CN101170415A - 以太网物理层的交叉级联系统、传输方法及其应用的芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以太网物理层的交叉级联系统、物理层交叉芯片以及在该级联系统中传输数据的方法，该级联系统包括：多级物理层交叉芯片层，每级物理层交叉芯片层至少包含一个物理层交叉芯片，其中，下级物理层交叉芯片的上行数字接口分别通过数模转换模块与上级物理层交叉芯片的模拟接口相连；所述物理层交叉芯片的上行接口至少含有交叉端口和转发端口。本发明在物理层交叉芯片中实现了本芯片以及不同物理层交叉芯片的端口交叉，以及多级交叉端口的复用和转发端口的复用；且将需要交叉的数据端口和需要转发处理的数据端口在上行时进行物理端口的分开，从而方便后续处理模块进行处理。

Description

以太网物理层的交叉级联系统、传输方法及其应用的芯片

技术领域

本发明涉及一种以太网物理层的级联系统及其传输方法，特别涉及一种以太网物理层的交叉级联系统、该级联系统中使用的物理层交叉芯片以及在该交叉级联系统中传输数据的方法，属于网络通信技术领域。

背景技术

随着信息通信业的发展以及信息化进程的推进，以太网交换机市场呈稳步上升态势。现在市场上的物理层接入芯片的规格有10/100M自适应、GE(千兆以太网)和10GE(万兆以太网)等。这类芯片的主要功能是完成物理层的编码、数模转换、时钟恢复、以及模拟的放大等，其结构上包括对外的接口(模拟信号)以及对MAC层的接口(数字信号)。图1例示了现在市场上的普通8接口100M物理层芯片。

从图1可以看出，这类芯片两侧的接口速度都是匹配的，即一个快速以太网(Fast Ethernet简称FE)的模拟对外接口，对应一个FE的媒介接入控制(Media Access Control，简称MAC)层接口。即两侧的速度保持一致。

该芯片的内部结构的示意框图如图2所示，从图中可以看出，物理层(PHY)芯片两侧的模拟接口和数字接口数目是一一对应的，内部的工作原理分为8路信号流实现。对每一路信号流来说，从模拟接口进来的信号，首先经过模拟转数字的变换处理，将模拟信号转换为数字信号，然后再进行时钟的提取和编码解码处理，从物理层的编码数据流中提取出MAC层的数据信息，再经过MAC层的接口处理电路以后，从相应的数字接口送出。从数字接口到模拟接口的流程与从模拟接口到数字接口的流程正好相反。

由于PHY芯片两侧的模拟接口和数字接口数目的一一对应，在实际的使用过程中，MAC层芯片的接口数目较多，这样十分不利于以太网端口进行层次间互联。为了实现多级物理层交叉芯片的级联，达到简化机架式设备的线卡设计、降低网络接入成本等目的，必须减少端口的数量，例如，本发明人在专利申请号为200510066285.X的申请文件中提出了一种复用技术，该专利申请公开了一种物理层复用的技术方案，该方法在一定时间段内循环地采集物理层交叉芯片的多路低速物理端口所输入的信号，将该输入信号复用为一路高速数字信号后，传输至MAC层芯片进行二层处理，对MAC层芯片输出的数字信号的处理过程相反。由此减少了以太网交换机内MAC层芯片的端口数目，从而也减少了MAC层芯片的数量。

请参阅图3，图3为使用上述复用技术的物理层芯片构成级联的系统结构框图。请参阅图4，图4简单地例示了该级联系统所使用的一种物理层芯片PHY-MUX两侧端口的示意图。该芯片通过对多路物理层输入的复用，在上行方向将多路低速的物理端口输入，复用到一个高速的MAC层的上行接口。这种具有复用功能的物理层芯片的内部结构如图5所示。从图中可以看出，该芯片增加了一个复用和解复用处理模块，该模块的具体功能为：以太网数据业务帧从下行方向的输入接口进入该模块以后，根据配置情况，首先获取入物理端口的唯一性标记；然后对标记进行学习，建立标记与物理端口之间的一一对应关系；最后将带有物理端口标记的数据包送到上行的高速MAC层数字接口；另一方面，以太网数据业务帧从上行高速接口进入该模块以后，根据标记确定下行接口后，从相应的下行物理端口发送出去，在发送时可根据配置情况去掉标记或者携带标记。

