CN101807989B - 用于以太网络系统的主装置及其相关时钟同步方法 - Google Patents

Abstract

用于一以太网络系统的主装置，包含有一接收器，用来根据一从装置所传送的数据，产生一相位调整数据，该从装置所传送的数据包含从装置的一恢复时钟的相位信息、一寄存器，耦接于该接收器，用来累计该相位调整数据，以输出一相位调整值、一锁相回路单元，耦接于该寄存器，用来根据该相位调整值，调整一输出时钟的相位，以使该输出时钟的相位与该恢复时钟的相位维持一固定相位差以及一传送器，用来于该主装置从安静模式中苏醒时，根据该输出时钟，传送一初始数据至该从装置。

Description

用于以太网络系统的主装置及其相关时钟同步方法

技术领域

本发明关于一种主装置及其相关时钟同步方法，尤指一种用于以太网络系统的主装置及其相关时钟同步方法。 

背景技术

在一千兆以太网络(Giga Ethernet)系统中，无论有没有数据的传输，主装置(Master)和从装置(Slave)都必须借着传送闲置序列(Idle Sequence)来维持时钟同步。然而，在没有数据传输的情况下，持续地传送闲置序列会造成过多的电力消耗。因此，美国电机及电子工程师协会(Institute of Electricaland Electronics Engineers，IEEE)制定了能源效能以太网络(Energy EfficientEthernet，EEE)的规范来节省电力的消耗。在能源效能以太网络规范下，当主从装置不传送数据时，双方皆进入睡眠模式，仅偶尔醒来传送闲置序列来维持同步。 

在以太网络系统中，从装置是根据接收信号来进行时钟恢复。举例来说，主装置的传送器使用固定的一自由运作时钟(Free Running Clock)来传送信号。当从装置的接收器接收到传送信号后，从装置进行时钟恢复(TimingRecovery)的动作，以产生相同于主装置的该自由运作时钟的一恢复时钟，从装置的传送器及接收器则分别根据该恢复时钟来传送或取样信号。当接收器收到从装置根据该恢复时钟所传送的信号，主装置的接收器进行同步，使接收器取样的相位最佳化。 

为了达到省电目的，千兆以太网络在闲置模式下包含两种机制：对称机制(Symmetric)与非对称机制(Asymmetric)。在对称机制下，主装置和从装置两者在不传送数据时，同时进入安静模式(Quiet Mode)，并在任一方传送数据时，同时苏醒(Wake Up)。在苏醒过程中，主装置主导离开安静模式，从装置只能提出苏醒要求(Request)指令。当传送数据为单一方向时，一方(主装置/从装置)在传数据，另一方(从装置/主装置)无数据传送，但对称机制下必须同睡同醒，无法进入安静模式造成多余电力的消耗。 

非对称机制包含了下列两种情况：第一，从装置进入安静模式，主装置持续发送信号给从装置；由于从装置接收主装置传送的信号，进行时钟恢复的动作，所以双方仍然可以达到时钟同步。第二，当主装置进入安静模式时，从装置持续发送信号给主装置。此模式下，因为从装置没接收到主装置传送的信号，因而无法做时钟恢复的动作。一段时间后，从装置发送信号的时钟因为没有接收到主装置传送端的自由动作时钟而无法执行时钟恢复，造成时钟飘移，当主装置苏醒需要传送第一笔数据时，主装置传送器无法得知，接收器所接收到从装置发送信号的时钟于这段期间相位飘移了多少。因此，主装无法调整传送数据的时钟以相对应于接收数据飘移的相位。 

简言之，在习知非对称机制下，主装置会因为进入安静模式一段时间，而在醒来后无法同步于从装置的时钟，造成从装置接收数据错误。 

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种用于以太网络系统的主装置及其相关时钟同步方法，以避免数据接收错误。 

本发明是揭露一种用于一以太网络系统的主装置，包含有一接收器、一寄存器、一锁相回路单元(Phase Lock Loop，PLL)以及一传送器。该接收器，用来于该主装置操作于一模式切换时，根据一从装置所传送的数据，产生一相位调整数据，该从装置所传送的数据包含从装置的一恢复时钟的相位信息。该寄存器，耦接于该接收器，用来累计该相位调整数据，以输出一相位调整值。该锁相回路单元，耦接于该寄存器，用来根据该相位调整值，调整一输出时钟的相位，以使该输出时钟的相位与该恢复时钟的相位维持一固定相位差。该传送器，用来在该主装置操作在该模式切换时，根据该输出时钟来传送一第一笔数据至该从装置，其中该模式切换是由一安静模式进入一苏醒模式。 

