CN101535959B - 数据信道处理的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种处理超高数据速率数据流的系统及方法(110)。本发明的实施例提供执行数据流的各种操作的方法以从一个协议至另一个协议映射数据流，还提供了处理给定协议的多信道的方法(115)。在本发明的一个实施例中，数据流的一部分被接收到流缓冲器(105)。然后从接收到的这部分创建数据流视窗，该数据流视窗包含多个协议的数据(115)。通过多个处理机中各个处理机存取同一协议数据的相应部分。被存取数据在各个处理机上同时处理(120)。

Description

数据信道处理的方法及装置

技术领域

本发明实施例大体涉及处理数据信道的集成电路领域，特别是在多个数据信道中共享处理资源的集成电路领域。

背景技术

本申请要求2006年7月21日提交的第11/490941号美国专利申请，名为“处理数据信道的方法及装置”的优先权；第11/490941号申请要求2005年8月17日提交的第60/709273号美国临时专利申请，名为“处理数据信道的方法及装置”的优先权，各申请整体结合到本文中。

很多类型的应用(如通信)需要处理单回路上的多个高速信号。例如，通信基本设施的组成部分通常需要以可支持的限定最大的数据速率的性能对传送数据进行处理。这种数据处理可包括协议相关的功能如同步、数据检测、字段提取、字段合成、数据处理、数据格式化以及分级操作。另外，在很多情况下，通信组件以相似或完全不同的约定在多个基本设施所连接的多个信道之间接口。

例如，很多高速通信信号，例如准同步数字系列(PDH)或同步光纤网络(SONET)的信号包括多个子信道和数据链。这种通信信号可包括各种通信交换设备之间的高优先级的系统信息，例如高级数据链接控制(HDLC)的格式的信息。也可包括称为BOM信息(位导向信息)的高优先级信息，该信息可包含1个字节的中止信号和1个字节编码信息。DS3信号或者T3信号通常分别包括28DS1或28T1子信道，因此需要处理28个单独的子信道。这就提出了如何处理这些多个信号的问题。由于空间、能量消耗和成本限制的关系，使用多个集成电路并且每个集成电路处理一个信道的方法并不可行。

为多个信道(或甚至处理多个协议的单个信道)提供高速信号处理可大大减少这种应用的总成本。在此领域已经取得了一些进步。例如通信设备制造者已经努力去实现对通信信号的更高密度的处理。在给定成本的线路板或芯片上，高密度处理比以前可处理更多的高速通信信号。

一般来说，设计集成解决方案时需要考虑不同的事项，包括总带宽要求、需要同时支持的信道数以及支持的协议的数量和复杂性。另外，设计过程中也需要考虑存在互用性，可扩展性和成本等因素。

多信道处理综合解决方案的传统执行方法具有严重缺陷。通常，处理多信道的集成电路会把多个次组件的重复实例集合一起，其中每个次组件处理带有某一特定协议的某一特定信道。另外，每个次组件通过按顺序逐一处理每个所接收或生成的数据颗粒(data grain)对其数据信道进行处理。传统系统中的一个数据颗粒通常为一个比特或者一组最多几个比特的数据颗粒。此方法对于大规模的多信道和多协议以及高带宽的应用效率很低。这种低效率是因为逻辑电路和物理资源相对各个信道和不同协议的相似功能大量冗余而造成的。而且，在带有某个特定协议单个信道内，独立的数据处理是按顺序进行的。这导致了可扩展性的障碍，使得对于要求多信道，多协议，高带宽数据处理的应用的通常的解决方案因此不能实行。

发明内容

本发明的一个实施例中，数据流(即比特流)的一部分被接收到流缓冲器。然后从已接收部分创建了一个数据流视窗，该视窗包含多个协议的数据。通过多个处理机中的各个处理机存取同一协议的数据相应部分。被存取的数据在各个处理机上同时处理。