然而，在上面的物理层复用技术中，虽然物理层复用技术可以节省MAC层芯片的接口数目，但是在上行方向需要将所有的输入接口流量都送到MAC层芯片进行处理，这没有减少MAC层芯片需要处理的流量大小。对下行方向，同样需要MAC层芯片处理所有输出低速接口的流量。

有鉴于此，本发明人提出了具有交叉功能的物理层交叉芯片技术，以及具有交叉及复用功能的物理层芯片技术。请参阅图6和图7，图6为一种具有交叉功能的物理层交叉芯片的功能框图；图7为一种具有交叉及复用功能的物理层芯片的内部结构框图。上述两种物理层芯片内部配置了物理层芯片的端口互连表，该端口交叉表如表1所示，包含下列信息：端口号、端口交叉状态、互交叉的对端端口号。

表1端口交叉表

端口号	端口交叉状态	互交叉端口号
			端口号1	有	8
端口号1	无	X
			...	...	...
端口号8	有	1

上表中，在端口交叉表中设置了物理端口1与8具有交叉关系，其他物理端口不进行交叉。物理层端口交叉处理模块设置在PHY芯片内的时钟和编码解码处理模块和MAC层接口处理模块之间的位置。这样当两个端口的物理层介质不同(会带来时钟和编码解码模块的处理不同)的情况下，保证物理层的互通。

如图6所示，物理层模拟接口进来的信号，经过模数转换处理、时钟和编码解码处理以后，进到物理层端口交叉处理模块进行交叉处理，该交叉处理模块根据交叉表的配置情况，完成两个端口之间的物理层直接交叉，即直接互连。经过物理层端口交叉处理以后，有的物理层接口流量就将直接连到另外一个物理层的接口，所以这个时候到相应的MAC层接口处理模块就没有流量了。

如图7所示，完成端口交叉功能以后，再将没有交叉的接口数据送到相应的MAC层接口处理模块进行处理，之后送到MAC层数字接口。在送到MAC层数字接口的过程中，既可以与普通PHY的处理方式一样，即每个物理层接口对应一个MAC层数字接口；也可以进行物理层的复用处理，即将多个低速物理层接口复用到一个高速的MAC层数字接口。复用的方法可以采用时分复用方法，或者是基于以太网二层数据帧的端口标记方法(如私有端口标记、VLAN标记等)。经过复用处理以后，可以做到物理层交叉芯片的多个低速接口，通过一个高速的MAC层数字接口连接到MAC层芯片的一个MAC数字接口。

为了实现将需要交叉的业务端口和需要MAC层处理的业务端口在上行端口进行物理端口的分开，以做到两类业务的严格隔离，同时方便后面的不同业务处理模块对业务进行不同的处理。本发明人在前述图7所示物理层芯片的基础上提出了一种具有交叉复用功能的物理层双上行芯片。请参阅图8，图8为一种具有交叉复用功能的物理层双上行芯片的内部结构框图；如图所示，具有交叉复用功能的物理层芯片内部包括物理层端口交叉处理模块和复用模块，复用模块又分为交叉端口的复用和解复用处理模块和转发端口的复用和解复用处理模块的。下面分别针对有端口交叉的情况和没有端口交叉的情况描述。

针对有本地交叉的端口，如果还需要与另外一个不同物理层交叉芯片的端口进行交叉，则需对多个端口交叉的上行单独设置，即单独设置和复用交叉端口的上行高速接口。当然，上行端口可以复用，也可以不复用。即在送到上级芯片或模块的过程中，上行端口可以与普通PHY层芯片的处理方式一样，即每个物理层端口对应一个上级端口；或者是在送到上级芯片或模块的过程中，上行端口可以与物理层复用技术的处理方式相同，即将多个低速物理层端口复用到一个高速的MAC层端口。复用的方法可以采用时分复用方法，或者是基于以太网二层数据帧的端口标记方法。

对没有进行本地交叉的端口，在进行送MAC层芯片处理时，设置与交叉端口不同的上行端口，即转发端口。在送到MAC层芯片的过程中，上行端口可以与普通PHY的处理方式一样，即每个物理层端口对应一个MAC层端口；或者是在送到MAC层芯片的过程中，上行端口可以与物理层复用技术的处理方式相同，即将多个低速物理层端口复用到一个高速的MAC层端口。复用的方法可以采用时分复用方法，或者是基于以太网二层数据帧的端口标记方法。

