CN101039148B - 一种光模块及其支持ge光口和fe光口的方法、网络设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光模块及其支持GE光口和FE光口的方法，一种光模块，包括串行化/解串行化Serdes接口，所述的光模块还包括内置的物理层器件PHY，所述PHY提供串行吉比特介质无关接口SGMII传输交换芯片与光模块之间的信号，支持快速以太网FE光口或者吉比特以太网GE光口。本发明提供的技术方案使得光模块可以根据需要外出GE光口或者FE光口，在现有开发单板的基础上兼容新功能，外出FE光口，避免了频繁改板，减少同功能单板的种类，同时做到了GE接口成本最优。
Description
技术领域
本发明属于以太网技术领域，尤其涉及以太网中传输接口技术。
背景技术
以太网属于计算机局域网的类型之一，它主要是由若干个站点(网络节点)和将其连接到网上的设备以及传输站点间信息的各种传输介质组成。以太网作为一种局域网基本介质(媒体)接入技术，由于其高度灵活性和实现的简单性，近年来得到迅猛的发展。
有线以太网的标准发展至今，速率从10Mbit/s升至10Gbit/s，所制定的标准在兼容性方面已达到即插即用的水平，从而使其成为可普遍采用的网络技术。有线以太网可通过支持软件利用“自动协商”功能实现不同工作模式(半双工、全双工)、不同工作速率(10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s或10Gbit/s)和不同传输介质(双绞线对、同轴电缆、多模光缆与单模光缆)之间的转换。
目前已经可以采用“自动协商”技术在网络中实现运行10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s其中的一种速率，未来还可能支持更高速率的自动协商技术，而几乎不需要更改其硬件设备，这是PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字体系)、SDH/SONET(Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous OpticalNetwork，同步数字体系/同步光纤网)、ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)技术无法比拟的。
介质接入控制器(MAC，Media Access Controller)是以太网与节点之间关键接口，用于实现相关局域网介质接入规则的功能。在有线以太网中，主要用于实现CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波侦听 多路访问/碰撞(冲突)检测)规则(IEEE802.3)。从上层来的接收数据帧经MAC控制被送到物理层器件(PHY，Physical Layer Interface Device)，由此帧被转换成包，然后将其发送到网上；反之，从网上介质来的包信息经PHY变换成帧后，再经MAC控制送入上层处理帧相适应的软件。
物理层器件的功能是为数据链路层提供物理连接所需的机械、电气、光电转换功能和规程手段，主要包括建立、维护和拆除物理电路，从而利用物理层器件实现各节点(站点)设备之间通过物理传输介质的实际互连，实现物理电路层比特流的透明传输。PHY的主要功能就是使MAC层与局域以太网使用的介质无关，从而使上层的数据和协议与网络使用的介质无直接关系。
以太网物理层的结构通常包括物理编码子层(PCS)、物理介质连接(PMA)子层、物理介质相关(PMD)子层和自动协商(AUTONEG)功能，以及物理介质无关接口(MII)、物理介质相关接口(MDI)两个接口。其物理介质无关接口(MII)上层是逻辑数据链路层(DLL)，而物理介质相关接口(MDI)直接与相关传输介质相连。PCS子层位于协调子层(通过GMII)和物理介质接入层(PMA)子层之间。PCS子层完成将经过完善定义的以太网MAC功能映射到现存的编码和物理层信号系统的功能上去。PMA子层提供了PCS和PMD层之间的串行化服务接口，另外PMA子层还从接收位流中分离出用于对接收到的数据进行正确的符号对齐(定界)的符号定时时钟。PMD是物理层的最低子层，负责从介质上发送和接收信号，PMD子层的功能是支持在PMA子层和介质之间交换串行化的符号代码位，PMD子层将这些电信号转换成适合于在某种特定介质上传输的形式。