本发明实施例的其它特征和优点从以下对附图和详细说明的描述中而变得清晰：

附图说明

参照以下说明本发明实施例的说明书和附图可更好地理解本发明。下列附图中：

图1所示为按照本发明一个实施例的同时处理单个数据流的数据电路结构；

图2所示为按照本发明一个实施例的多信道可配置访问结构；

图3所示为按照本发明一个实施例的数据流处理系统；

图4所示为按照本发明的一个实施例具有与所需超高带宽相应的内容转换速率的缓冲系统；

图5所示为按照本发明的一个实施例用于通信数据的多信道数据传送系统；

图6所示为按照本发明的一个实施例同时处理数据流的多个部分的过程；

图7所示为按照本发明的一个实施例执行信道缓冲和执行多实例存储共享的内容转换系统；

图8所示为按照本发明的一个实施例实施多端口无关联共享存取的系统；

图9所示为按照本发明的一个实施例使用多个多信道同时处理系统的基于分层的数据进行处理的方法；以及

图10所示为按照本发明的一个实施例使用内容转换的信道帧同步方法。

具体实施方式

本发明实施例为多信道处理提供了集成电路方案，该方案在处理带有多协议的多信道时允许资源共享，并且可高度灵活地处理仅分配在需要处的共享资源，从而提供了一种节约成本的可行方案。在本发明的此实施例中，大部分的处理并列地进行以增加效率。该发明的一个实施例以集成电路结构实现，集成电路使用数据流操纵的可配置结构来处理多个信道。所有信道共享该结构以高效完成处理任务。此实施例在处理一特定信道时，该结构使用并列及同时处理一段数据流内的多个部分。

本发明实施例提供了处理超高数据速率数据流的系统和方法。实施例提供了对数据流的各种操作的方法，以从一个协议至另一个协议映射数据流，并且还提供了处理给定协议的多信道的方法。

本发明的一个实施例中，数据流被输入到数据流视窗，该视窗中某些数据被捕捉并传送到多个并列处理装置中的其中一个进行处理。对于本发明的一个实施例，此处理可包括同步、分析、字段提取、数据操作和输出数据流合成。

本发明的可选实施例执行或引起部分或全部信道缓冲，记忆体存取分区，多端口信道数据存取，分级数据处理和信道帧同步。

在以下描述中提出了多个具体细节。但可理解为本发明实施例没有这些具体细节也可进行。在其它示例中，为不致混淆对本说明书的理解，未详细列出熟知的电路、结构和技术。

整个说明书中所指“一个实施例”和“实施例”是指所描述的与此实施例有关的某特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不必然指同一个实施例。而且，所述某特征，结构或特性可在一个或多实施例中以任何适合方式结合在一起。

而且，单一实施例所披露的所有特征并不是本发明创造性方面的全部。因此，此详细说明之后的权利要求在此明确地并入此详细说明书中，各个权利要求作为本发明的独立实施例单独存在。

图1所示为按照本发明的一个实施例同时处理单个数据流数据的线路结构。如图1所示，结构100包括记忆体105以缓冲数据流110并提供数据流视窗115。数据流视窗115可使几个信道处理机120₁-120_n中的一个或多个维持对每个信道流入或流出数据流中的一些连续数据的存取。然后信道处理机进行处理。每次信道处理从新开始时，已保存的内容就被装载入信道处理机。每次处理暂停时，内容就被存入内容存储库中直到处理继续。当数据流110的新的部分(即新数据)到达时，按排程取出某一信道的视窗内容。视窗内容被取出时，数据流视窗115内捕捉到的数据被转换以插入到新数据，从而取代数据流视窗内以前的数据(即较早到达的数据被丢弃)。处理机120₁-120_n同时存取数据流视窗内的不同点或共享点。各个处理机120₁-120_n可同时处理数据流视窗115内随时间转换的数据中的多个部分。

图2所示为按照本发明一个实施例的多信道可配置存取结构。如图2所示，一次装载一个信道的数据流视窗216和存取矩阵225连接。存取矩阵225包括到数据流视窗216内已选数据的可配置存取点。数据流视窗216已选数据通过存取矩阵225连接到处理机120₁-120_n，处理机可分析、操作或生成信道流数据。信道流内容选自位于215的多信道。因此可在按照本发明实施例的多信道系统的所有信道中高效地共享和利用可用的处理机120₁-120_n。