从上述可以看出，如果以两个上行端口都进行复用的做法为例，在如图8所示的处理有端口交叉的情况和没有端口交叉的情况，只是将图7结构中的复用和解复用处理模块分开设置为交叉端口的复用和解复用处理模块和转发端口的复用和解复用处理模块，并将其分别连接至高速MAC层交叉数字接口以及高速MAC层转发数字接口。这样就做到了针对不同类(交叉处理和转发处理)的接口，分别进行不同的上行接口处理。

然而，上述物理层交叉或交叉复用技术，只是使用在单一的物理层交叉芯片中，不能做到不同物理层交叉芯片之间的端口交叉功能。也就是说，不能通过物理层交叉复用的级联方法，在物理层交叉芯片中完成不同物理层交叉芯片的端口交叉功能，同时完成多级交叉端口的复用和转发端口的复用功能，从而使需要交叉的业务端口和需要转发处理的业务端口在上行端口进行物理端口的分开，做到两类业务的严格隔离，以及方便后面的不同业务处理模块对业务进行不同的处理。

发明内容

本发明的目的在于使用具有交叉处理功能的物理层交叉芯片建立交叉级联系统，实现在物理层交叉芯片中完成本芯片内部、同级物理层交叉芯片以及不同级物理层交叉芯片之间的端口交叉，并且能够做到将需要上级物理层交叉芯片处理或转发处理的数据业务，在上行端口进行物理端口的分开，以及方便下一级物理层交叉芯片的处理模块对数据业务进行不同的处理。

本发明提供一种以太网物理层的交叉级联系统，所述的级联系统包括：多级物理层交叉芯片层，每级物理层交叉芯片层至少包含一个物理层交叉芯片。

优选地，所述的物理层交叉芯片的上行接口至少含有交叉端口和转发端口。

优选地，所述的最高级物理层交叉芯片与MAC层芯片相连；其中，所述MAC层芯片的下行数字接口至少含有交叉端口和模拟端口。

优选地，所述的级联系统还包括配置模块，该配置模块用以对所述级联系统中所有芯片的端口进行编码，并且配置端口属性表。

优选地，所述的端口属性包括交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口。

优选地，所述的物理层交叉芯片包括：多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；物理层交叉处理模块，与所述的多路物理层输入处理模块分别相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；多路MAC层接口处理模块，在下行方向与所述的物理层交叉处理模块相连，在上行方向与所述的上行接口相连。

优选地，所述的物理层交叉芯片包括：多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；物理层交叉处理模块，与所述的多路物理层输入处理模块分别相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；多路MAC层接口处理模块，与所述的物理层交叉处理模块分别相连；复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的上行接口相连。

优选地，所述的复用和解复用处理模块包括：交叉端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的交叉上行端口相连；转发端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的转发上行端口相连。

优选地，所述的物理层交叉芯片还包括：复用和解复用模块，插接于所述的多路物理层输入处理模块与所述的物理层交叉处理模块之间。

优选地，所述的物理层交叉芯片还包括配置模块，用以针对需交叉的端口配置相应级别的端口交叉表，以及用以针对需复用的端口配置相应级别的端口复用表。

优选地，所述的端口交叉表为端口交叉阵列。

优选地，所述的端口复用表为端口编号、是否复用、复用方式以及复用标记。

优选地，所述的复用方式为时分复用或基于以太网数据帧的标记复用。

优选地，所述的以太网数据帧标记为私有端口标记或虚拟局域网(VirtualLocal Area Network简称VLAN)标记。

优选地，所述的物理层交叉芯片还包括处理模块，与所述的配置模块和本物理层交叉芯片的各端口分别相连，该处理模块包括：端口处理模块，用以将从模拟端口接收的数据直接或经解复用后，根据端口属性表，分别将需本芯片交叉的数据、本级芯片需交叉的数据、上级芯片需交叉的数据以及转发数据，送到交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口；交叉处理模块；与所述的端口处理模块相连，用以将需本芯片内交叉数据的端口，根据本芯片的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，进行模拟端口间的物理层直接交叉；级联交叉处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以将需本级芯片需交叉的数据，根据本级的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，送上一级物理层交叉模块进行交叉处理；级联转发处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以对所有的级联端口，根据本级的交叉端口复用表，将所述的端口发送的数据直接或经复用后发送到本芯片的上行交叉端口，经数模转换后，送到上级物理层交叉芯片进行交叉处理；转发端口处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以对所有的转发端口，根据本级的端口复用表，将所述的转发端口需转发的数据，直接或经复用后发送到本芯片的上行转发端口。

