CN100414903C - 优化网络控制器设计的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种家用电话线网络上所使用的优化网络控制器(100)设计的方法和系统。更确切地说，本发明的实施例提出用于在家用电话线网络上对计算机进行联网的系统。该系统包含有第一控制器(100)，该控制器具有配置以耦合至电话线的物理层(110)，及配置以耦合至物理层(110)的介质访问控制(108)。该介质访问控制(108)是通过分隔而与PHY(110)分离。此分隔可使MAC(108)作为与PHY(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改MAC(108)而不需变动PHY(110)。

Description

优化网络控制器设计的方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机网络，特别是涉及在家用电话线网络上使用的优化网络控制器设计的方法和系统。
背景技术
家用网络变得越来越普遍也越值得用于连接家庭内的计算机。家用网络的一种形式为家用电话线网络，其利用居家内现有的电话线连接计算机。家用电话线联网组织(Home Phone Line NetworkingAlliance，HPNA)已经公布将家用电话线网络行为标准化的规范。在这种家用电话线网络中，电话线可用于在计算机间传送数字数据包。
在这种网络中，HPNA控制器经由电话线通过电话插座接收包含有数据包的信号。然后HPNA控制器处理此数据包。HPNA控制器包含有物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)。PHY在电话线上传送各种形式的数据帧，如一般数据帧。
虽然在本文中所提出的发明是描述与HPNA标准兼容的网络，但是本发明也可应用于其它的标准。
设计HPNA控制器的一个问题是当计算机网络协议改变或新标准提出时，则必须更新HPNA控制器。举例而言，家用电话线网络必须与目前版本的HPNA规范兼容。假如在设计过程中需要更新，则HPNA控制器必须重新设计。因此，更新可能费时且费成本。
因此，需要一种用于优化网络控制器设计的方法和系统。此方法和系统应该能够方便对网络控制器的结构进行修改。本发明可满足此需求。
发明内容
本发明通过优化网络控制器设计的方法及系统而达到上述及其它需求。更确切地说，本发明的实施例提供在家用电话线网络上将计算机联网的系统。此系统包含具有配置以连接到电话线的物理层(PHY)的第一控制器，及配置以连接到物理层的介质访问控制(MAC)。MAC是利用分隔(partition)而与PHY分开。分隔使得MAC可作为与PHY分离的分隔电路以便在设计过程中及之后在PHY保持不变动的情况下修改MAC。
本发明提供一种网络控制器(100)，其包含：物理层(110)，配置以耦合至电话线；以及介质访问控制(108)，配置以耦合至该物理层(110)，其中该介质访问控制(108)通过分隔而与该物理层(110)分离，并包含接收数据路径模块(202)、耦合至该接收数据路径模块(202)的传送数据路径模块(204)、耦合至该传送数据路径模块(204)的分布式公平优先队列电路(206)、耦合至该传送数据路径模块(204)的二进制指数补偿电路(208)、耦合至该接收数据路径模块(202)与该传送数据路径模块(204)的链路集成电路(210)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该链路集成电路(210)的网络状态电路(212)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该网络状态电路(212)的需求率控制帧模块(214)、以及耦合至该传送数据路径模块(204)与该分布式公平优先队列电路(206)的多个寄存器和信息管理库计数器(216)，其中此分隔可使该介质访问控制(108)作为与该物理层(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改该介质访问控制(108)时不需变动物理层(110)。
