专利名称：10千兆位/秒接口上的多信道和流控制的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于在以太网物理媒体接口 (PHY)和媒体访问控 制器(MAC)之间提供接口的系统和方法。更具体地说，本发明涉及适应 (accommodate)具有比MAC更低的数据速率的PHY的接口 。
背景技术：
在计算机网络系统中，在处理物理层(其负责在网络上传送数据)的 芯片和利用在网络上传送的数据来执行逻辑运算的系统芯片之间一般有自 然的划分。以太网集线器、路由器和交换机包括多个端口，并且一般可被 称为多端口以太网设备。每个端口通常由系统芯片组成，其包括媒体访问 控制器("MAC")层和物理层或者说"PHY"。现代多端口以太网设备 通常将多个MAC集成到一个系统芯片(MAC芯片)中，而且将多个 PHY集成到另一个芯片(PHY芯片)中。每个芯片上需要一个接口，以 在MAC和PHY之间传送信号。
IEEE信息技术标准一系统之间的电信和信息交换一本地和城域网络一 具体要求，第三部分带有冲突检测的载波侦听多路访问(CDMA/CD) 的访问方法和物理层规范(正EE标准802.3 —2005)提供了针对包括 MAC和PHY之间的接口的以太局域网操作的标准。
IEEE标准802.3 —2005的第三部分第四节为10千兆位/秒(Gb/s) 基带网和10Gb/s能力的MAC到lOGb/s PHY的连接做准备。可以将10 Gb/s能力的MAC连接到10 Gb/s PHY的接口包括IO千兆位媒体独立接口 (XGMII) 、 IO千兆位连接单元接口 (XAUI) 、 IO千兆位十六位接口 (XSBI)，以及用于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速串行电 子接口 (XFI)。
图4是联系OSI参考模型的层次400来图示出根据IEEE标准802.3 —2005的MAC到PHY接口的框图。MAC 410是数据链路层402的一部 分。PHY 420是物理层404的一部分。MAC 410和PHY 420之间的接口 430也是物理层404的一部分。
各种10千兆位/秒接口可以用于MAC 410和PHY 420之间。例如， 10千兆位接口媒体独立接口 (XGMII)可被使用，其中每个六十四位块包 括连续两组具有相应4个控制位的三十二个数据位。三十二个数据位和4 个控制位通过4个通道来传送，其中每个通道承载八位位组(octet)的数 据和相关的控制位。为将在被连接的媒体上发送的数据提供4个通道。为 在被连接的媒体上接收的数据提供独立的4个通道。
可以在MAC 410和PHY 420之间使用的另一种接口是IO千兆位连接 单元接口 (XAUI)，其中每个六十四位块包括连续两组的四个8B/10B码 字、8位数据和2个控制位。可以在MAC410和PHY420之间使用的另一 种接口是用于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速串行电子接口 (XFI)，其中每个六十四位块包括一个64B/66B码字、64位数据和2个 控制位。
MAC 410和PHY 420之间的10 Gb/s通信被指定为以对应于标称10 Gb/s位速率的固定时钟频率工作。在MAC 410和PHY 420之间设有独立 的发送和接收数据路径。按照数据帧来传送数据，这些数据帧以前同步码 〈preamble〉和帧起始定界符〈sfd〉开始并且以帧结束定界符〈efd〉结束。每 个数据帧中的数据以64位码块传送。期间没有发生帧数据活动的帧间 〈nter-frame〉时段分开连续的数据帧。帧间时段的长度可以变化。
可以要求被连接到10 Gb/s能力的MAC的PHY支持10Gb/s的MAC 数据速率。例如在由IEEE标准802.3 —2005中针对XGMII的工作速率 的第46丄3节提供的机制中，可以要求被连接到提供低于10 Gb/s数据速 率的物理媒体的PHY使用帧间时段空闲控制符来补偿数据速率的差异。 PHY可以缓冲一整帧输入数据，以便以10 Gb/s的MAC数据速率向MAC 发送数据帧。PHY可以缓冲多于一整帧的输出数据，输出数据是以10 Gb/s的MAC数据速率从MAC接收到的。对于以太网系统，数据帧可以 是多达十六千字节的数据。因此被连接到提供低于10 Gb/s数据速率的物理媒体的PHY可能需要大量缓冲存储器。