本发明还提供一种以太网物理层的传输方法，该方法包括：在上行方向，下级物理层交叉芯片从模拟端口接收的数据，交叉复用处理后，分别由上行交叉端口和转发端口，经数模转换后发送到上级物理芯片的下行模拟接口的步骤；在下行方向，上级物理交叉芯片从模拟端口输出的数据，经数模转换后发送到下级物理交叉芯片的上行数字接口。

优选地，所述的方法还包括：对所述级联系统中所有芯片的模拟端口进行统一编码，并且对每一个模拟端口配置端口属性表。

优选地，所述的端口属性包括交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口。

优选地，所述的交叉处理包括：

步骤1：从模拟端口接收的数据直接或经解复用后，根据端口属性表，分别将需本芯片交叉的数据、本级芯片需交叉的数据、上级芯片需交叉的数据以及转发数据，送到交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口；

步骤2：针对所有的交叉端口，则根据本芯片的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，进行模拟端口间的物理层直接交叉；

步骤3：针对本级芯片需交叉的数据，则根据本级的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，送上一级物理层交叉芯片的交叉模块进行交叉处理；

步骤4：针对所有的级联转发端口，则根据本级的交叉端口复用表，将该端口发送的数据直接或经复用后发送到本芯片的上行交叉端口，经数模转换后，送到上级物理层交叉芯片进行交叉处理；

步骤5：针对所有的转发端口，则根据本级的端口复用表，将该转发端口需转发的数据，直接或经复用后发送到本芯片的上行转发端口。

本发明还提供一种物理层交叉芯片，所述的物理层交叉芯片包括：多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；复用和解复用模块，与所述的多路物理层输入处理模块相连；物理层交叉处理模块，与复用和解复用模块相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；多路MAC层接口处理模块，与所述的物理层交叉处理模块分别相连；复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的上行接口相连。

优选地，所述的上行接口至少含有两个上行端口，其中之一为交叉上行端口，另一个为转发上行端口；

优选地，所述的复用和解复用处理模块包括：转发端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的转发上行端口相连；所述的物理层交叉芯片还包括：复用和解复用模块，插接于所述的多路物理层输入处理模块与所述的物理层交叉处理模块之间。

从上述技术方案可以看出，本发明在原来具有交叉复用功能的物理层交叉芯片的数字上行接口基础上，增加了数模转换模块，使得芯片能够出模拟接口，以能够与上级的物理层交叉芯片进行级联。系统针对级联情况下的所有端口进行统一编码，对于物理层交叉芯片来说，可以支持物理端口的局部编码或者是全局编码，在实现多级交叉和复用的时候，对于端口标记的选择，可以使用全局端口统一编码，也可以使用局部芯片的局部编码。在各级的物理层交叉芯片内部，对需要交叉的低速端口级别，设置相应的交叉矩阵，对需要进行交叉的流量进行交叉；针对转发端口，进行相应级别的转发端口复用。

在实际使用过程中，可以通过同一个上行端口进行交叉端口的复用，也可以设置不同的上行端口，分别进行复用和非复用处理。因此，在实现不同级的物理层交叉芯片级联的同时能够做到将需要交叉的业务端口和需要转发处理的业务端口在上行端口进行物理端口的分开，以做到两类业务的严格隔离。

附图说明

图1为普通物理层芯片接口示意图；

图2为图1所示的物理层芯片的内部结构框图；

图3为使用复用技术的物理层芯片构成级联的系统结构框图；

图4为一种具有复用功能的物理层芯片接口框图；

图5为如图4所示的物理层芯片的内部结构框图；

图6为一种具有交叉功能的物理层交叉芯片的内部结构框图；

图7为一种具有交叉及复用功能的物理层交叉芯片的内部结构框图；

图8为一种具有交叉复用功能的物理层双上行芯片的内部结构框图；

图9本发明实施例的交叉复用级联系统的结构示意图；

图10为根据本发明实施例的具有交叉复用级联功能的双上行端口的物理层交叉芯片内部结构框图；以及

图11为下级物理层交叉芯片与具有交叉矩阵模块的上级物理层交叉芯片的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的优选实施例。