本发明还提供一种用于在家用电话线网络上进行计算机网络连接的系统，该系统包含：第一控制器(100)，其包含：物理层(110)，其配置以耦合至电话线；以及介质访问控制(108)，其配置以耦合至该物理层(110)，其中该介质访问控制(108)通过分隔而与该物理层(110)分离，并包含接收数据路径模块(202)、耦合至该接收数据路径模块(202)的传送数据路径模块(204)、耦合至该传送数据路径模块(204)的分布式公平优先队列电路(206)、耦合至该传送数据路径模块(204)的二进制指数补偿电路(208)、耦合至该接收数据路径模块(202)与该传送数据路径模块(204)的链路集成电路(210)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该链路集成电路(210)的网络状态电路(212)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该网络状态电路(212)的需求率控制帧模块(214)、以及耦合至该传送数据路径模块(204)与该分布式公平优先队列电路(206)的多个寄存器和信息管理库计数器(216)，其中此分隔可使该介质访问控制(108)作为与该物理层(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改该介质访问控制(108)时不需变动物理层(110)；以及第二控制器(114)，其配置以耦合至该第一控制器(100)；其中该第一控制器(100)为网络控制器，且该第二控制器(114)为以太网控制器。
本发明还提供一种用于优化网络控制器(100)设计的方法，该网络控制器(100)包含物理层(110)和介质访问控制(108)，该物理层(110)配置以耦合至电话线，此介质访问控制(108)配置以耦合至该物理层(110)，并包含接收数据路径模块(202)、耦合至该接收数据路径模块(202)的传送数据路径模块(204)、耦合至该传送数据路径模块(204)的分布式公平优先队列电路(206)、耦合至该传送数据路径模块(204)的二进制指数补偿电路(208)、耦合至该接收数据路径模块(202)与该传送数据路径模块(204)的链路集成电路(210)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该链路集成电路(210)的网络状态电路(212)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该网络状态电路(212)的需求率控制帧模块(214)、以及多个耦合至该传送数据路径模块(204)与该分布式公平优先队列电路(206)的寄存器和信息管理库计数器(216)，该方法包含下列步骤：通过分隔而使该介质访问控制(108)与该物理层(110)分离，其中此分隔可使该介质访问控制(108)作为与该物理层(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改该介质访问控制(108)时不需变动物理层(110)。
根据在此提出的方法与系统，本发明的实施例可方便地修改网络控制器的结构。因此可优化设计程序。
附图说明
图1为根据本发明的家用电话线网络站点的方框图；
图2为根据本发明的MAC和PHY的方框图；
图3为根据本发明的ISIS PHY接口的输入/输出引脚说明表；和
图4为根据本发明的用于HPNA控制器的MAC的方框图。
具体实施方式
本发明涉及计算机网络，特别是涉及在家用电话线网络上使用的优化网络控制器设计的方法和系统。下列的说明使得本领域技术人员能够制作和使用本发明且在文中提出专利应用及其要求。优选实施例的各种修正及在此所描述的一般性原则和特性对本领域技术人员而言将是显而易见。因此，本发明并不仅限于所显示的实施例而是所有能够与在此所描述原则和特性一致的最大目的兼容的实施例。
一般而言，本发明的实施例通过将MAC电路和PHY电路分开以在设计过程中及之后方便地修改控制器电路。通过将MAC电路和PHY电路分隔，可利用如FPGA等可编程器件实现MAC电路。因此，可在不需变动PHY电路的情况下通过修改MAC电路而对控制器电路进行调试和更新。这可节省成本和时间。图1为本发明的一具体实施例。
图1为根据本发明的家用电话线网络站点50的方框图。网络允许多台计算机通过已经安装在居家内的现有电话线进行通讯。网络站点50包含网络控制器100。在优选实施例中，该网络控制器为家用电话线联网组织(HPNA)控制器100。注意本发明并不是仅限于网络或HPNA控制器，也可应用在其它控制器中而不脱离本发明的精神和保护范围。
网络控制器100包含媒体独立接口(MII)106、介质访问控制(MAC)108及物理层(PHY)110。网络站点还包含电话插座102、模拟前端(AFE)104、主机112及以太网络控制器114。在此特定实施例中，以太网络控制器114是以太网络MAC控制器，在另一个特定实施例中，该以太网络控制器114使用媒体独立接口。
根据本发明，在MAC和PHY之间具有分隔。信息跨过分隔在MAC和PHY之间来回流动。该分隔可使MAC作为与PHY分离的独立电路来实现，这使得在设计过程中及之后修改MAC时，不需同时变动PHY。