综上，如果可以降低对被连接到提供低于10 Gb/S数据速率的物理媒
体的PHY的缓冲存储器要求，将会是有益的。
发明内容
发送器在MAC和PHY之间的第一 10千兆位/秒数据路径上将数据帧 作为预定大小的码块的不间断流来发送。如果数据不足，那么发送器在数 据帧中插入预定大小的第一空闲块。在一些实施例中，接收器在第二数据 路径上接收到第二空闲块，该第二空闲块包括对减慢第一数据路径上的传 输的请求。接收器响应于接收到第二空闲块而使发送器插入第三空闲块。
在一些实施例中，发送器还可以在帧间时段期间发送包括数据流的标 识符的流标识符和带宽系数。发送器可以随后发送从用于数据流的数据块 和空闲块中选择的一个码块，然后发送从用于其他数据流的数据块和空闲 块中选择的带宽系数数目的码块。这允许在单个数据路径上定义和交错多 个流。
将在本发明的以下说明书和以示例方式图示出本发明原理的附图中更 详细地给出本发明的这些和其他特征和优点。
在附图的示图中以示例而非限制的方式来图示了本发明，在附图中相 似的标号指示类似的元素，并且在附图中-图1是MAC到PHY的接口的框图。
图2是发送设备在MAC和PHY之间传送数据的方法的流程图。 图3是接收设备接收数据的方法的流程图。
图4是联系OSI参考模型的层次来图示出MAC到PHY的接口的框图。
具体实施例方式
现在将详细地参考本发明的各实施例。这些实施例的示例在附图中被图示出。虽然将结合这些实施例来描述本发明，但是将会明白其并非意图 将本发明限制于任何特定实施例。相反，这些实施例意图覆盖所附权利要 求书所限定的本发明的精神和范围内可以包括的替代、修改和等同物。在 以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解而阐明许多具体细节。在没有 这些特定细节的一些或者全部的情况下可以实现本发明。在其他实例中， 公知的处理操作未被详细描述，以避免不必要地模糊本发明。
图1是用于在媒体访问控制器(MAC) 100和物理层(PHY) 150之 间传送数据的设备110的框图。设备110包括发送器112，该发送器112 在MAC 100和PHY 150之间的第一 10千兆位/秒数据路径120上将数据帧 作为预定大小的码块的不间断流来发送。术语10千兆位/秒数据路径在这 里用来指遵循IEEE标准802.3tm—2005的数据路径。这种10千兆位/秒数 据路径120可以由10千兆位接口媒体独立接口 (XGMII) 、 IO千兆位连 接单元接口 (XAUI)、用于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速 串行电子接口 (XFI)以及遵循IEEE标准802.3 —2005的其他接口来提 供。
IEEE标准802.3 —2005要求数据接口以对应于标称10 Gb/s位速率 的固定时钟频率工作，其中具体时钟频率是如标准所提供的接口的函数。 另外，要求以不间断的码块流来传送数据。对于任何给定接口，码块具有 预定大小。例如，对于10千兆位接口媒体独立接口 (XGMII)，每个码 块包括连续两组具有相应控制的三十二个数据位。对于10千兆位连接单 元接口 (XAUI)，每个码块包括连续两组四个8B/10B码字。对于用于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速串行电子接口 (XFI)，每个码 块包括一个64B/66B码字。在所有情况下，码块包括可以表示IEEE标准 802.3tm—2005所规定的八个数据八位位组的64个数据位。码字还包括由 使用中的接口确定的控制位。
固定的时钟频率和不间断的码块传送是重要的，以使得能够以10Gb/s 位速率可靠地执行数据传送。如果数据不足则根据本发明的发送器112在 数据帧内插入具有与携带数据的码块相同预定大小的空闲块，而不是象为 了完全遵循IEEE标准802.3TM—2005所需要的那样在发送之前缓冲一完整数据帧。空闲块可以包括从未被IEEE标准802.3tm—2005定义并因而无效 的控制字符集中选择的字符。例如，空闲块可以具有如下形式