请参阅图9，图9为本发明实施例的交叉复用级联系统的结构示意图；如图所示，该以太网物理层的级联系统包括三级物理层交叉芯片层，第一级物理层交叉芯片层包含16个8端口的10M物理层交叉芯片(1PHY芯片#1、1PHY芯片#2、...1PHY芯片#16)，第二级物理层交叉芯片层包括两个100M物理层交叉芯片(2PHY芯片#1、2PHY芯片#2)，第三级物理层交叉芯片层包括1个1000M物理层交叉芯片(3PHY芯片)；第三级物理层交叉芯片的速率高于第二级物理层交叉芯片的速率，第二级物理层交叉芯片的速率高于第一级物理层交叉芯片的速率。第一级物理层交叉芯片层包含的每一片物理层交叉芯片包括8个模拟端口和2个上行端口(转发端口和交叉端口)，其中，第一级物理层交叉芯片层的PHY芯片#1～PHY芯片#8组成一组，通过数模转换模块与第二级物理层交叉芯片层的2PHY芯片#1相连，具体地说，第一级物理层交叉芯片层的每一片芯片的2个上行端口(转发端口和交叉端口)分别通过数模转换模块与第二级物理层交叉芯片层的两个下行模拟端口相连；同样，第一级物理层交叉芯片层的PHY芯片#9～PHY芯片#16组成另一组，分别通过数模转换模块与第二级物理层交叉芯片层的2PHY芯片#2相连；第三级物理层交叉芯片层和第二级物理层交叉芯片的连接形式，与第一和第二级物理层交叉芯片的连接形式相同，即两个第二级物理层交叉芯片各自的2个上行端口(转发端口和交叉端口)分别通过数模转换模块与第三级物理层交叉芯片层(3PHY芯片)的两个下行模拟端口相连。

在在上行方向，下级物理层交叉芯片从模拟端口接收的数据，交叉处理后，分别由上行交叉端口和转发端口，经数模转换后发送到上级的物理芯片的下行模拟接口。在下行方向，上级物理交叉芯片从模拟端口输出的数据，经数模转换后发送到下级物理交叉芯片的上行数字接口。

在实际使用过程中，该以太网物理层的交叉级联系统的最高层可以替换为MAC层芯片，就本图而言，该MAC层芯片可以通过下行数字接口与第二级物理层交叉芯片的上行数字接口相连。

在级联系统工作之前，由CPU对系统中的所有芯片的端口预先进行统一编码，该端口编码也可以在系统工作的时候根据CPU的指令重新设置。并且各物理层交叉芯片的CPU还需针对端口配置相应级别的端口复用表，以及针对需交叉的端口配置相应级别的端口交叉表。

在本实施例中，级联系统中的第一级所使用的物理层交叉芯片可以为图8所示的一种具有交叉复用功能的物理层双上行芯片，该物理层交叉芯片包括：至少含有两个上行端口的上行接口，两个上行端口之一为交叉上行端口，另一个为转发上行端口；多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；物理层交叉处理模块，与所述的多路物理层输入处理模块分别相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；多路MAC层接口处理模块，与所述的物理层交叉处理模块分别相连；交叉端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的交叉上行端口相连；转发端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的转发上行端口相连。

当然，级联系统中所使用的物理层交叉芯片可以为如图10中所示具有交叉复用级联功能的物理层交叉芯片。该物理层交叉芯片在图8所示的具有交叉复用功能的物理层双上行芯片的基础上，还包括插接于所述的多路物理层输入处理模块与所述的物理层交叉处理模块之间复用和解复用模块，该模块优选地配置于级联系统中的第二级以上的物理层交叉芯片中，用以将下一级物理层交叉芯片上传的复用数据，进行解复用处理，以及将上级芯片经物理层交叉处理模块下传的数据进行复用处理。

本发明的实施例中，物理层交叉芯片中的CPU还完成处理模块的功能，即控制本物理层交叉芯片的端口交叉复用的处理。所述的交叉复用处理包括：

步骤1：从模拟端口接收的数据直接或经解复用后，根据端口属性表，分别将需本芯片交叉的数据、本级芯片需交叉的数据、上级芯片需交叉的数据以及转发MAC层的数据，送到交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口；

步骤2：针对所有的交叉端口，根据本芯片的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，进行模拟端口间的物理层直接交叉；

步骤3：针对本级芯片需交叉的数据，根据本级的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，送上一级物理层交叉模块进行交叉处理；

步骤4针对所有的级联转发端口，则根据本级的交叉端口复用表，将该端口发送的数据直接或经复用后发送到本芯片的上行交叉端口，经数模转换后，送到上级物理层交叉芯片进行交叉处理；

步骤5：针对所有的转发端口，则根据本级的端口复用表，将该转发端口需转发的数据，直接或经复用后发送到本芯片的上行转发端口。

在系统工作的时候，物理层交叉芯片的CPU根据该端口所接收的数据业务的发送和接收地，配置端口属性，该端口存储在端口属性表中。端口属性表中的端口属性包括交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口四项。