对千兆以太网而言，目前主流交换芯片的MAC层和PHY层之间一般采用Serdes(Serializer/Deserializer Circuit，串行化/解串行化电路)接口或者和SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface，串行吉比特介质无关接口)进行交互。
如图1所示，在SGMII模式，数据的传送和接收都是经过1.25G的LVDS (Low Voltage Differential Signal，低压差分信号)差分线传输，所有数据和时钟均采用差分信号，因为一般的MAC和PHY芯片都带时钟或者可以通过数据恢复时钟，所以可以不需要单独的时钟信号，最少只需收发各一对差分信号即可，SGMII接口采用625MHZ时钟，该模式支持10/100/1000Mbps的速率。
Serdes接口最初广泛用于光纤通道标准，后来逐渐用于吉比特以太网标准。在SerDes模式下，只支持1000BASE-X(关于使用光纤或特制屏蔽铜线的一个1000Mbps LAN的IEEE802.3物理层规定)的操作，交换芯片的MAC层与1000BASE-X的光模块连接的示意图如图2所示。
以太网使用的传输介质(Transmission Media)分为两大类，即电缆传输介质和光缆传输介质。电缆传输介质主要分为双绞线对电缆(Twisted PairCable)和同轴电缆(Coaxial Cable)两大类。光缆(Fiber Optic Cable)按其光纤单元内装入的光纤光学特性可简单地分为多模光缆和单模光缆，光缆对应的光纤也分为为多模光纤和单模光纤。光模块主要是完成光信号和电信号的互相转换。目前市场上的光模块已经有支持100M/1G/10G等各种速率的型号。SFP(Small Form Factor Pluggable Module，小型化可插拔模块)光模块如图3所示。
目前最常用的一些SFP光模块一般单独支持GE(Gigabit Ethernet，吉比特以太网)光口，提供Serdes接口，外接单模光纤或者多模光纤，这类SFP光模块都满足MSA(Multi-Sourcing Agreement，多资源协议标准)。
如果需要出FE(Fast Ethernet，快速以太网)光口，则选用上面的光模块时，需要在单板上另加PHY芯片，PHY芯片与MAC层的SGMII接口速率自适应调整为100Mbps，然后转化为FE速率的Serdes再通过光模块外出。但是，如果MAC层芯片只提供Serdes接口而没有SGMII接口，那么就只能出GE光口而不能出FE光口。
现有技术中已经存在一种GE/FE光口速率自适应的光模块，可以支持125M-1.25Gbps，内置控制电路可调激光器的参数从而自适应传输速率。该系列的光模块满足MSA协议标准，支持SGMII接口，可以与MAC层交换芯片直连，内置PHY芯片，外接单模光纤或者多模光纤。但这种GE/FE光口速率自适应的光模决，目前只支持SGMII接口与MAC层交换芯片互连，不支持Serdes接口。如果MAC交换芯片只提供Serdes接口，则光模块只能出GE光口不能出FE光口，而且价钱相对要贵。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光模块及其支持GE光口和FE光口的方法、网络设备，旨在解决现有技术中存在的光模块不能同时支持Serdes接口和SGMII接口的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种光模块，所述光模块是小型化可插拔模块SFP光模块，所述SFP光模块包括串行化/解串行化Serdes接口，所述的SFP光模块还包括内置的物理层器件PHY，所述PHY提供串行吉比特介质无关接口SGMII传输所述的交换芯片与SFP光模块之间的信号，支持快速以太网FE光口或者吉比特以太网GE光口；所述的SFP光模块还包括模式选择逻辑，用来根据所述的交换芯片与SFP光模块自协商的结果将所述的交换芯片与所述SFP光模块之间的Serdes接口或者所述SFP光模块内置PHY的SGMII接口接通。
