外不管在数据传输状态还是非数据传输状态，每次对物理层器件的查询到选中至少需要两个周期的时间，对于图2所示的时序关系，如果在数据传输结束前的第一个周期的查询地址不是有效地址，而是1F，则由查询到选中所需要的响应时间更长。
图4是物理层器件和ATM层器件之间物理层信元传输的示意图。ATM层器件包括两部分，分别是复用电路和解复用电路，复用电路的作用是将来自物理层器件的物理层信元进行复用，然后经过串行数据链路送出；解复用电路的作用是将来自串行数据链路的数据解复用，然后传输给物理层器件。本发明涉及的是复用电路。
图5是本发明ATM信元复用电路的结构示意图。ATM信元复用电路包括缓存器组、查询模块、预选中模块、选中模块、信元存储控制模块和信元复用输出模块。
缓存器组包括与物理层器件个数相同的缓存器，用于存储对应的物理层器件的信元，可以采用RAM来构成。
查询模块主要是对物理层器件进行查询，寻找包含待发信元的物理层器件；查询模块首先根据缓存器的满标志位判断该缓存器的当前状态，用以判断是否对相应的物理层器件进行查询，当满标志位为有效时，说明该存储器处于满状态，不能再继续存放更多的物理层信元，否则会产生数据覆盖，导致数据丢失；如果标志位无效，说明缓存器处于非满状态，可以继续存储另外的物理信元，这样查询模块查询对应的物理层器件，当物理层器件收到ATM层器件发出的地址后，向ATM层器件反馈RxClav信号，查询模块再对RxClav信号进行检测。
信元存储控制模块是把选中的物理层器件的信元存储在缓存器中。该模块主要由信元指针和字节指针两个模块组成，信元指针的功能是对来自不同物理层器件的信元进行控制，将来自不同物理层器件的信元存放在各自的缓存器中；字节指针是对来自同一物理层器件的信元进行控制，把信元的每一个字节存放在缓存器的相应地址中。
预选中模块是对含有待发信元的物理层器件进行选中，为选中模块做准备。ATM信元复用电路只有在正在进行信元传输时才使用预选中模块，当RxEnb信号有效时，预选中模块对来自物理层器件的RxClav信号进行检测，当该信号为高电平时且没有其他的物理层器件被预选中时，预选中模块预选中成功。
选中模块是选中需要进行信元传输的物理层器件，选中模块可以通过两个途径选中所需要的物理层器件，一种是根据当前预选中的状态确定选中的物理层器件；另一种是选中模块根据查询模块的查询情况直接选中物理层器件。
信元复用输出模块将存储在缓存器中的信元依次读出，然后将读出的并行数据进行并串转换后输出，这样所有的物理层器件中需要传输的信元便可由一个数据线输出，从而实现信元复用，该模块可以由一个并串转换电路来实现。
本发明所述ATM信元复用电路的工作过程如下查询模块根据缓存器组中各个缓存器的信元存储状态，将有效的查询地址输出给外接的物理层器件，然后对应的物理层器件发出RxClav信号；预选中模块和选中模块接收到RxClav信号后，根据该RxClav信号、预选中标志以及RxEnb信号，判断是否对当前的物理层器件进行预选中或者选中操作，其中预选中标志是由预选中模块产生的，当预选中标志为高时表示已经存在预选中的物理层器件；当预选中标志为低时表示没有预选中的物理层器件。当选中有效的物理层器件后，将选中的物理层器件的地址告诉信元传输控制模块，信元传输控制模块根据选中的地址对数据总线上的数据进行存储，同时缓存器组将每个物理层器件的存储状态分配给查询模块和信元复用输出模块。最后，信元复用输出模块根据存储状态决定是否对信元进行复用输出。
下面依据图6所示流程图描述本发明信元复用电路进行查询和选中操作的过程。在系统初始化完成之后，信元复用电路对第一个物理层器件所对应的RAM的满标志位进行检测，判断RAM是否已经写满，如果满标志有效，则说明该RAM处于满状态，此时无需对第一个物理层器件进行查询，因为即使查询结果有效，也不能进行数据传输，否则会产生数据覆盖现象，导致数据传输出错，信元复用电路继续检测下一个物理层器件的RAM的满标志；如果满标志无效，则说明RAM没有写满，可以对该器件进行信元传输。