按照本发明的可选实施例可构建一个详细数据流操作路径。图3所示为按照本发明实施例可在其中构建数据流操作路径的系统。如图3所示，系统300包括提供输入存取矩阵325A的多信道输入数据流视窗315A。数据流操作功能330由一个或多个处理机组成并操作输入数据，包括使用提取功能331，处理功能332和合成过程333。同步功能335使输入数据流视窗315a和输出数据流窗口315B同步。输出存取矩阵325B决定了输出数据流多信道视窗315B。如需要数据缓冲存储时，可通过芯片缓冲记忆体340和外部记忆体接口345提供集成电路的内部和外部记忆体。

本发明的一个实施例包括提供多信道内容转换功能的系统，该系统以总体输入或输出带宽的速度转换内容。也就是说，和指定信道相应的数据流视窗可以和所用通信系统的超高带宽相应的速度得到转换。

图4所示为按照本发明一个实施例的设有与所需超高带宽相应的内容转换速度的系统。如图4所示，信道因而分区为多个内存条，例如如内存条450₁-450₈所示。各个内存条450₁-450₈可以与总带宽需要除以内存条450₁-450₈的数量相应的显著减少的速度进行操作。从多信道到达的数据在相应的写入缓存460₁-460₈排队等候，直到该指定信道被缓冲排程管理逻辑电路470取出。

图5所示为按照本发明一个实施例应用于通信数据的多信道数据传送系统。本发明的实施例可应用于如图5所示的通信系统。如图5所示，系统500将多个独立信道575接入一个单独多元超高宽带信道580。信道575中的每一个信道都可承载着不同格式和协议的数据，这些数据需要翻译或映射至高带宽多元信道580。因此矩阵(例如矩阵585A和矩阵585B)在两个方向都有实例，允许共享处理机高效地取出，处理和合成已传送的数据流。

图6所示为按照本发明一个实施例部分数据流被同时处理的过程。如图6所示，过程600以操作605开始，该操作中一部分数据流被接收在流缓存器中。

在操作610中数据流视窗装载正在接受处理的信道的内容。

在操作615中，多个处理机中的每一个存取来自于数据流视窗的已选数据。

在操作620中各个处理机同时实现对各自已存取数据的所需操作。

信道缓冲

如上文所述，按照本发明实施例的多信道内容转换系统可提供几百或者甚至几千个信道的处理。不断增加的信道数量相应地需要频繁的内容转换以制定各个信道上的各样事件(如比特、字节或数据帧的到达)的排程。较频繁的内容转换会消耗系统资源。按照本发明的一个实施例，事件(如极微小量的数据到达信道)得到缓冲，仅在每个信道某事件数积累之后才把内容排程，从而减少内容转换的频率。

图7所示为按照本发明一个实施例执行信道缓冲和多实例储存共享的内容转换系统。如图7所示，系统700包括多个信道缓冲器，例如如信道缓冲器7701-7703所示。按照本发明一个实施例，对于各个信道来说，各个信道的多个事件积累在相应的信道缓冲器内。事件可包括极微小量的数据的到达，极微小量的数据可为一个比特、字节或数据包。仅当事件的数量(如特定数量的数据)积累到一定数量时，排程器765才把要处理的数据排程。排程器对各个信道按优先次序编程并分配带宽。当各个信道调度程序关于缓冲数据的编程标准达到时，通过以信道内容载入信道处理机调用信道处理。对于本发明的一个实施例，每个信道积累的数据由多个信道处理机器中的一个进行处理，例如如信道处理机720₁-720₃所示。信道处理机进行实际处理。每次信道处理重新开始时，信道处理机载入已存内容。每次处理暂停时，内容被存入内容存储器直到处理继续。本发明的一个实施例中，每个信道所规定的事件积累数量可动态地被确定以解决各个信道不断变化的需要或者使输入信道的数据速率和信道处理机的数据处理表现相匹配。这可通过控制各个信道的排程和信道的缓冲宽度而实现。在本发明的一个实施例中，基于系统记忆体资源可计算各个信道积累事件的指定数量以改进对记忆体的利用。这可通过控制排程和缓冲的宽度而实现。