本发明实施例还提供了一种采用上述光模块支持GE光口和FE光口的方法，所述的方法包括如下步骤：
a、SFP光模块选择通过其SGMII接口或者Serdes接口传输信号，如果选择SGMII接口，转步骤b，如果选择Serdes接口，转步骤c；
b、所述的信号通过SGMII接口传输到所述的SFP光模块中的PHY芯片，所述的PHY芯片根据实际速率选择GE光口或者FE光口外出，将所述的信号传输到所述的交换芯片或者光纤；
c、所述的信号通过Serdes接口传输到所述的交换芯片或者光纤。
本发明实施例还提供了一种网络设备，所述的网络设备包括交换芯片，所述的网络设备还包括上述光模块。
本发明实施例克服现有技术的不足，采用将PHY芯片内置在光模块内，提供SGMII接口支持光模块与交换芯片互连，同时该光模块还提供Serdes接口支持光模块与交换芯片互连，使得光模块可以根据需要外出GE光口或者FE光口的技术方案，本发明实施例提供的技术方案在现有开发单板的基础上兼容新功能，外出FE光口，避免了频繁改板，减少同功能单板的种类，同时做到了GE接口成本最优。
附图说明
图1是现有技术中交换芯片的MAC层通过SGMII接口与PHY交互的示意图；
图2是现有技术中交换芯片的MAC层通过Serdes接口与光模块交互的示意图；
图3是现有技术中SFP光模块的示意图；
图4是本发明实施例所述的光模块原理框图；
图5是本发明实施例流程图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例所述的光模块的原理框图如图4所示，包括内置的PHY，提供SGMII接口与激光器控制模块相连，与激光器控制模块同时相连的还有Serdes接口，交换芯片由模式选择逻辑(Mode Select Logic)控制其与Serdes接口或者SGMII接口相连通。
其中，激光器控制模块包括了监控接口电路以及收发激光器，监控接口电路可以实现激光器驱动参数调整和信号限幅控制，以及判断选择是否需要完成 PCS和PMA子层的功能。激光器的驱动参数调整的目的是为了使光模块处于最佳工作状态从而获得最优的眼图、光功率、消光比等性能，由于光模块的输入信号幅度有强有弱，信号限幅控制将光模块的输入信号自动调整，使输出信号的幅度限制在固定的值以便满足传输距离要求。收发激光器包括收端的光电探测器和发端的电光转换器，主要完成PMD子层的功能。光电探测器将光纤上传输过来的光信号转换为物理媒质的电信号，电光转换器将物理媒质的电信号转换成光信号在光纤上传输。
当选择交换芯片与Serdes接口接通时，激光器控制模块中的监控接口电路和收发激光器用来完成信号在数据链路层和物理层之间的转化，实现PCS子层、PMA子层和PMD子层相关的功能；当选择交换芯片与SGMII接口接通时，由于光模块内置的PHY芯片完成了PCS子层和PMA子层的功能，所以激光器控制模块中的监控接口电路相当于直通电路，只需要光电探测器和电光转换器完成PMD子层的功能。
模式选择逻辑与电源自适应关断模块相连，电源自适应关断模块自动监测所选择的是SGMII接口或者是Serdes接口，从而将没有选中的接口模式电路关断，从而降低功耗。
当交换芯片只提供Serdes接口时，交换芯片与SFP光模块自协商选择Serdes接口，模式选择逻辑控制光模块的Serdes接口与交换芯片接通。在交换芯片发送信号的方向上，输出的GE信号直通SFP光模块完成数据链路层到物理层的转换后外出GE光口，其中激光器控制模块中的监控接口电路完成PCS和PMA子层的相关功能，然后由收发激光器的电光转换器完成PMD子层的功能，将物理媒质的电信号转换成光信号在光纤上传输；在交换芯片接收信号的方向上，其过程类似，也通过Serdes接口，只不过信号流程逆向；同时，电源自适应关断模块将SGMII接口模式电路关断。
当交换芯片只提供SGMII接口时，交换芯片和SFP光模块自协商选择SGMII接口，模式选择逻辑控制光模块的SGMII接口与交换芯片接通。在交 换芯片发送信号的方向上，交换芯片输出的差分信号首先经过SFP光模块内置的PHY芯片，根据实际速率选择GE光口或者FE光口外出(该过程满足现有的千兆光口自协商的标准协议)，激光器控制模块仅需要完成PMD子层的功能；在交换芯片接收信号的方向上，其过程类似，也通过SGMII接口，只不过信号流程逆向；同时，电源自适应关断模块将Serdes接口模式电路关断。