Sync Ob 10; Control type 0xle; 7 x Idle 0x00
即0x2—1E00—0000—0000—0000
空闲块在根据IEEE标准802.3tm—2005的正常数据流中是无效码字。 为了使由第一数据路径120提供的流看起来正常，由源设备110的发送器 112插入到数据帧中的空闲块必须被目的地设备160的接收器164去除。
将会认识到，MAC 100和PHY 150形成对称系统，其中PHY可以使 用与PHY用来发送数据的设备110类似的设备160。如果数据不足则 PHY 150中的设备160可以使用如上所述的相同机制在数据帧中插入空闲 块。这是有利的，如果PHY 150正从媒体172接收数据的话，所述媒体 172因为是旧有媒体或者因为可能由于媒体的缺陷而以低于预期速度的速 度工作而不以10Gb/s速率提供数据。
可以注意到，流经MAC 100和PHY 150的数据可以基于在被连接到 PHY的媒体上是被发送还是被接收而被描述为发送数据或接收数据。因 此，MAC IOO的发送器112发送由PHY 150的接收器164接收到的数据， 以在出站(outbound)媒体170上传输。入站(inbound)媒体提供由PHY 150的发送器162发送到MAC 100的接收器114的接收数据。
设备110还可以包括耦合116到发送器112并且耦合到MAC 100和 PHY 150之间的第二 10千兆位/秒数据路径122的接收器114。第二数据路 径122以与第一数据路径120相反的方向传送数据。
对于MAC 100，第一数据路径120携带去往出站媒体170的发送数据 并且第二数据路径122携带来自入站媒体172的接收数据。对于PHY 150，第一数据路径120携带来自入站媒体172的接收数据并且第二数据 路径122携带去往出站媒体170的发送数据。注意到，术语第一数据路径 和第二数据路径分别相对于正在描述的设备的发送器和接收器而被应用。 用于MAC 100上的设备110的第一数据路径120也是用于PHY 150上的 设备160的第二数据路径122。
设备110的接收器114可以接收第二数据路径122上的第二空闲块。
10第二空闲块可以包括对在第一数据路径120上减慢传输的请求。具有减慢
请求的空闲块可以包括从未被正EE标准802.3tm—2005定义并且因而无效
的控制字符集中选择的字符。例如，空闲块可以具有如下形式
Sync Ob 10; Control type 0x55; 7 x Idle 0x00 即0x2—5500—0000—0000—0000
如果接收器114在第二数据路径122上接收到具有减慢请求的空闲 块，那么接收器用信号通知同一设备110的发送器112在正在第一数据路 径120上传送的数据帧中插入空闲块。发送器112通过在数据帧中插入一 个或多个空闲块来响应信号116。由第一设备110的发送器112插入的空 闲块可以包括或者可以不包括对减慢正被第二设备160发送的数据的请 求。就是说，MAC和PHY都可以发送具有减慢请求的空闲并且独立地减 慢两个方向上的有效数据传输率。将会认识到，如果发送器112在接收到 请求减慢的信号116时不发送数据帧，那么其通过继续发送一般在IEEE 标准802.3tm—2005所要求的帧间时段期间发送的空闲块作为响应。
接收器112可以通过在数据帧中插入两个空闲块来响应信号116。因 此，当一个对减慢传输的请求被接收到时，两个空闲块被发送。这允许发 送设备160完全暂停向其接收器164发送数据，同时允许其发送器162每 隔一个码块地发送数据。
接收器被要求在其接收到对减慢传输的请求之后的预定时间段内对请 求插入空闲块的信号做出响应。预定时段可以是384位时间或者是利用 XGMII发送六个码块所需的时间。该预定时段确立要容纳在减慢请求被接 受之前接收到的字符所需的缓冲的大小。