在本实施例中，物理层交叉芯片的端口处理模块的处理可根据该端口所接收的数据业务的发送和接收地，将端口属性分为需本芯片交叉的端口(交叉端口)、本级(本地)芯片需交叉的端口(级联交叉端口)、上级芯片需交叉的端口(级联转发端口)以及转发MAC芯片的端口(转发端口)。

下面分别对上述四种端口属性的处理情况详细描述如下：

第一种情况，若根据端口属性表判断出该端口为本芯片需交叉的端口，针对需本芯片内交叉数据的端口，物理层端口交叉处理模块将从物理端口进来的业务进行本芯片内物理端口的交叉处理(步骤2)；端口交叉表如表1所示。

第二种情况，若根据端口属性表判断出该端口为本级芯片需交叉的端口，则根据本级的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，送上一级物理层交叉模块进行交叉处理(步骤3)；该端口交叉表可以为端口交叉阵列。

请参阅图11，图11为下级物理层交叉芯片与具有交叉矩阵模块的上级物理层交叉芯片的连接关系示意图。为了方便说明交叉矩阵模块起见，图中的只包括两层物理层交叉芯片的两级相连的系统。假设，第一级芯片层包括若干个PHY层芯片，每一个PHY层芯片可以是8端口的，或者是4端口的，第二级芯片层包括一个PHY层芯片。例如，该第二级芯片层的芯片具有一个24端口的下行接口，第一级芯片层包括6个4端口的PHY层芯片。在第二级芯片层芯片进行交叉的情况，可以将不同的PHY层芯片的交叉设置在第二级芯片层芯片中，也就是说，在MAC层转发模块之前，设置一个端口交叉模块。将每一个PHY层芯片的端口都连接到该交叉矩阵模块进行交叉矩阵模块处理。

本第二级芯片层芯片内端口交叉可以针对物理端口直接进行交叉，也可以针对复用交叉端口进行交叉。前者对一个物理层端口的业务数据进行交叉，而后者需要将一个物理层端口进来的数据解开，解成多个子端口再进行交叉。

对于需要处理复用交叉端口的情况，物理层交叉芯片首先需要识别子端口。从对应的复用方式中恢复出子端口的独立业务数据即解复用处理。具体而言，在进行本地端口交叉的时候，物理层交叉芯片需进行端口交叉级别(发送和接收地的级别关系)的识别，并且能够交叉。以一个8端口的100Mbps复用到1000Mbps接口的端口交叉的PHY层芯片为例，假设有4个100Mbps端口是交叉端口，并且每个交叉端口的级别是10Mbps，那么从每一个100Mbps端口进来的就相当于有10个10Mbps的子物理端口。4个100Mbps就相当于有40个10Mbps端口的交叉，假设从任何一个10Mbps源子端口都有可能被交叉到任何一个目的子物理端口，物理层交叉芯片内部就需要实现40×40的一个交叉矩阵。

此外，在根据端口交叉表进行端口交叉的时候，可以采用时分方法。比如不需要等到接收完一个完整的以太网数据帧，再开始交叉，而是可以每接收到一个固定数目的字节(比如一个字节或4个字节等)，就开始进行交叉，这样可以减少交叉需要的时间延迟。

当然，在根据端口交叉表进行端口交叉的时候，也可以采用基于以太网数据帧的方法，即接收端口需要等到接收完一个完整的以太网数据帧结束，再开始交叉。这样可以减少出错的概率。比如一个长的数据帧，在前面的10个字节当中没有传输的误码错误，但在后面的传输中有误码错误。这样接收端口就只需要把错误的帧丢掉就可以了。

从图10中可以看出，经过物理层本地端口交叉处理以后，有的物理层端口流量就将直接或经复用处理后发送到下级的一个物理层的端口，所以这个时候上行到相应的MAC层接口处理模块就没有流量了。

第三种情况，若根据端口属性表判断出该端口为非本级(非本地)芯片需交叉的端口(级联转发端口)，这时，物理层端口交叉处理模块根据本级的交叉端口复用表，将该端口发送的数据直接或经复用后发送到本物理层交叉芯片的上行交叉端口，经数模转换后，送到上级物理层交叉芯片进行交叉处理(步骤4)。也就是说，将没有经过本地交叉的交叉端口数据经交叉端口的复用和解复用处理模块处理之后，进行数模转换处理，使下一级具有交叉复用功能的物理层交叉芯片的上行端口直接与上一级具有交叉复用功能的物理层交叉芯片的下行端口之间互连，从而支持物理层交叉芯片之间的级联应用。端口复用表包括端口标记、是否复用、复用方式以及复用标记四种。