如上所述，各个信道积累的事件的指定数字(例如调度频率和缓冲宽度)可不同。此实施例可在基于时分复用(TDM)的系统中执行以更高效地分配系统资源并提供优质服务水平。因为每个信道的缓冲数量是可控的，所以可修改时分复用(TDM)系统使时隙不相等而区分不同的时分复用(TDM)信道的优先次序。通过改变缓冲器大小和服务频率，可保持高服务质量(QOS)的信道。此外，系统700包括信息包记忆体775用来储存基于数据包加以进一步集合和处理。系统700可使用信道缓冲提供给基于数据包所需的服务质量(QOS)。也就是说，按照一个实施例的系统可在时分复用(TDM)和基于数据包的时分复用(TDM)信息之间接口，时分复用(TDM)数据信息可以数据包方式存储和以基于数据包以类似时分复用(TDM)的方式存储。

分区记忆体存取

如上文所述参照图7执行的信道缓冲可使系统记忆体存取被分成多个时隙，每个时隙为机器的一个事例服务。也就是说，由于执行了信道缓冲，记忆体在各个极微小量的数据到达时不会被存取，只有一定量的数据到达之后才会被存取。这释放了相应数量的记忆体存取带宽。如图7所示，系统700包括记忆体740，记忆体分成多个内容储存段的区，例如如内容储存段741₁-741_n所示。把记忆体存取分成不同时隙的区可增加记忆体存取带宽，允许连续的记忆体结构以服务多个内容转换系统的多个事例，其中每个以各自对应的时段存取记忆体。此实施例使得不同等级的分级信道(如T1，T2和T3)由共享同一记忆体结构的不同的内容交换装置处理。因此可在增加效率的同时减少端口数和记忆体基本设施量。

多端口共享数据存取

可能需要内容转换任务对不同的无关联时钟域的输入端口到输出端口的数据进行传送和处理，无关联是指各个端口的调度没有关联。也就是说，因为各个端口都有决定其调度的自有事件，所以不可能进行满足两个端口的调度。但各个端口仍然需要传送数据。在这种情况下，多个通信任务的数据共享应受到管理和保护。

按照本发明的一个实施例，内容记录可在多个任务之间共享。图8所示为按照本发明一个实施例执行多端口无关联共享存取的系统。当两个或更多实体需要共享数据时可使用共享内容记录。如图8所示，每个共享内容记录例如共享内容记录805分为四段，其中两个为只可分别通过其主端口存取的专用段，另外两个区域中各个区域只能在一边主端口可写入而只能在另一边主端口读取。因此各个多信道内容可转换机810A和810B都不能将数据写入同一字段而损毁数据，但可把数据写入共享空间以与另一个转换机传递信息，该共享空间中仅有一个端口可写入而另一端口可读取。如图8所示，共享内容记录805的第1区段可从端口A读取或写入，而第4区段可从端口B读取或写入。第3区段仅能从端口A写入，从端口B读取，同时第3区段只能从端口B写入，从端口A读取。因此共享内容记录允许多个实体间的数据共享。排程器865如上文参照图7所述将内容转换排程。

本发明的一个实施例使用单个内容转换基本设施(相对于多个内容转换基本设施)以使带有独立时间域的端口之间可以通信。因此独立和无关联的信道处理任务可通过存取共享记忆体空间在相互之间通信和传递数据，该共享存储空间由多个任务独立排程。尽管如参照的基于内容转换的多信道同时处理系统所述，如参照图8所述的分区共享内容记录方法同样可应用于传统的内容转换方法。

多层次水平支持

很多协议如PDH，SONET或者同步数字阶层体系(SDH)在分级的基础上操作。例如，PDH包括一个DS3信道，DS3信道包括7个DS2信道，DS2信道依次地包括4个DS1信道。为处理这种分级数据，必须提取一个信道的所有子信道然后将子信道引到独立的处理机。

按照本发明的一个实施例，分级数据通过执行多信道同时处理系统的多个实例而得到高效处理。图9所示为按照本发明的一个实施例使用多个多信道同时处理系统处理基于层次数据的方法。如图9所示，系统900包括多个多信道同时处理系统的多个实例。该机器的各个实例都包括信道处理内容储存功能905。当机器与某一时刻正在处理数据时的状态被视为该信道处理内容，将其储存在一记忆体内可暂停一信道处理任务，这会释放机器的资源以处理其它信道，随后又重新装载已存内容以继续信道处理。处理分级协议时，每一分级分配给一个记忆体空间。内容包括数据流经过的流视窗915和在某一时刻捕获的处理信道的机器处理状态920。被处理的信道的内容由获取的信道功能910储存。一个等级层次的所有信道的处理可通过独立排程器965实现。