当查询到某物理层器件对应的RAM处于未满状态后，查询模块对该物理层器件进行查询，物理层器件接收到查询后，反馈RxClav信号给信元复用电路。信元复用电路对来自物理层器件的RxClav信号进行检测，判断该物理层器件是否含有待发的物理信元，如果该信号为低电平，则说明没有需要处理的信元，反之则说明需要进行信元传输。
信元复用电路检测到有效的RxClav信号后，判断数据总线当前的状态，查看系统是否处于数据传输中。如果数据总线处于工作状态，则不能对查询到的有效物理层器件进行选中，进一步检测预选中状态，判断是否已经处于预选中状态，如果预选中状态有效，则说明已有其他物理层器件被预选中，如果预选中状态无效，则立刻预选中当前查询到的物理层器件；如果数据总线处于空闲状态，则对预选中的情况进行检测，如果已含有预选中的物理层器件，则对预选中的物理层器件进行选中，然后对预选中模块进行清除操作；如果不存在预选中的物理层器件，则立刻选中当前查到的有效物理层器件。
图7为本发明的物理层器件和ATM层器件的接口关系图，对照图1，可以看出本发明增加了一个RxValid信号，该信号是用于表示从ATM层器件到物理层器件的地址信号是否有效，当RxValid信号为高电平时，说明发往物理层器件的地址是有效地址；当RxValid信号为低电平时，说明地址总线上的地址是无效的地址。由于UTOPIA Level 2协议中查询地址的宽度为5，而为了防止地址总线上的竞争，对物理层器件进行查询时需要用1F信号将有效地址隔开，因此1个ATM层器件只能外接31个物理层器件。而在本发明中，由于引入了RxValid信号用于区分1F信号为有效地址还是无效地址，因此可以将物理层器件的查询范围增加到32个。
图8和图9为本发明中物理层器件和ATM层器件的接口信号分别在数据总线忙和空闲时的时序关系图。本发明为了实现每一个物理层器件信元获得相对公平的信元传输机会，对物理层器件的查询和有效器件的选中提出了具体的实现方法。本发明采用循环查询的方法对物理层器件进行查询，当系统的初始化完成后，查询模块首先从0地址器件开始查询，然后是1地址器件，依次查询，直到最后一个物理层器件。当一次查询轮回结束后，ATM层器件又从0地址开始对物理层器件进行依次查询，循环往复。在这种查询方式下每个物理层器件被查询的优先级不同，同时由于查询采用循环方式，每个物理层器件的优先级总是在不断改变，不同器件获得不同查询优先级的可能性相同。UTOPIA协议中规定当信元进行传输时，如果ATM层器件查询到一个含有待发信元的物理层器件，可以继续对其他的物理层器件进行查询，在当前的信元传输结束后选中其中的一个有效器件进行数据传输，如图2所示。本发明也可以实现在查询到有效器件后继续查询其他的器件，但是在有效器件的选中方式上与协议有所不同。本发明由于采用循环查询的方法，因此在RxEnb信号有效时，即数据总线正在进行传输时，对优先级最高的有效器件进行预选中，如图8所示，由于C的优先级高于D，所以当系统查到C器件含有待发信元时，系统对C进行预选中。由于ATM层器件采用带有优先级的循环查询方法，所以第一次查询到的有效器件总是所有有效器件中优先级最高的器件。当RxEnb信号无效时，即数据总线空闲时，如果已存在预选中的物理层器件，则选中模块立刻对预选中的器件进行选中；如果不存在预选中的物理层器件，信元复用电路一检测到有效的RxClav信号后就立刻选中对应的物理层器件。由于物理层器件被查询的优先级是不断循环变化的，从而使每个器件被优先选中的机会都相同。本发明在RxEnb信号有效时进行了预选中操作，因此在RxEnb信号无效的第一个周期就可以对预选中器件进行选中操作；如果没有预选中，则当上一个信元传输最后一个字节时，而查询地址为无效的1F，那么对下一个物理层器件的选中就必须延迟一个时钟周期。而在RxEnb信号无效的情况下，本发明也可以在查询到有效的RxClav信号时立刻对有效的物理层器件进行选中，缩短了由于选中而产生的响应时间，如图9所示。