这样，针对不同物理层交叉芯片的不同端口，通过上一级物理层交叉芯片来完成端口交叉和复用功能，实现了跨物理层交叉芯片的端口交叉和复用的功能。此外，通过复用，可以做到物理层交叉芯片的多个低速端口，通过一个高速的物理层模拟接口连接到上一级的物理层交叉芯片下行接口，从而完成不同级别物理层交叉芯片之间的物理层端口业务交叉和复用功能。同样，在实现多级交叉和复用的时候，对于端口标记的选择，可以使用全局端口统一编码，也可以使用局部芯片的局部编码。对于统一编码，全局采用统一的时隙编码，或者是私有(Tag)标记或端口VLAN标记。

第四种情况，若根据端口属性表判断出一端口为转发端口，则对于转发端口的流量，进行上行端口处理，即根据本层级的端口复用表，将该转发端口需转发的数据，直接或经复用后发送到本芯片的上行转发端口(步骤5)。也就是说，在各级物理层交叉芯片内部，针对转发端口配置相应级别的转发端口复用表。在将转发端口的流量送到MAC层芯片的过程中，也可以与物理层复用技术的处理方式相同，即将多个低速物理层模拟端口复用到一个高速的MAC层数字端口，复用的方法同样可以采用时分复用方法，或者是基于以太网二层数据帧的端口标记方法(如私有端口标记、VLAN标记等)。

当然，对于简单的级联系统，各级芯片可以使用图6所示的物理层交叉芯片。

综上所述，本发明在原来具有交叉功能的物理层交叉芯片的数字上行接口基础上，增加了数模转换模块，使得下级物理层交叉芯片的数据能够从模拟接口输出，并且能够与上级的物理层交叉芯片进行级联。该级联系统针对级联情况下的所有端口进行统一编码，对于物理层交叉芯片来说，可以支持物理端口的局部编码或者是全局编码，即在实现多级交叉和复用的时候，对于端口编码的选择，可以使用全局端口统一编码，也可以使用局部芯片的局部编码。在各级的物理层交叉芯片内部，对需要交叉的低速端口级别，设置相应的端口交叉表或交叉阵列，实现了对需要进行交叉的流量进行交叉；针对转发端口，进行相应级别的转发端口复用。因此，本发明在物理层交叉芯片中实现了本芯片以及不同物理层交叉芯片的端口交叉，以及多级交叉端口的复用和转发端口的复用；且将需要交叉的数据端口和需要转发处理的数据端口在上行端口进行物理端口的分开，从而方便后续处理模块进行处理。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (24)

1.一种以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，

所述的交叉级联系统包括：

多级物理层交叉芯片层，每级物理层交叉芯片层至少包含一个物理层交叉芯片，其中，下级物理层交叉芯片的上行数字接口分别通过数模转换模块与上级物理层交叉芯片的模拟接口相连。

2.根据权利要求1所述的以太网物理层的级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片的上行接口至少含有交叉端口和转发端口。

3.根据权利要求1所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的最高级物理层交叉芯片层与MAC层芯片相连。

4.根据权利要求1所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的级联系统还包括配置模块，该配置模块用以对所述的级联系统中所有芯片的端口进行编码，并且配置端口属性表。

5.根据权利要求4所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的端口属性包括交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口。

6.根据权利要求1所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片包括：

多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；

物理层交叉处理模块，与所述的多路物理层输入处理模块分别相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；

多路MAC层接口处理模块，在下行方向与所述的物理层交叉处理模块相连，在上行方向与所述的上行接口相连。

7.根据权利要求1所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片包括：

多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；

物理层交叉处理模块，与所述的多路物理层输入处理模块分别相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；

多路MAC层接口处理模块，与所述的物理层交叉处理模块分别相连；复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的上行接口相连。

8.根据权利要求7所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的复用和解复用处理模块包括：

交叉端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的交叉上行端口相连；

转发端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的转发上行端口相连。

9.根据权利要求8所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片还包括：

复用和解复用模块，插接于所述的多路物理层输入处理模块与所述的物理层交叉处理模块之间。

10.根据权利要求6所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片还包括配置模块，用以针对需交叉的端口配置相应级别的端口交叉表。