如图9所示，初级输入从网络接收到机器的第一实例。所示为同时多信道初级数据流925。然后初级数据的子信道被提取。例如，如果初级数据为T3，那么7个T2信道被提取(例如，通过创建包括初级数据的每个第7个比特组成的流)。从主信道提取的子等级信道由第二层次系统实例处理。随后的等级层次以类似方式处理。在信道未被处理的期间，每一等级的初级数据流或已提取的数据流使用积累和排队功能930在每一信道积累。

系统900包括一下一比特(next bits)的扫描信道935，该信道把数据储存在带有下一组待处理比特群的流视窗内。系统900还包括一个流存取交叉矩阵开关(crossbar)940，交叉矩阵开关穿过各个处理机运行，把流内所需比特连接到相应的处理机上。

帧同步

数据流如TDM数据流等经常包括连续的大小固定的数据帧。处理这些信号首先要检测帧定位并对其进行流处理同步。这意味着要确定各个帧开始之处。对于一些TDM协议和其它协议可执行同步模式，其中多个连续的帧中每个帧的第一比特包括允许帧定位检测的模式。

帧同步需要时间和资源。例如，比方说带有200位帧(各个位都带有相应的位槽)和20位帧定位指示器的数据流，实际值取决于协议。最初一个视窗宽度的周期视窗内各个位都可成为帧定位的候选者和应和同步模式对照，这通常由某个状态机进行。数据流中来自某个特定位槽的20帧段上的比特在模式检测装置中评估。如果检测不到帧定位模式，数据流中来自下一位槽的20帧段上的比特会被评估。此方法可能需要800,000位进行帧定位检测。

按照本发明的一个实施例，内容转换装置应用于数据帧的位槽，帧内每一比特被视为一个内容。当该比特到达时，候选位槽的内容被调用。同时分析下一比特而无需等待200比特(即一帧中的比特数)。在一个实施例中，信道内容被分成多个字段(每状态机位一个字段)，每一字段担当一个移位寄存器，把全部移位寄存器的各个比特分组代表各个位槽的同步状态机内容。

图10所示为按照本发明的一个实施例使用内容转换的信道帧同步方法。如图10所示的系统1000包括一个帧槽同步候选状态存储器1005，其中帧内每个位槽的同步机状态作为内容记录存储在该记忆体内。如例所示，系统1000还包括多个循环移位寄存器如移位寄存器1010A-1010C。移位寄存器宽度和帧大小相同，各个状态位都保持在移位寄存器内。新状态通过之前状态算出并存入状态位循环移位寄存器各自的比特。状态机1020进行同步并宣布同步检测。

为实现帧同步，自信道缓冲器1015的比特一到达，下一个比特状态机内容就被状态机1020获取并进入其中。然后此内容和到达的比特一起处理，已更新的状态内容被存到移位寄存器1010A-1010C。

尽管对参照基于内容转换的多信道同时处理系统进行了描述，但按照图10所述的帧同步方法同样可应用于传统的内容转换方法，并可用来为多种类型的TDM帧同步提供帧同步。

本发明实施例提供了通过以数据流视窗转换数据来允许同时处理数据流多个部分的集成电路设计。按照本发明的一个实施例，数据流视窗有多个存取点把数据流多个部分和一个或多个处理机连接起来。按照本发明的不同实施例，存取点可固定或者可选地编程为可存取视窗内的任何数据部分。

对于本发明的一个实施例，进行的处理包括同步、分析、字段提取、数据操作和输出流合成等的一种或更多。

在本发明的一个实施例中，多个数据流可通过一般共享逻辑进行处理。对于该实施例，数据流可从存储器获取，处理，然后在任何点返回存储器。

按照本发明的一个实施例，两个或更多多信道数据处理系统的实例相连接。对于该实施例，每个实例可负责某数据处理。例如，一个多信道数据处理系统可专用于流同步和提取，而另一个可专用于合成输出数据流。