本发明另揭露一种用于一以太网络系统的主装置的时钟同步方法，其包含有当该主装置操作于一模式切换时，根据一从装置所传送的数据，产生相一相位调整数据，该从装置所传送的数据包含从装置的一恢复时钟的相位信息、累计该相位调整资料，以输出一相位调整值、根据该相位调整值，调整一输出时钟的相位，以使该输出时钟的相位与该恢复时钟的相位维持一固定相位差以及当该主装置操作于该模式切换时，根据该输出时钟传送一第一笔 数据至该从装置，其中该模式切换是由一安静模式进入一苏醒模式。 

本发明另揭露一种用于一以太网络系统的主装置，包含有一接收器、一传送器、一侦测单元以及一同步单元。该接收器，用来接收一从装置数据，该从装置数据包含一恢复时钟的相位信息。该传送器，操作于一第一时钟。该侦测单元，耦接于该接收单元及该传送器，用来根据该第一时钟及该恢复时钟，侦测该主装置与该从装置之间的一时钟相位差。该同步单元，耦接于该侦测单元，用来比较该时钟相位差与一容忍值，以于该时钟相位差超过该容忍值时，控制该主装置执行与该从装置同步的一程序。 

本发明另揭露一种用于一以太网络系统的主装置中与一从装置进行时钟同步的方法，包含有接收一从装置数据，该从装置数据包含一恢复时钟的相位信息、根据该第一时钟及该恢复时钟，侦测该主装置与该从装置之间的一时钟相位差以及比较该时钟相位差与一容忍值，以于该时钟相位差超过该容忍值时，控制该主装置执行一与该从装置同步的程序。 

图1为一以太网络系统的示意图。 

图2为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置的示意图。 

附图说明

图3为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置的时钟同步流程。 

图4为本发明另一实施例用于一以太网络系统的主装置的示意图。 

图5为本发明实施例用于一主装置的一接收器的示意图。 

图6为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置的示意图。 

图7为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置的时钟同步流程。 

图8为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置的示意图。 

图9为本发明实施例于一以太网络系统的主装置中可改善同步耗电的流程。 

【主要组件符号说明】 

10                              以太网络系统 

20、40、60                      主装置 

112、122、210、410、710、910    接收器 

111、121、240、430、720、940    传送器 

220                             寄存器 

230、420          锁相回路单元 

120、90           从装置 

SIN               传送数据 

Ph_Data、Ph_AD    相位调整数据 

T_Ph_Data         相位调整值 

Out_Clk           输出时钟 

PDD               相位差信息 

Idl_Seq           闲置序列 

R_Clk             恢复时钟 

IN                接收端 

510               数据估测单元 

520               数字恢复电路 

ERRIN             错误信息 

30、70、90        时钟同步流程 

300、302、304、306、308、310、700、702、704、706、708、90、902、904、906、908、910    步骤 

请参考图1，图1为本发明实施一以太网络系统10的示意图。以太网络系统10为操作于非对称机制下的一千兆以太网络。以太网络系统10包含一主装置110以及一从装置120。主装置110包含有一传送器111，用来传送信号，及一接收器112，用来接收来自于从装置120的信号。从装置120包含有一传送器121，用来传送信号至主装置110的接收器112，及一接收器122，用来接收信号。当主装置110与从装置进行数据传送时，必须保持两者之间的时钟同步关系以使接收器在取样时相位状态为最佳。也就是说，主装置和从装置之间时钟相位必须相同或维持一固定相位差。 

当千兆以太网络系统操作于非对称机制时，主装置110进入一安静模式(Quiet Mode)，其传送器111关闭，且从装置120的传送器121持续发送信号给主装置110的接收器112。本发明提供一种时钟同步方法，当主装置110从安静模式苏醒后开始传送第一笔数据时，主装置110得知这段时间内接收数据飘移了多少相位，因此可调整传送数据的时钟相位以对应于接收数据的 时钟相位，避免传送数据与接收数据不同步造成数据损毁。 

具体实施方式

以太网络系统10采用一回路时序系统(Loop Timing)，其由从装置120根据接收信号进行时钟恢复。举例来说，主装置110的传送器111使用一自由运作时钟(Free Running Clock)来传送信号。当从装置120的接收器122接收到传送信号后，从装置120进行时钟恢复(Timing Recovery)的动作，以产生相同于主装置110的该自由运作时钟的一恢复时钟，传送器121及接收器122则分别根据该恢复时钟来传送或取样信号。当接收器111收到从装置120根据该恢复时钟所传送的信号，接收器111进行同步，使接收器111的时钟相同于该恢复时钟。 

请参考图2，图2为本发明实施例用于一以太网络系统的一主装置20的示意图。主装置20可为以太网络系统10的主装置110，用来改善唤醒机制，以解决主装置20进入安静模式后所产生的异步问题。主装置20包含有一接收器210、一寄存器220、一锁相回路单元230以及一传送器240。接收器210用来于该主装置操作于一模式切换时，根据一从装置的传送数据SIN，产生一相位调整数据Ph_Data，其用来指示增加或减少输出时钟的相位。模式切换为主装置20由一安静模式(Quiet Mode)进入一苏醒模式(Wake-up Mode)。从装置的传送数据SIN包含有恢复时钟的时钟信息。因此，透过从装置的传送数据SIN，主装置20可以解出恢复时钟，以取得相位信息。寄存器220耦接于接收器210，用来累计相位调整数据Ph_Data，以输出一相位调整值T_Ph_Data。锁相回路单元230耦接于寄存器220，用来根据相位调整值T_Ph_Data，调整一输出时钟Out_Clk的相位，以使输出时钟Out_Clk的相位与恢复时钟的相位维持一固定相位差。换句话说，透过储存于寄存器220的相位调整值T_Ph_Data，主装置20可得知于安静模式时随着时间增加，恢复时钟飘移了多少相位，因此可调整传送数据的时钟相位以对应于接收数据的时钟相位，以维持与恢复时钟的相位一固定相位差。当主装置从安静模式中苏醒，传送器240根据输出时钟Out_Clk来传送第一笔数据，以避免传送数据与接收数据不同步造成数据损毁。之后，主装置的传送器恢复至使用固定的一自由运作时钟(Free Running Clock)来传送信号。 

简言之，当主装置20从安静模式中苏醒并传送第一笔数据传送时，调整输出时钟Out_Clk相位以对应于接收数据的时钟相位，传送器220根据输出时钟Out_Clk传送信号以维持与恢复时钟一固定相位差，避免传送数据与接 收数据不同步造成数据损毁。 

请参考图3，图3为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置的时钟同步流程30，其包含以下步骤： 

步骤300：开始。 

步骤302：当一主装置操作于一模式切换时，根据一从装置所传送的数据SIN，产生一相位调整数据Ph_Data。 

步骤304：累计相位调整数据Ph_Data，以输出一相位调整值T_ph_Data。 

步骤306：根据相位调整值T_ph_Data，调整一输出时钟的相位Out_Clk，以使输出时钟Out_Clk的相位与恢复时钟的相位维持一固定相位差。 

步骤308：当该主装置操作于该模式切换时，根据输出时钟Out_Clk传送一初始数据至该从装置。 

步骤310：结束。 

流程30是用以说明图2主装置20的时钟同步操作，因此详细说明请参考前面说明，在此不赘述。因此，藉由流程30，主装置20从安静模式醒来后，传送器可调整其第一比传送数据的时钟的相位达到同步的目的。 

另一方面，关于流程30的实现，本领域具通常知识者可依据实际需求做适当的修改。举例来说，请参考图4，图4为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置40的示意图。主装置40可为以太网络系统10的主装置110，其架构与图2主装置20类似，不同处在于接收器410接收到相位调整数据Ph_Data后，锁相回路单元420实时调整输出时钟Out_Clk的相位。主装置40包含有一接收器410一锁相回路单元420及一传送器430。接收器410与主装置20的接收器210的运作原理相同，于此不再赘述。锁相回路单元420用来根据相位调整资料Ph_Data，实时调整传送数据的时钟相位以对应于接收数据的时钟相位，在传送第一笔数据时以维持与恢复时钟一固定相位差，避免传送数据与接收数据不同步造成数据损毁。之后，主装置的传送器恢复至使用固定的一自由运作时钟(Free Running Clock)来传送信号。 

请参考图5，图5为本发明实施例用于一主装置的一接收器50的示意图。接收器50可为主装置20的接收器210或主装置40的接收器410，其包含一接收端IN、一数据估测单元510及一数字恢复电路520。接收端IN用来接收一从装置所传送的数据，如前述的传送数据SIN。数据估测单元510可进行 功率控制、信道估测等信号处理，主要用来根据该从装置所传送的数据，产生一错误信息ERRIN。数字回复电路520用来根据错误信息ERRIN，产生一相位调整数据Ph_AD。相位调整数据Ph_AD可为前述的相位调整数据Ph_Data，用来产生一上移(Up)或下移(Down)信号，以指示传送端的锁相回路单元调整输出时钟的相位。 

请参考图6，图6为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置60的示意图。主装置60操作于安静模式下，用以与一从装置进行时钟同步，其藉由双方时钟的差距，动态调节一苏醒时间以重新进行时钟同步。主装置60包含有一接收器610、一传送器620、一侦测单元630以及一同步单元640。接收器610用来接收一从装置数据SIN。其中，从装置所传送的数据SIN包含从装置的一恢复时钟R_Clk的相位信息。因此，接收器接收数据SIN后，藉由内部电路运算可解得恢复时钟R_Clk的相位信息。传送器620操作于一第一时钟FR_Clk。较佳地，第一时钟FR_Clk为一自由动作时钟。侦测单元630耦接于接收器610及传送器620，用来根据该第一时钟FR_Clk及恢复时钟R_Clk，侦测主装置与从装置之间的一时钟相位差。同步单元640用来比较时钟相位差Ph_Delta与一容忍值X，于该时钟相位差超过该容忍值X时，控制主装置60执行与从装置同步的一程序。与从装置同步的程序包含主装置60发送一闲置序列(Idle Sequence)给从装置。借着接收的闲置序列，从装置重新整理时钟及同步。 

举例来说，容忍值X设定为5个时钟周期。在此情况下，当时钟相位差Ph_Delta超过5个相位差时，主装置60从安静模式中醒来，发送一闲置序列给从装置。借着接收的闲置序列，从装置重新整理时钟及同步。相反地，当时钟相位差Ph_Delta未超过5个时钟周期时，主装置60继续保持安静模式，以节省耗电。因此，主装置60可动态的调整醒来时间以避免过常醒来造成的耗电问题。 

请参考图7，图7为本发明实施例用于一以太网络系统的主装置60的时钟同步流程70，其包含下面步骤： 

步骤700：开始。 

步骤702：接收一从装置数据SIN。 

步骤704：根据一第一时钟FR_Clk及一恢复时钟，侦测该主装置与该从装置之间的一时钟相位差Ph_Delta。 

步骤706：比较时钟相位差Ph_Delta与容忍值X，控制该主装置执行与该从装置同步的一程序。 

步骤708：结束。 

流程70用以说明图6主装置60的时钟同步操作，因此详细说明请参考前面说明，在此不赘述。因此，藉由流程70，主装置动态调整苏醒时间以重新同步时钟。 

请参考图8，图8为本发明实施例用于一以太网络系统的从装置80的示意图。从装置80用来改善以太网络系统同步耗电问题。从装置80包含有、一接收器810、一运算单元820、一时序调整单元830及一传送器840。接收器810，用来接收来主装置的一闲置序列Idl_Seq，其中闲置序列Idl_Seq包含有来自主装置的一自由运作时钟信息。运算单元820，耦接于接收器810，根据闲置序列Idl_Seq，产生一相位差信息PDD。传送器840，用来根据一输出时钟Out_Clk传送数据至主装置。时序调整单元830，耦接于运算单元820，用来根据相位差信息PDD，调整该输出时钟Out_Clk。当主装置每隔一段时间从安静模式中醒来传送一闲置序列Idl_Seq以维持同步时，从装置80接收闲置序列Idl_Seq，并得知包含于其中的主装置的时钟信息。透过运算单元，计算出传送器840目前所传送数据的时钟与主装置的时钟信息两者之间的相位差，以产生出相位差信息PDD。当相位差信息PDD大于门限值Y时，时序调整单元840实时调整传送数据的时钟以对应包含于闲置序列Idl_Seq的时钟信息。如此一来，可延长主装置发送闲置序列Idl_Seq的时间间隔，避免主装置常常从安静模式中苏醒所造成的耗电问题并达到同步的目的。 

请参考图9，图9为本发明实施例用于一以太网络系统的从装置80中可改善同步耗电的流程90，其包含下面步骤： 

步骤900：开始。 

步骤902：接收来自一主装置的一闲置序列Idl_Seq。 

步骤904：根据闲置序列Idl_Seq，产生一相位差信息PDD。 

步骤906：根据相位差信息PDD，调整一输出时钟Out_Clk。 

步骤908：根据输出时钟Out_Clk传送数据至该主装置。 

步骤910：结束。 

流程90用以说明图8主装置80，因此详细说明请参考前面说明，在此不赘述。因此，藉由流程90，主装置控制发送闲置序列的时间间隔来达到省 电同步的目的。 

综上所述，本发明实施例中主装置增加一组锁相回路，当主装置从安静模式中苏醒，于传送第一笔数据时振荡出可调变初始相位的时钟，以对应于接收数据的时钟相位，维持一固定相位差。藉此改善习知技术中主装置与从装置必须同睡同醒的问题或非对称机制下无法同步的问题，进而达到省电的目的。此外，透过更改苏醒机制，延长主装置发送闲至序列时间间隔，避免过常从安静模式中苏醒造成耗电问题。 

以上所述仅为本发明的实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (14)

1.一种用于一以太网络系统的主装置，包含有：

一接收器，用于该主装置操作于一模式切换时，根据一从装置所传送的数据，产生一相位调整数据，该从装置所传送的数据包含从装置的一恢复时钟的相位信息；

一寄存器，耦接于该接收器，用来累计该相位调整数据，以输出一相位调整值；

一锁相回路单元，耦接于该寄存器，用来根据该相位调整值，调整一输出时钟的相位，以使该输出时钟的相位与该恢复时钟的相位维持一固定相位差；以及

一传送器，用来根据该输出时钟传送一第一笔数据至该从装置，

其中该模式切换是由一安静模式进入一苏醒模式。

2.如权利要求1所述的主装置，其中该以太网络系统是一千兆以太网络系统。

3.如权利要求1所述的主装置，其中该接收器包含：

一接收端，用来接收该从装置所传送的数据；

一数据估测单元，耦接于该接收端，用来根据该从装置所传送的数据，产生一错误信息；以及

一数字恢复电路，用来根据该错误信息，产生该相位调整值。

4.一种用于一以太网络系统的主装置的时钟同步方法，包含有：

当该主装置操作于一模式切换时，根据一从装置所传送的数据，产生一相位调整数据，该从装置所传送的数据包含从装置的一恢复时钟的相位信息；

累计该相位调整数据，以输出一相位调整值；

根据该相位调整值，调整一输出时钟的相位，以使该输出时钟的相位与该恢复时钟的相位维持一固定相位差；以及

在该主装置操作于该模式切换时，根据该输出时钟传送一第一笔数据至该从装置，

其中该模式切换是由一安静模式进入一苏醒模式。

5.如权利要求4所述的时钟同步方法，其中该以太网络系统是一千兆以太网络系统。

6.如权利要求4所述的时钟同步方法，其中根据该从装置所传送的数据，产生相同于该从装置的该时钟的该第一时钟及该相位调整数据，包含有：

接收该从装置所传送的数据；

根据该从装置所传送的数据，产生一错误信息；以及

根据该错误信息，产生该相位调整数据。

7.一种用于一以太网络系统的主装置，用来与一从装置进行时钟同步，该主装置包含有：

一接收器，用来接收一从装置数据，该从装置数据包含一恢复时钟的相位信息；

一传送器，操作于一第一时钟；

一侦测单元，耦接于该接收单元及该传送器，用来根据该第一时钟及该恢复时钟，侦测该主装置与该从装置之间的一时钟相位差；以及

一同步单元，耦接于该侦测单元，用来比较该时钟相位差与一容忍值，以于该时钟相位差超过该容忍值时，控制该主装置执行与该从装置同步的一程序。

8.如权利要求7所述的主装置，其中该主装置操作于一安静模式。

9.如权利要求7所述的主装置，其中该以太网络系统是一千兆以太网络系统。

10.如权利要求7所述的主装置，其中与该从装置同步的该过程控制该主装置从安静模式中苏醒并控制该传送器传送一闲置序列至该从装置。

11.一种用于一以太网络系统的主装置中与一从装置进行时钟同步的方法，包含有：

接收一从装置数据，该从装置数据包含一恢复时钟的相位信息；

根据一第一时钟及该恢复时钟，侦测该主装置与该从装置之间的一时钟相位差；以及

比较该时钟相位差与一容忍值，以于该时钟相位差超过该容忍值时，控制该主装置执行一与该从装置同步的程序。

12.如权利要求11所述的方法，其中该主装置操作于一安静模式。

13.如权利要求11所述的方法，其中该以太网络系统是一千兆以太网络系统。

14.如权利要求11所述的方法，其中与该从装置同步的该过程控制该主装置从安静模式中苏醒并控制该传送器传送一闲置序列至该从装置。

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