专利名称：在多主总线atm信元交换中传送atm信元的方法
技术领域：
本发明涉及通信领域的ATM交换技术，特别是涉及多主总线方式的ATM信元交换技术。
ATM是异步转移模式(Asynchronous Transfer Mode)的简称。信元(Cell)，或称ATM信元，是一种固定长度的数据分组。一个ATM信元长53个字节(Byte)，前面5个字节称为信头(Header)，后面48个字节称作信息域(InformationField)。信头中是关于这个信元的路径信息和一些其他的控制信息，信息域中则是用户要经过电信网传送的信息。
多主总线方式的ATM交换属于ATM交换技术的一种，多主总线方式的总线仲裁属共享总线仲裁机制。各个接口模块挂接在总线上，当一个模块有信元要交换时，首先由该模块发出总线申请，由总线仲裁机制决定是否允许占用总线，若允许，该模块就将信元广播到总线上，总线上所有接口模块都检查总线上信元所携带的路由信息，发现目的地址包括本模块就将该信元从总线上拷贝下来，从而完成信元的交换。
现有技术中有一种由transwitch公司提出的CellBus总线结构，其为一种多主总线ATM交换方式。在总线上的设备中有一个设备必须配置有总线仲裁功能，其它设备向它发出申请，仲裁器根据一定的机制发出允许。同一时间只能有一个仲裁。在CellBus上的设备配置有地址字段(5bits)。该地址用来发出发送申请，以及用来鉴别CellBus上的信元。CellBus可以配置成16用户或32用户。如
图1所示，在16用户时，16个设备在每帧的第一个时钟发出发送申请；如图2所示，32用户时，同步信号每两帧才有一个，设备0～15在偶帧发出发送申请，而16～31设备在奇帧发出该申请。
图1示出了作为现有技术的CellBus的在16用户模式下的帧结构。如图1所示，CellBus的帧有申请、总线信元、允许三个部分。
在第0时钟周期(Cycle0)中，CellBus设备在总线上发出申请，可以称之为申请字。第1至第14时钟周期(Cycle1～14)，为信元部分。在第15时钟周期(Cycle15)，允许部分决定下一个帧由哪个设备发送数据，同时，还有一个由发送设备产生的奇偶字段。
在申请字段中，每个设备对应32位总线上的两位，其中一位用作优先权设置。
在信元总体中，包含ATM信元的52个字节，但把ATM信元中的HEC字段删除了。在接收端，再把信元输出到UTOPIA接口前产生HEC字段并插入。
对CellBus设备来说，输入的信元有广播，组广播，单地址。在开始接收信元前，接收器对路由头(routing header)的4比特的CEC-4字段进行校验，同时也对比特校验-8(BIP-8)字段进行检验。无论哪一个有问题，该信元被丢弃。
图2示出了作为现有技术的CellBus的在32个用户模式下的帧结构。在32用户的情况下，同步信号每两帧才有一个，设备0～15在偶帧发出发送申请，而16～31设备在奇帧发出申请。
综上，按照现有技术的CellBus传输方式，传送ATM信元的每一帧均包含一个申请字时钟周期，以供设备对下一帧的总线提出申请，并且每一帧还包含一个允许字时钟周期，以供仲裁器向设备发放下一帧的仲裁允许信息。由于每一帧都要拿出两个时钟周期分别用于申请字和允许字，这样就降低了总线传送ATM信元的效率。总线的位宽越宽，这种效率的降低就越明显。尤其在更高总线位宽的情况下，例如在总线位宽为128位的情况下，传送一个ATM信元的有效荷载只需要4个时钟周期，此时，如果在每一帧中再拿出两个时钟周期专门用于申请字和允许字的话，传输效率(即有效时钟占总时钟的比例)仅为4/6＝2/3，将极大的限制ATM信元的传送效率。
本发明的目的在于提出一种在多主总线ATM信元交换中传送ATM信元的方法，其可在多主总线ATM信元交换中实现高效率的ATM信元传送，并且能够更好地适应更高位宽的总线传输。
本发明的目的是这样实现的一种在多主总线ATM信元交换中传送ATM信元的方法，其特征在于，将传送ATM信元的帧分为初始帧和与之相应的不少于一个数据帧，对与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧的总线申请均设置在该初始帧的一个专用于申请的时钟周期中；并且将仲裁允许信息设置在该初始帧中，为与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧提供允许信息，或者将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息。