在本发明的一个实施例中，处理在不同阶段间进行并可使用内部及外部记忆体暂时储存进行数据流处理时所需的数据。

在本发明的一个实施例中，多流高速内容转换装置可利用速度只占内容转换速度一分数的存储器，通过在多个受排程装置控制的存储器之间分配流储存位置，以保证存储器的读写操作有足够的存取时间。

在本发明的一个这样的实施例中，多流高速内容转换装置的两个实例得以执行。每个实例对应着通信系统的两个路径方向中的一个进行执行。这种通信体系可处理同一协议的流，该协议例如可为T1协议或HDLC协议或以太网协议或ATM协议或帧中继协议或MPLS协议或其它协议。

本发明的不同实施例执行或进行以下部分或全部的任务：信道缓冲、记忆体存取分区、多端口信道数据存取、分级数据处理和信道帧同步。

本发明的实施例包括各种不同操作如插入、缓冲、处理和数据操纵。对于不同的实施例，可增加或删除所述一个或多个操作。本发明的操作可由硬件元件执行，或可包含在机器可执行的指令里，上述指令可用来使一般用途或特殊用途处理器或者和该指令一起编程的逻辑电路执行这些操作。操作也可由软硬件结合起来执行。本发明的实施例可作为计算机程序产品提供，所述计算机程序产品可包括到其上存有指令的可机读媒介，使用这些指令可用于计算机(或其它电子装置)的编程，以执行按照本发明的程序。可机读媒介可包括但并不限于软盘、光盘、光盘驱动器和磁光盘、只读记忆体、随机存取记忆体、可擦除可编程只读记忆体(EPROM)、电子可擦除可编程只读记忆体(EEPROM)、磁卡或光卡、快闪记忆体或者其它类型适合存储电子指令的媒介/可机读媒介。此外，本发明也可作为计算机程序产品下载，其中通过包含在载波或其它经通信用单元的传播媒介(如调制解调器或网络连接)内的数据信号，程序可从一台远程计算机传输到一台请求计算机。

此外，尽管如多信道通信系统环境下不同的实施例所述，本发明的实施例可应用于多个多信道数据传送系统以及用于使用多个数据标准的单个信道数据传送系统。

虽然本发明已使用多个实施例进行过描述，但本领域技术人员意识到本发明不受限于所述实施例，而是可在所附权利要求的范围和精神内加以修改和变更来实践。因此此说明书应被视为说明性而非限制性的。

Claims (9)

1.一种用于处理数据的系统，包括：

用于接收包含待处理的数据的一个或多个数据流的装置；

多个缓冲器，用于在最小为一个比特的极微小量的数据级别对所述一个或多个数据流进行缓冲；

排程器，用于响应于编程标准得以满足而对所述数据的处理进行排程；

多个处理机；以及

用于通过数据流视窗来转换数据流的装置，所述数据流视窗具有多个存取点，其允许所述多个处理机存取数据流的相应部分以及执行对所述数据流的所述相应部分的同时处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述存取点被编程为存取所述数据流视窗内的任何部分。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理选自包括同步、分析、字段提取、数据操纵、输出流合成及其组合的组。

4.根据权利要求1所述的系统，其中多个数据流由一般共享逻辑电路处理，数据流内容在一个处理周期期间从存储装置被获取，并且在所述处理周期完成时被存储到所述存储装置。

5.根据权利要求4所述的系统，其中数据流缓冲器在处理前积累数据。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理选自包括同步、分析、字段提取、数据操纵、输出流合成以及其组合的组。

7.一种用于处理数据的方法，包括：

将数据流的部分接收至流缓冲器，所述数据流的部分包含与多个信道中的第一信道有关的数据，所述数据在最小为一个比特的极微小量的数据级别被缓存；

取得与已接收的所述数据流的所述部分有关的所述第一信道的数据流内容；

响应于编程标准得以满足而使用所取得的所述内容，处理来自所述第一信道的数据，对所述数据的处理使用多个处理机中的一个处理机来进行；以及

同时地处理来自所述多个信道中的一个或多个信道的数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述内容在接收所述数据流的下一部分时转换。

9.根据权利要求8所述的方法，其中需处理的数据包括信道缓冲器内积累的指定数量的事件。

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