由具有减慢请求的空闲块提供的功能可以被扩展，以对使用10 Gb/s 单数据路径的多个子速率流提供支持。特殊空闲块也可以包括流标识符和 带宽系数。流标识符可以是包含与数据流相关联的唯一数字的八位标识 符。流标识符可被限制在诸如1到127之类的值的范围内。带宽系数可以 是表示每个数据块的空闲块数的八位比率数。例如，在1: 10带宽系数 (1个数据块和9个空闲块)的情况下，具有对流1的减慢请求的空闲块 可以采用如下形式Sync Obl0; Control type 0x55; (ident); (ratio); OxE5; O-code = 0; O-code = 0; (ident); (ratio); OxD5 艮卩0x2—5501—09D5—0001—09E5
可以注意到，带宽系数0意味着单个流使用所有可用带宽来提供 10Gb/s流。对于单个流可以忽略该流标识符。因此具有减慢请求的空闲块 的示例是具有这里给出的减慢请求的空闲块的特殊例子。
根据本发明的具有流标识符和带宽系数的空闲块(此后称为流标识 块)是在帧间时段期间发送的。可以要求在每个帧间时段中发送至少一个 流标识块。可以要求在长帧间时段期间周期性地发送流标识块，例如每发 送128个空闲块就发送至少一次流标识块。
可以这样定义额外的流，使得它们在已被先前定义的流定义为用空闲 块来填充的时间处发送数据。当多个流被定义时，"空闲块"可以是另一 个流的数据块。
当可用带宽被流标识块划分为多个流时，每个流表示独立的数据传 输。每个流将具有不与其他流对齐的数据帧和帧间时段。
当多个流已被定义时，发送器112发送从由用于数据流的数据块和空 闲块组成的组中选择的一个码块。发送器然后发送从由用于其他数据流的 数据块和空闲块组成的组中选择的带宽系数数目的码块。将会认识到，如 果数据不足则在数据帧中插入空闲块和响应于包括减慢请求的空闲块的机 制可以与多个流一起使用。
图2是由发送器112在媒体访问控制器(MAC) 100和物理层 (PHY) 150之间发送数据的方法的流程图。可以通过发送前同步码和帧 起始定界符200来开始发送数据帧。数据作为MAC和PHY之间的第一 10 千兆位/秒数据路径上的预定大小的码块206的不间断流而被发送。如果数 据不足(202_ "否")，那么预定大小的第一空闲块被插入210在数据 帧中。
如果包括对减慢第一数据路径上的传输的请求的第二空闲块在MAC 和PHY之间的第二 10千兆位/秒数据路径上被接收到(204_ "是")， 那么响应于接收到第二空闲块，第三和第四空闲块被插入208在数据帧中，使得当一个对减慢传输的请求被接收到时，两个空闲块被发送。在接 收到对减慢传输的请求204之后的预定时段内发送这两个空闲块。
该方法可以通过在连续数据帧之间的帧间时段期间发送流标识块218 来在多个数据流之间共享数据接口。流标识块包括用于具有少于10千兆
位/秒的净数据速率的数据流的标识符和指示将在数据流的连续数据块之间 发送的码字的数目的带宽系数。
在用于流的MAC和PHY之间的数据帧中发送数据发生在由带宽系数 确定的选定码字220中。当流被指定为发送一个码字时(220 — "是")， 一个码块被从由用于数据流206的数据块和空闲块208、 210 组成的组中选择，以供发送。当流未被指定为发送码字(220_ "否") 时，从由用于其他数据流的数据块和空闲块组成的组中选择的带宽系数数 目的码字222被发送。用于其他数据流的数据块可被看作该流的空闲块。
图3是由接收设备160在MAC 100和PHY 150之间减慢数据传输的 方法的流程图，所述接收设备160接收来自通过图2所示方法发送数据的 发送设备110的发送器112的数据。接收设备160的接收器164接收块 300。如果接收到的块是空闲块G02— "是")，那么该块被丢弃304。 否则(302_ "否")，该块被接受为码块。
如果接收设备160确定需要减慢由发送器112进行的数据发送(306 _ "是")，那么接收设备160的发送器164在正被发送到发送设备110 的接收器114的数据流中插入308具有减慢请求的空闲块。如果不需要减 慢(306_ "否")或者在减慢请求被插入308之后，接收设备160继续 接收其他块300。
虽然己经描述并在附图中示出了某些示例性实施例，但是应当明白， 这种实施例仅仅描述本广阔发明并非对其进行限制，并且本发明不限于所 示出和描述的特定构造和布置，因为本领域普通技术人员可以想到各种其 他修改。
权利要求
1. 一种用于在媒体访问控制器(MAC)和物理层(PHY)之间传送数据的设备，该设备包括发送器，该发送器在所述MAC和所述PHY之间的第一10千兆位/秒数据路径上将数据帧作为预定大小的码块的不间断流来发送并且如果数据不足则将所述预定大小的第一空闲块插入在所述数据帧中。
2. 如权利要求1所述的设备，还包括接收器，该接收器耦合到所述 发送器并耦合到所述MAC和所述PHY之间的第二 10千兆位/秒数据路 径，所述第二数据路径以与所述第一数据路径相反的方向传输数据，所述 接收器用来在所述第二数据路径上接收第二空闲块，所述第二空闲块包括 对在所述第一数据路径上减慢传输的请求，并且所述接收器用来响应于接 收到所述第二空闲块而使所述发送器将第三空闲块插入在所述数据帧中。
3. 如权利要求2所述的设备，其中，如果所述对减慢传输的请求被 接收到，那么所述接收器使所述发送器将第四空闲块插入在所述数据帧 中，使得当一个对减慢传输的请求被接收到时两个空闲块被发送。
4. 如权利要求3所述的设备，其中，在所述接收器接收到所述对减 慢传输的请求之后的预定时间段内，所述发送器发送所述两个空闲块。
5. 如权利要求1所述的设备，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 IO千兆位连接单元接口 (XAUI)，并且每个码块包括连续两组四个 8B/10B码字。
6. 如权利要求1所述的设备，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 10千兆位接口媒体独立接口 (XGMII)，并且每个码块包括连续两组具有 相应控制的三十二个数据位。
7. 如权利要求l所述的设备，其中，所述10千兆位/秒数据路径是用 于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速串行电子接口 (XFI)，并 且每个码块包括一个64B/66B码字。
8. 如权利要求l所述的设备，其中，所述发送器还-在连续数据帧之间的帧间时段期间发送流标识块，该流标识块包括用于具有少于10千兆位/秒的净数据速率的数据流的标识符和指示将在用于 所述数据流的连续数据块之间发送的码块的数目的带宽系数；发送从由用于所述数据流的数据块和空闲块组成的组中选择的一个码块；以及发送从由用于其他数据流的数据块和空闲块组成的组中选择的所述带 宽系数数目的码块。
9. 一种在媒体访问控制器(MAC)和物理层(PHY)之间传送数据 的方法，该方法包括在所述MAC和所述PHY之间的第一 10千兆位/秒数据路径上将数据 帧作为预定大小的码块的不间断流来发送；以及如果数据不足，则将所述预定大小的第一空闲块插入在所述数据帧中。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括在所述MAC和所述PHY之间的第二 10千兆位/秒数据路径上接收第 二空闲块，所述第二数据路径以与所述第一数据路径相反的方向传输数 据，所述第二空闲块包括对在所述第一数据路径上减慢传输的请求；以及响应于接收到所述第二空闲块，将第三空闲块插入在所述数据帧中。
11. 如权利要求10所述的方法，还包括如果所述对减慢传输的请求 被接收到，则将第四空闲块插入在所述数据帧中，使得当一个对减慢传输 的请求被接收到时两个空闲块被发送。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，在接收到所述对减慢传输的 请求之后的预定时间段内，所述两个空闲块被发送。
13. 如权利要求9所述的方法，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 IO千兆位连接单元接口 (XAUI)，并且每个码块包括连续两组四个 8B/10B码字。
14. 如权利要求9所述的方法，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 10千兆位接口媒体独立接口 (XGMII)，并且每个码块包括连续两组具有 相应控制的三十二个数据位。
15. 如权利要求9所述的方法，其中，所述10千兆位/秒数据路径是用于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速串行电子接口 (XFI)， 并且每个码块包括一个64B/66B码字。
16. 如权利要求9所述的方法，还包括在连续数据帧之间的帧间时段期间发送流标识块，该流标识块包括用 于具有少于10千兆位/秒的净数据速率的数据流的标识符和指示将在用于 所述数据流的连续数据块之间发送的码块的数目的带宽系数；其中在所述MAC和所述PHY之间以所述数据帧发送数据包括发送从由用于所述数据流的数据块和空闲块组成的组中选择的一个码块；以及发送从由用于其他数据流的数据块和空闲块组成的组中选择的所 述带宽系数数目的码块。
17. —种用于在媒体访问控制器(MAC)和物理层(PHY)之间传送 数据的设备，该设备包括用于在所述MAC和所述PHY之间的第一 10千兆位/秒数据路径上将 数据帧作为预定大小的码块的不间断流来发送的装置；以及用于如果数据不足则将所述预定大小的第一空闲块插入在所述数据帧 中的装置。
18. 如权利要求17所述的设备，还包括用于在所述MAC和所述PHY之间的第二 10千兆位/秒数据路径上接 收第二空闲块的装置，所述第二数据路径以与所述第一数据路径相反的方 向传输数据，所述第二空闲块包括对在所述第一数据路径上减慢传输的请 求；以及用于响应于接收到所述第二空闲块而将第三空闲块插入在所述数据帧 中的装置。
19. 如权利要求17所述的设备，还包括用于在所述MAC和所述PHY之间的第二 10千兆位/秒数据路径上接 收第二空闲块的装置，所述第二数据路径以与所述第一数据路径相反的方 向传输数据，所述第二空闲块包括对在所述第一数据路径上减慢传输的请 求；以及用于响应于接收到所述第二空闲块而将第三空闲块和第四空闲块插入 在所述数据帧中的装置。
20. 如权利要求19所述的设备，其中，在接收到所述对减慢传输的 请求之后的预定时间段内，所述两个空闲块被发送。
21. 如权利要求17所述的设备，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 IO千兆位连接单元接口 (XAUI)，并且每个六十四位块包括连续两组四 个8B/10B码字。
22. 如权利要求17所述的设备，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 10千兆位接口媒体独立接口 (XGMII)，并且每个六十四位块包括连续两 组具有相应控制的三十二个数据位。
23. 如权利要求17所述的设备，其中，所述10千兆位/秒数据路径是 用于10 Gb/s小型可插拔收发(XFP)模块的高速串行电子接口 (XFI)， 并且每个六十四位块包括一个64B/66B码字。
24. 如权利要求17所述的设备，还包括用于在连续数据帧之间的帧间吋段期间发送流标识块的装置，所述流 标识块包括用于具有少于10千兆位/秒的净数据速率的数据流的标识符和 指示将在用于所述数据流的连续数据块之间发送的码块的数目的带宽系 数；其中用于在所述MAC和所述PHY之间以所述数据帧发送数据的装置 包括用于发送从由用于所述数据流的数据块和空闲块组成的组中选择 的一个码块的装置;以及用于发送从由用于其他数据流的数据块和空闲块组成的组中选择 的所述带宽系数数目的码块的装置。
全文摘要
一种发送器在MAC和PHY之间的第一10千兆位/秒数据路径上将数据帧作为预定大小的码块的不间断流来发送。如果数据不足则该发送器将预定大小的第一空闲块插入在数据帧中。接收器用来在第二数据路径上接收第二空闲块，该第二空闲块包括对在第一数据路径上减慢传输的请求。该接收器响应于接收到第二空闲块而使发送器插入第三空闲块。发送器还可以发送包括数据流的标识符的流标识符和带宽系数。发送器可以发送从用于数据流的数据块和空闲块中选择的一个码块，然后发送从用于其他数据流的数据块和空闲块中选择的带宽系数个码块。
文档编号H04L12/66GK101473617SQ200780023041
公开日2009年7月1日 申请日期2007年7月17日 优先权日2006年7月22日
发明者休·巴若斯 申请人:思科技术公司