11.根据权利要求10所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的端口交叉表为端口交叉阵列。

12.根据权利要求7、8或9任一所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片还包括配置模块，用以针对需交叉的端口配置相应级别的端口交叉表，以及用以针对需复用的端口配置相应级别的端口复用表。

13.根据权利要求12所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的端口交叉表为端口交叉阵列。

14.根据权利要求12所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的端口复用表为端口编号、是否复用、复用方式以及复用标记。

15.根据权利要求14所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的复用方式为时分复用或基于以太网数据帧的标记复用。

16.根据权利要求15所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的以太网数据帧标记为私有端口标记或VLAN标记。

17.根据权利要求6、7、8或9任一所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的物理层交叉芯片还包括处理模块，与所述的配置模块和本物理层交叉芯片的各端口分别相连，该处理模块包括：

端口处理模块，用以将从模拟端口接收的数据直接或经解复用后，根据端口属性表，分别将需本芯片交叉的数据、本级芯片需交叉的数据、上级芯片需交叉的数据以及转发数据，送到交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口；

交叉处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以将需本芯片内交叉数据的端口，根据本芯片的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，进行模拟端口间的物理层直接交叉；

级联交叉处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以将需本级芯片需交叉的数据，根据本级的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，送上一级物理层交叉芯片的交叉模块进行交叉处理；

级联转发处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以对所有的级联端口，根据本级的交叉端口复用表，将所述的端口发送的数据直接或经复用后发送到本芯片的上行交叉端口，经数模转换后，送到上级物理层交叉芯片进行交叉处理；

转发端口处理模块，与所述的端口处理模块相连，用以对所有的转发端口，根据本级的端口复用表，将所述的转发端口需转发的数据，直接或经复用后发送到本芯片的上行转发端口。

18.一种以太网物理层的传输方法，其特征在于，在上行方向，下级物理层交叉芯片从模拟端口接收的数据，交叉处理后，分别由上行交叉端口和转发端口，经数模转换后发送到上级物理交叉芯片的下行模拟接口；在下行方向，上级物理交叉芯片从模拟端口输出的数据，经数模转换后发送到下级物理交叉芯片的上行数字接口。

19.根据权利要求18所述以太网物理层的传输方法，其特征在于，所述的方法还包括：对所述级联系统中所有芯片的模拟端口进行统一编码，并且对每一个模拟端口配置端口属性表。

20.根据权利要求19所述的以太网物理层的传输方法，其特征在于，所述的端口属性包括交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口。

21.根据权利要求18所述的以太网物理层的传输方法，其特征在于，所述的交叉处理包括：

步骤1：从模拟端口接收的数据直接或经解复用后，根据端口属性表，分别将需本芯片交叉的数据、本级芯片需交叉的数据、上级芯片需交叉的数据以及转发数据，送到交叉端口、级联交叉端口、级联转发端口以及转发端口；

步骤2：针对所有的交叉端口，根据本芯片的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，进行模拟端口间的物理层直接交叉；

步骤3：针对本级芯片需交叉的数据，根据本级的端口交叉表，将该端口需交叉的数据，送上一级物理层交叉芯片的交叉模块进行交叉处理；

步骤4：针对所有的级联转发端口，则根据本级的交叉端口复用表，将该端口发送的数据直接或经复用后发送到本芯片的上行交叉端口，经数模转换后，送到上级物理层交叉芯片进行交叉处理；

步骤5：针对所有的转发端口，则根据本级的端口复用表，将该转发端口需转发的数据，直接或经复用后发送到本芯片的上行转发端口。

22.一种物理层交叉芯片，其特征在于，所述的物理层交叉芯片包括：

多路物理层输入处理模块，用以将从模拟端口进来的信号进行模数转换和时钟编解码处理；其中，每路物理层输入处理模块对应一个模拟端口；

复用和解复用模块，与所述的多路物理层输入处理模块相连；

物理层交叉处理模块，与复用和解复用模块相连，用于进行所述多路模拟端口的交叉处理；

多路MAC层接口处理模块，与所述的物理层交叉处理模块分别相连；

复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的上行接口相连。

23.根据权利要求22所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的上行接口至少含有两个上行端口，其中之一为交叉上行端口，另一个为转发上行端口；

24.根据权利要求23所述的以太网物理层的交叉级联系统，其特征在于，所述的复用和解复用处理模块包括：

交叉端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的交叉上行端口相连；

转发端口的复用和解复用处理模块，在下行方向分别与多路MAC层接口处理模块相连，在上行方向与所述的转发上行端口相连。

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