当交换芯片既提供SGMII接口又提供Serdes接口时，交换芯片和SFP光模块自协商选择SGMII接口或者Serdes接口，如果需要外出GE光口，那么自协商选择GE Serdes接口；如果需要外出FE光口，那么自协商选择SGMII接口。
除了上述的由交换芯片与SFP光模块自协商选择接口电路之外，还可以通过软件配置模式寄存器来选择接口从而决定GE光口或FE光口外出。光模块与外部的CPU芯片之间可以通过IIC接口连接，光模块内部的EEPROM可以提供一个专门的模式选择寄存器，由外部的CPU芯片通过IIC接口对光模块内部的模式选择寄存器进行配置，从而决定GE光口或FE光口外出，也可以通过IIC接口读取该寄存器的值检验该配置结果是否正确。
本发明实施例流程图如图5所示，具体包括如下步骤：
1、交换芯片与光模块自协商采用SGMII接口或者Serdes接口，也可以通过外部的CPU芯片通过IIC接口对光模块内部的模式选择寄存器进行配置，确定采用SGMII接口或者Serdes接口；
2、模式选择逻辑根据步骤1自协商或者配置结果将交换芯片与SGMII接口电路或者Serdes接口电路接通，如果Serdes接口电路接通，转步骤3，如果SGMII接口电路接通，转步骤4；
3、当交换芯片发送端发出GE信号时，GE信号经过Serdes接口传输到激光器控制模块的监控接口电路和电光转换器，转换成光信号外出GE光口在光纤上传输，光模块的光电探测器接收光纤上传送过来的光信号时，将其转换为物理层的电信号之后传送到监控接口电路，经过Serdes接口送到交换芯片的接 收端；同时，电源自适应关断模块将SGMII接口模式电路关断；
4、当交换芯片发送GE信号时，交换芯片的发送端发出GE信号通过SGMII接口传输到PHY芯片，PHY芯片完成PCS子层和PMA子层的功能，在此这过程中PHY芯片需要根据与光模块对接的对端设备的设置模式进行千兆光口自协商从而选择外出的光口速率(FE或者GE)，然后直通光模块的监控接口电路而不需要进行任何转换达到电光转换器，将物理层电信号转换成光信号在光纤上传输；当交换芯片接收信号时，激光器控制模块的光电探测器接收光纤上传送过来的光信号转换为物理层的电信号之后传送到PHY芯片，PHY芯片完成PMA和PCS子层功能，在这过程中PHY芯片同样需要根据与光模块对接的对端设备的设置模式进行千兆光口自协商从而选择支持的光口速率(FE或者GE)，然后将PHY芯片经过PCS子层后传送出的信号送到交换芯片的接收端；同时，电源自适应关断模块将Serdes接口模式电路关断。
上述的光模块与交换芯片一起构成了一种网络设备，所述的光模块通过Serdes接口与所述的交换芯片相连，以支持外出GE光口，该光模块还内置有PHY，由PHY提供SGMII传输所述的交换芯片与光模块之间的信号，支持FE光口或者GE光口。
本发明实施例中的交换芯片除了可以采用以太网交换芯片之外，还可以是NP(Network Process网络处理器)。
如上所述，本发明实施例采用将PHY芯片内置在光模块内，提供SGMII接口支持光模块与交换芯片互连，同时该光模块还提供Serdes接口支持光模块与交换芯片互连，使得光模块可以根据需要外出GE光口或者FE光口的技术方案，在现有开发单板的基础上兼容新功能，外出FE光口，避免了频繁改板，减少同功能单板的种类，同时做到了GE接口成本最优。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种光模块，所述光模块是小型化可插拔模块SFP光模块，所述SFP光模块包括串行化/解串行化Serdes接口，其特征在于，所述的SFP光模块还包括内置的物理层器件PHY，所述PHY提供串行吉比特介质无关接口SGMII传输交换芯片与SFP光模块之间的信号，支持快速以太网FE光口或者吉比特以太网GE光口；所述的SFP光模块还包括模式选择逻辑，用来根据所述的交换芯片与SFP光模块自协商的结果将所述的交换芯片与所述SFP光模块之间的Serdes接口或者所述SFP光模块内置PHY的SGMII接口接通。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述的SFP光模块还包括激光器控制模块，与所述的PHY和Serdes接口相连，完成所述交换芯片通过所述的Serdes接口和SGMII接口与光纤之间的传输的信号的物理层与数据链路层之间的转换。