在操作中，网络控制器100通过连接至电话插座102的电话线(未显示)接收包含数据包的信号。AFE 104处理在网络控制器100和电话线之间的信号。网络控制器100处理从AFE 104接收的信号中所包含的数据包，并将信号输出到以太网络控制器114。在此特定实施例中，网络站点50可与目前版本(例如，HPNA2.0版)兼容。因此，网络控制器100可使用目前的HPNA规范。网络控制器也可以根据特定应用而使用其它的规范标准。
以太网络控制器114可将来自主机112内的HPNA软件的普通数据帧通过MAC 108和PHY 110传送到电话线。PHY 110包含用于将帧传送到电话线上的传送FIFO(未显示)。根据HPNA规范的其中一个版本，在各普通数据帧之前，通过以太网络控制器114将帧控制帧(FCF)传送到网络控制器100。FCF包含MAC 108所需信息，如目前网络站点所使用的数据率。FCF并没有传送到PHY 110或电话线。
除了从以太网络控制器114传送的普通数据帧，HPNA MAC 108还通过PHY 110向电话线传送两种其它形式的帧：链路集成控制帧(LICF)和需求率控制帧(RRCF)。LICF包含有关网络实际情况的信息。RRCF包含要求执行数据率协商(rate negotiation)功能的信息，亦即决定家用电话线网络上不同网络站点间通讯所需的数据率。
图2为根据本发明的MAC 120和PHY 122的方框图。MAC 120和PHY 122可用于实现图1的网络控制器100。再次参考图2，图中还显示接口124。在此特定实施例中，该接口为ISIS PHY接口。MAC 120是通过现场可编程门阵列(FPGA)而实现。注意MAC 120并不是仅局限于以FPGA实现，其也可通过如可编程逻辑装置等其它可编程器件实现。MAC 120的可编程性是有益的，因为在控制器开发期间需要修改MAC以便与目前的协议或标准兼容。同时，在控制器开发期间可轻易为MAC调试。
MAC 120与PHY 122分隔。此分隔可使MAC 120作为与PHY 122分离的独立电路来实现，这使得在不需变动PHY 122的情况下而在设计过程中及之后修改MAC 120。举例而言，MAC 120可用FPGA或诸如可编程逻辑器件等其它类型的可编程器件实现，且PHY 122可用专用集成电路(ASIC)实现。因此，假如MAC 120需要修改，则仅MAC 120需要修改。PHY 122则不需变动。
通常用ASIC设计PHY 122，因为其功能复杂。举例而言，PHY 122可具有模数(A/D)转换器功能、诸如数字信号处理器(DSP)功能的信号处理功能、或其它功能。由PHY 122所执行的功能通常为标准功能。因此，控制器的PHY部分的设计并不需要随着每次通讯协议或标准改变而修改。
因此，当通讯协议改变且标准逐步形成时，仅控制器的MAC部分需要更新。这在控制器的开发期间可节省不少的成本和时间。
图3为根据本发明的ISIS PHY接口的I/O引脚说明表。此I/O引脚的说明可用于实现图2的接口124。再次参考图3，PRXD[3:0]信号包含PHY至MAC RX的路径数据。PRX_DV#信号包含有关PHY至MAC RX的路径数据的有效性信息。
图4为根据本发明的控制器的MAC 140的方框图。MAC 140可用于实现图1的MAC 108或图2的MAC 122。再次参考图4，MAC 140包含接收数据路径202、传送数据路径204、分布式公平优先队列(DFPQ，distributed fair priority queuing)电路206、二进制指数补偿电路(BEB，binary exponential back-off circuit)208、链路集成电路210、网络状态电路212、需求率控制帧(RRCF)214、及多个寄存器和信息管理库(MIB)计数器216。
接收数据路径202从PHY(未显示)接收数据包，并将此数据包传送到MII106(在图1中介绍过)。在一个优选实施例中，接收数据路径202传送各数据包之后，会紧接着传送简称为“帧状态帧”的另一个数据包。该帧状态帧包含后续处理所需的特定状态信息。
根据在此所提出的方法和系统，本发明具有多个优点。举例而言，其使得可方便地修改网络控制器的结构。
本发明的具体实施例使得可在不变动电路其它部分的情况下修改该结构的特定部分。
虽然已经根据所显示实施例而说明本发明，但是任何本领域技术人员应该清楚，这些实施例可做多种改变且这些改变在本发明的精神和范围之中。因此，本领域技术人员可进行各种修改而不会偏离所附权利要求书的精神和范围。
工业上的应用
本发明提供一种优化网络控制器设计的方法和系统，其便于修改网络控制器的结构，从而节省网络更新的时间和金钱。

Claims (9)

1. 一种网络控制器(100)，其包含：
物理层(110)，配置以耦合至电话线；以及