在将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息的情况下，所述的仲裁允许信息设置于一个长字的任意位置，该长字的其他位置用以填充数据。
在将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息的情况下，所述的仲裁允许信息设置于一个长字的任意位置，该长字的其他位置用以填充比特校验或者保留不用。
所述的专用于申请的时钟周期位于初始帧的帧头。
所述的各帧均用以传送一个ATM信元。
设置在初始帧中的仲裁允许信息，位于所述的专用于申请的时钟周期后的一个时钟周期中。
设置在初始帧中的仲裁允许信息，位于该初始帧的最后一个时钟周期中。
仲裁允许信息和比特校验可以合并放入一个时钟周期，也可以分别占用不同的时钟周期。
所述的总线位宽为(32+8×N)，其中N为自然数。
本发明的方法，将总线上挂接的设备对若干个帧(一个初始帧加不少于一个数据帧)的申请集中设置在一个初始帧中，免除了数据帧中的申请字时钟周期，从而可以高效率的实现ATM信元传送，并且总线位宽越宽，本发明越能够更好地适应，相较于现有技术其传输效率高的的优点越突出。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并结合附图，对本发明进一步详细说明。其中图1示出了作为现有技术的CellBus的在16用户模式下的帧结构；图2示出了作为现有技术的CellBus的在32用户模式下的帧结构；图3示出了依照本发明第一较佳实施例的“I+D”帧结构；图4示出了依照本发明第一较佳实施例的“I+2D”帧结构；图5示出了依照本发明第一较佳实施例的“I+3D”帧结构；图6示出了在本发明的第一较佳实施例中的总线接口示意图；图7示出了在本发明的第一较佳实施例中的总线接口信号时序图；图8示出了在本发明的第一较佳实施例中的总线帧同步信号位置示意图；图9示出了依照本发明第一较佳实施例的各种帧结构及其性能；图10示出了依照本发明第二较佳实施例的“I+D”帧结构；图11示出了依照本发明第二较佳实施例的“I+2D”帧结构；图12示出了依照本发明第二较佳实施例的“I+3D”帧结构；图13示出了依照本发明第二较佳实施例的分散仲裁允许字的结构示意；图14示出了依照本发明第二较佳实施例的各种帧结构及其性能。
由于作为现有技术的CellBus帧结构在要求带宽更宽、传输效率更高的应用中存在缺陷，我们提出了本发明的高效率传送ATM信元的方法。
考虑到增加总线位宽时，申请字字长增加可以允许更多的总线请求，这样就可以将多个申请集中在一个申请字中以提高数据位宽利用率。同时数据位宽增加导致在与CellBus仲裁灵敏度接近的条件下，允许发生多帧的传输(为提高传输效率计，两次申请间只传送数据帧)，本发明即基于这种考虑而设计，从而有效地改善了ATM信元的传输效率。
本发明的核心思想是将对若干个帧的申请集中设置在一个帧(在此称为初始帧或I帧)中，免除了其他帧(在此称为数据帧或D帧)中的申请字时钟周期，从而达到对ATM信元的高效率交换。至于仲裁允许信息，则可以集中设置在初始帧中，为与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧提供允许信息，也可以将仲裁允许信息分散设置在初始帧和数据帧的各帧中，仅为该帧的下一帧提供允许信息。当然无需更多说明的是，在时序上仲裁允许信息应当位于申请字之后，先申请然后才有仲裁。
图3示出了依照本发明第一较佳实施例的“I+D”帧结构，图4示出了依照本发明第一较佳实施例的“I+2D”帧结构，图5示出了依照本发明第一较佳实施例的“I+3D”帧结构。如图1、图2、图3所示，其中申请字位于帧头，是专用于设备提出总线申请的时钟周期，其只存在于初始帧中。允许字为专用于发布仲裁结果的时钟周期，其位于初始帧的帧尾，在本实施例中，初始帧中的一个允许字包含若干个帧的允许信息，这若干个帧是指相应于本初始帧的数据帧以及下一个初始帧。当然，也可以将比特校验(BIT INTERLEAVE PARITY，简称BIP)和仲裁允许合并占用该专用于允许字的帧尾时钟周期中。BIP也可以与仲裁允许占用不同的时钟周期。
总线的位宽可以根据(32+8×N)确定，其中N为自然数。根据总线的不同位宽以及需要挂接的设备数量，采用不同数目的数据帧。一般来讲，总线的位宽越宽、需要挂接的设备越少，初始帧后可以采用的数据帧就越多。
图6示出了在本发明的第一较佳实施例中的总线接口示意图。在本实施例中，接口逻辑使用“GTL+”标准接口。BTL(Backplane Transceiver Logic)/GTL+(Gunning Transceiver Logic)标准，是为克服TTL/CMOS信号在高速背板中传输时存在的反射和噪声问题而提出的，BTL/GTL输出电容最大5pf，比TTL/CMOS的典型值8～15pf为小，可以克服高频环境下背板信号的反射和噪声引入的信号畸变的问题，属于低信号摆动(Low-signal-swing)逻辑。
本发明的方法与Cell Bus一样，都适用于多主总线方式，总线仲裁属共享总线仲裁机制。各个接口模块挂接在总线上，当一个模块有信元要交换时，首先由该模块发出总线请求，由总线仲裁机制决定是否允许占用总线，若允许，该模块就将信元广播到总线上，总线上所有接口模块都检查总线上信元所携带的路由信息，发现目的地址包括本模块就将该信元从总线上拷贝下来，从而完成信元的交换。
与Cell Bus总线类似，根据本实施例设计的总线包括DATA信号(其传送方式采用了本发明)，还包括(但不限于)总线读时钟、总线写时钟、总线帧同步、总线确认和总线拥塞指示等控制信号。下面对接口时序约束条件进行说明。
图7示出了在本发明的第一较佳实施例中的总线接口信号时序图。如图7所示，图中BRC(总线读时钟)和BWC(总线写时钟)为接口输入时钟，tSU为BRC有效跳变沿(下降沿采样有效)前的输入数据建立时间，最小2.5ns；tH为BRC有效跳变沿(下降沿采样有效)后的输入数据保持时间，最小为2.5ns；tD为BWC有效跳变沿(下降沿采样有效)后的输出数据延时，最小5ns。
图8示出了在本发明的第一较佳实施例中的总线帧同步信号位置示意图。如图8所示，BF(总线帧同步)信号仅在I帧(初始帧)启始发生，作为特例，Cell Bus可以看作只有I帧，因此会有16用户和32用户的时序差异。适应本发明方法而较佳设计的总线，则可以很好地克服该时序差异。即使采用类似的2bit表示申请，在申请字中也可以容许更多的用户提出申请，特别是当数据位宽达到64位以上时，可以在一个申请字内容纳32以上用户的申请，突破了原CellBus的限制。
图9示出了依照本发明第一较佳实施例的各种帧结构及其性能。其中传输效率为有效时钟占总时钟的比例；包传输率为单位周期内传输数据包数目；仲裁灵敏度相当于两次总线仲裁间隔时钟周期数目。其中的总线位宽根据(32+8×N)确定，N为自然数。
在上述帧结构中，由源端提供的BIP和仲裁器发送的允许字既可以合并放入一个周期，也可以分别占用不同的总线周期。图9中加阴影部分表示在效率相同的条件下，可以利用更少的数据位宽实现。
作为特例，CellBus可以看作在32位总线下只有I帧的情况，即N＝0的情况，如图9所示，传输一个完整的帧需要16个时钟周期，其中有效数据占用14个时钟周期，传输效率(即有效时钟占总时钟的比例)为14/16＝7/8；包传输率(相当于单位周期内传输数据包数目)为1/16；仲裁灵敏度(相当于两次总线仲裁间隔时钟周期数目)为16。其主要指标均低于采用本发明方法的帧结构。
图10示出了依照本发明第二较佳实施例的“I+D”帧结构，图11示出了依照本发明第二较佳实施例的“I+2D”帧结构，图12示出了依照本发明第二较佳实施例的“I+3D”帧结构。如图10、11、12所示，依照本发明的第二较佳实施例，将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息，并且该仲裁允许信息设置于一个长字的任意位置，该长字的其他位置用以填充数据。
由于传送ATM信元的数据字(有效荷载时钟周期)中包含的字节，往往大于ATM信元所需，因此在数据字中总会有一些空闲的字节。而对一帧的一个仲裁允许信息只需要占用一个字节(Byte)，因此就可以将该字节插入有效载荷时钟周期的适当位置。从而进一步省略专用于允许的时钟周期。该仲裁允许信息可安排在帧结构任何适当的长字中，既可以在长字的头部，也可以是尾部或中间位置。其中一种可行的方案是将允许字安排在长字尾部，如图13所示。其结构特点是只做下一帧(无论是I帧还是D帧)的仲裁允许，将其放置在一个长字中的任意位置(其余可以放数据、可以保留不用、也可以是BIP等)。就该长字在整个帧中的位置而言，不一定要在帧尾，只需安排在申请字后面使得仲裁机制产生仲裁结果即可。图13中允许字节中各比特位的定义(如空位、GPR、GEN、GTN)可以与现有技术中CellBus对允许字的定义相同。
在本实施例中，由源端提供的BIP和仲裁器发送的允许字既可以放入一个周期，也可以分别占用不同的总线周期。
图14示出了依照本发明第二较佳实施例的各种帧结构及其性能。图中加阴影部分表示在效率相同的条件下，可以利用更少的数据位宽实现。
本发明的方法，可以高效率的实现ATM信元传送，并且总线位宽越宽，本发明越能够更好地适应，相较于现有技术其传输效率高的的优点越突出，其可以非常好的适应宽带ATM交换的要求，取得了本领域的普通技术人员意想不到的结果。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种在多主总线ATM信元交换中传送ATM信元的方法，其特征在于，将传送ATM信元的帧分为初始帧和与之相应的不少于一个数据帧，对与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧的总线申请均设置在该初始帧的一个专用于申请的时钟周期中；并且将仲裁允许信息设置在该初始帧中，为与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧提供允许信息，或者将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息。
2.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，在将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息的情况下，所述的仲裁允许信息设置于一个长字的任意位置，该长字的其他位置用以填充数据。
3.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，在将仲裁允许信息分散设置在各帧中，仅为其下一帧提供允许信息的情况下，所述的仲裁允许信息设置于一个长字的任意位置，该长字的其他位置用以填充比特校验或者保留不用。
4.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，所述的专用于申请的时钟周期位于初始帧的帧头。
5.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，所述的各帧均用以传送一个ATM信元。
6.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，设置在初始帧中的仲裁允许信息，位于所述的专用于申请的时钟周期后的一个时钟周期中。
7.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，设置在初始帧中的仲裁允许信息，位于该初始帧的最后一个时钟周期中。
8.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，仲裁允许信息和比特校验可以合并放入一个时钟周期，也可以分别占用不同的时钟周期。
9.如权利要求1所述的传送ATM信元的方法，其特征在于，所述的总线位宽为(32+8×N)，其中N为自然数。
全文摘要
一种在多主总线ATM信元交换中传送ATM信元的方法,将传送ATM信元的帧分为初始帧和与之相应的不少于一个数据帧,对与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧的总线申请均设置在该初始帧的一个专用于申请的时钟周期中;并且将仲裁允许信息设置在该初始帧中,为与该初始帧相应的数据帧和下一个初始帧提供允许信息,或者将仲裁允许信息分散设置在各帧中,仅为其下一帧提供允许信息。
文档编号H04Q3/00GK1351437SQ00130399
公开日2002年5月29日 申请日期2000年10月31日 优先权日2000年10月31日
发明者李振亚, 张明, 项能武, 谢寿波 申请人:华为技术有限公司