权利要求
1.一种异步传输模式的信元复用电路，其特征在于，包括缓存器组、查询模块、预选中模块、选中模块、信元存储控制模块和信元复用输出模块；所述缓存器组，包括与物理层器件个数相同的缓存器，用于存储对应的物理层器件的信元；所述查询模块，根据所述缓存器的状态对物理层器件进行查询，寻找包含待发数据的物理层器件；所述预选中模块，用于在数据总线忙时对含有待发信元的物理层器件进行预选中，为所述选中模块准备；所述选中模块，用于选中需要进行信元传输的物理层器件；所述信元存储控制模块，根据所述选中模块的内容将选中的物理层器件的信元存储在所述缓存器组中；所述信元复用输出模块，根据所述缓存器的状态依次读出存储在所述缓存器组中的信元，进行并串转换后输出。
2.根据权利要求1所述的异步传输模式的信元复用电路，其特征在于所述缓存器是RAM。
3.根据权利要求1所述的异步传输模式的信元复用电路，其特征在于所述信元存储控制模块包括信元指针和字节指针两个模块；所述信元指针模块对来自不同物理层器件的信元进行控制，将来自不同物理层器件的信元存放在各自的缓存器中；所述字节指针模块对来自同一物理层器件的信元进行控制，把信元的每一个字节存放在缓存器的相应地址中。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的异步传输模式的信元复用电路，其特征在于所述信元复用输出模块是并串转换模块。
5.一种异步传输模式的信元复用方法，其特征在于，包括以下步骤一、根据缓存器组中的信元存储状态和当前的选中器件，循环查询对应的物理层器件；二、检测物理层器件返回的“信元可得到”信号，判断该物理层器件是否有待发的物理信元，如果有，则进行步骤三；如果无，则检测下一个物理层器件的“信元可得到”信号，重复步骤二；三、判断当前数据总线是否处于工作状态，如果是，则进行步骤四；如果不是，则进行步骤五；四、检测预选中状态是否有效，如果有效，则表示已有其他物理层器件被预选中，保持当前状态；如果无效，则预选中当前查询到的物理层器件；返回步骤三；五、检测预选中状态是否有效，如果有效，则选中已被预选中的物理层器件，并清除预选中状态；如果无效，则选中当前查询到的物理层器件；六、根据选中的物理层器件的地址将数据总线上的信元存储到缓存器组中，并根据缓存器的存储状态对不同的信元进行复用输出。
6.根据权利要求5所述的异步传输模式的信元复用方法，其特征在于，步骤一查询物理层器件还包括以下步骤首先，根据0地址物理层器件对应的缓存器的满标志位判断该缓存器的当前状态，如果满标志位为有效，则说明该缓存器处于满状态，对其对应的物理层器件不进行查询；如果满标志位为无效，则说明该缓存器处于非满状态，查询对应的物理层器件；然后，检测1地址物理层器件对应的缓存器的满标志位；依此检测，直到最后一个地址的物理层器件对应的缓存器；当一次查询轮回结束后，ATM层器件又从0地址开始查询。
全文摘要
本发明提供一种ATM信元复用电路，涉及ATM信元传输系统，以实现ATM层器件对物理层器件的信元复用，包括缓存器组、查询模块、信元存储控制模块、预选中模块、选中模块和信元复用输出模块，查询模块查询物理层器件，对应物理层器件反馈信号；预选中模块和选中模块判断是否对该物理层器件预选中或选中，信元传输控制模块对数据进行存储，信元复用输出模块对信元进行复用输出；本发明不仅满足UTOPIA协议的要求，而且对协议中没有规定的查询和选中操作进行了具体的实现，使所有物理层器件能在公平的条件下实现数据传输；增加的预选中模块可使ATM层器件查到有效物理层器件后对该器件进行数据传输的响应时间达到最短。
文档编号H04L12/28GK1464689SQ02112009
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月5日 优先权日2002年6月5日
发明者吴哲 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司