介质访问控制(108)，配置以耦合至该物理层(110)，其中该介质访问控制(108)通过分隔而与该物理层(110)分离，并包含接收数据路径模块(202)、耦合至该接收数据路径模块(202)的传送数据路径模块(204)、耦合至该传送数据路径模块(204)的分布式公平优先队列电路(206)、耦合至该传送数据路径模块(204)的二进制指数补偿电路(208)、耦合至该接收数据路径模块(202)与该传送数据路径模块(204)的链路集成电路(210)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该链路集成电路(210)的网络状态电路(212)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该网络状态电路(212)的需求率控制帧模块(214)、以及耦合至该传送数据路径模块(204)与该分布式公平优先队列电路(206)的多个寄存器和信息管理库计数器(216)，其中此分隔可使该介质访问控制(108)作为与该物理层(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改该介质访问控制(108)时不需变动物理层(110)。
2. 一种用于在家用电话线网络上进行计算机网络连接的系统，该系统包含：
第一控制器(100)，其包含：
物理层(110)，其配置以耦合至电话线；以及
介质访问控制(108)，其配置以耦合至该物理层(110)，其中该介质访问控制(108)通过分隔而与该物理层(110)分离，并包含接收数据路径模块(202)、耦合至该接收数据路径模块(202)的传送数据路径模块(204)、耦合至该传送数据路径模块(204)的分布式公平优先队列电路(206)、耦合至该传送数据路径模块(204)的二进制指数补偿电路(208)、耦合至该接收数据路径模块(202)与该传送数据路径模块(204)的链路集成电路(210)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该链路集成电路(210)的网络状态电路(212)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该网络状态电路(212)的需求率控制帧模块(214)、以及耦合至该传送数据路径模块(204)与该分布式公平优先队列电路(206)的多个寄存器和信息管理库计数器(216)，其中此分隔可使该介质访问控制(108)作为与该物理层(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改该介质访问控制(108)时不需变动物理层(110)；以及
第二控制器(114)，其配置以耦合至该第一控制器(100)；
其中该第一控制器(100)为网络控制器，且该第二控制器(114)为以太网控制器。
3. 一种用于优化网络控制器(100)设计的方法，该网络控制器(100)包含物理层(110)和介质访问控制(108)，该物理层(110)配置以耦合至电话线，此介质访问控制(108)配置以耦合至该物理层(110)，并包含接收数据路径模块(202)、耦合至该接收数据路径模块(202)的传送数据路径模块(204)、耦合至该传送数据路径模块(204)的分布式公平优先队列电路(206)、耦合至该传送数据路径模块(204)的二进制指数补偿电路(208)、耦合至该接收数据路径模块(202)与该传送数据路径模块(204)的链路集成电路(210)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该链路集成电路(210)的网络状态电路(212)、耦合至该传送数据路径模块(204)与该网络状态电路(212)的需求率控制帧模块(214)、以及耦合至该传送数据路径模块(204)与该分布式公平优先队列电路(206)的多个寄存器和信息管理库计数器(216)，该方法包含下列步骤：
通过分隔而使该介质访问控制(108)与该物理层(110)分离，其中此分隔可使该介质访问控制(108)作为与该物理层(110)分离的独立电路来实现，可使得在设计过程中及之后修改该介质访问控制(108)时不需变动物理层(110)。
4. 如权利要求1、2或3所述的网络控制器、系统或方法，其中该物理层(110)为专用集成电路。
5. 如权利要求1、2或3所述的网络控制器、系统或方法，其中该物理层(110)为信号处理器。
6. 如权利要求1、2或3所述的网络控制器、系统或方法，其中该物理层(110)为数字信号处理器。
7. 如权利要求1、2或3所述的网络控制器、系统或方法，其中该介质访问控制(108)为可编程器件。
8. 如权利要求1、2或3所述的网络控制器、系统或方法，其中该介质访问控制(108)为可编程逻辑器件。
9. 如权利要求2所述的系统，其中该第一控制器(100)为家用电话线联网组织控制器。
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