3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述的激光器控制模块具体包括监控接口电路和收发激光器，当所述的交换芯片与所述的Serdes接口接通时，所述的监控接口电路完成物理编码子层PCS和物理介质连接子层PMA的功能，所述的收发激光器完成物理介质相关子层PMD的功能；当所述的交换芯片与所述的SGMII接口接通时，所述的PHY完成物理编码子层PCS和物理介质连接子层PMA的功能，所述的收发激光器完成物理介质相关子层PMD的功能。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述SFP光模块还包括电源自适应关断模块，与所述的Serdes接口和SGMII接口相连，用来关断没有接通的Serdes接口或者SGMII接口的电源。
5.一种采用权利要求1所述的光模块支持GE光口和FE光口的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
a、SFP光模块选择通过其SGMII接口或者Serdes接口传输信号，如果选择SGMII接口，转步骤b，如果选择Serdes接口，转步骤c；
b、所述的信号通过SGMII接口传输到所述的SFP光模块中的PHY芯片，所述的PHY芯片根据实际速率选择GE光口或者FE光口外出，将所述的信号传输到所述的交换芯片或者光纤；
c、所述的信号通过Serdes接口传输到所述的交换芯片或者光纤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中步骤a具体包括：
a1、所述的SFP光模块与所述的交换芯片自协商，如果需要外出FE光口，则将所述的SFP光模块的SGMII接口与所述的交换芯片接通，转步骤b，如果需要出GE光口，则将所述SFP光模块的Serdes接口与所述的交换芯片接通，转步骤c。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中步骤a具体包括：
a1、所述的SFP光模块可根据其EEPROM中配置的数据选择将其SGMII接口或者Serdes接口与交换芯片接通，如果选择将其其SGMII接口接通，转步骤b，如果选择将其Serdes接口与交换芯片接通，转步骤c。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中步骤b具体包括：
b1、当所述的交换芯片发送信号时，所述交换芯片的发送端发出的信号通过SGMII接口传输到所述的PHY芯片，所述的PHY芯片完成PCS子层和PMA子层的功能，所述的PHY芯片选择FE或者GE速率将信号输出到所述SFP光模块的激光器控制模块，所述的激光器控制模块将信号转换成光信号在光纤上传输；当所述的交换芯片接收信号时，所述的PHY芯片选择FE或者GE速率接收所述的激光器控制模块转换出来的信号，所述的PHY芯片完成PMA和PCS子层功能后将输出的信号传送到所述交换芯片。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中步骤c具体包括：
c1、当所述的交换芯片发送端发送信号时，所述的信号通过所述的Serdes接口传输到所述SFP光模块的激光器控制模块，所述的激光控制模块将所述的信号转换成光信号外出GE光口在光纤上传输；当所述的交换芯片接收信号时，所述激光器控制模块接收光纤上传送过来的光信号，将其转换为物理层的电信号之后通过Serdes接口送到所述的交换芯片。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中步骤b还包括：
所述的SFP光模块的电源自适应关断模块将Serdes接口电路关断。
11.一种网络设备，所述的网络设备包括交换芯片，其特征在于，所述的网络设备还包括权利要求1所述的光模块。
12.根据权利要求11所述的网络设备，其特征在于，所述的交换芯片为以太网交换芯片或者网络处理器NP。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |