CN102045608B

CN102045608B - 用于光通信的网络设备及其自动配置交换接口的方法

Info

Publication number: CN102045608B
Application number: CN2010106131253A
Authority: CN
Inventors: 张寿棋; 彭少宁
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102045608A

Abstract

本发明涉及一种用于光通信的网络设备及其自动配置交换接口的方法，设备包括交换芯片及与交换芯片相连的CFP接口，其中，交换芯片设置有多种光端口模块及多个通道；网络设备还包括：存储器，通过A/D总线或控制总线与交换芯片相连，存储有多种光端口配置信息；交换芯片接口控制器，通过I²C总线与CFP接口连接，通过地址线与存储器相连；交换芯片接口控制器用于通过I²C总线检测CFP接口上的光模块的类型，并通过地址线从存储器中选择与光模块的类型相对应的端口配置信息；交换芯片用于通过A/D总线或控制总线从存储器中读取相应的端口配置信息，并根据相应的端口配置信息配置相应的光端口模块及通道与CFP接口相连。

Description

用于光通信的网络设备及其自动配置交换接口的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种用于光通信的网络设备及其自动配置交换接口的方法。

背景技术

CFP接口、XLAUI接口、CAUI接口是40/100G以太网标准IEEE 802.3ba新定义的40/100G接口。

其中，CFP接口可兼容1×100G、1×40G、2×40G和3×40G等多个类型的40G/100G端口。CFP接口采用148针，分上下两层，分别是1到74，75到148；信号接口主要分为独立于MDIO的6个控制信号、5个告警信号、8个MDIO信号，以及分别应用于发送和接收的数据信号。CFP接口可以直接连接CFP光模块，支持单模光模块和多模光模块、不同光速率的光模块，并支持光模块的热插拔。

XLAUI接口为40G附加单元接口，分为4个通道，用于扩展连接40G物理介质接入(PMA)子层之间的物理接口。

CAUI接口为100G附加单元接口，分为10个通道，用于扩展连接100GPMA子层之间的物理接口。

XLAUI接口与CAUI接口具有以下特性：

1).独立的发送/接收通路；2).低电平AC耦合差分信号；3).40G/100G接口使用相同的技术；4).XLAUI使用4个lanes，CAUI使用10个lanes；5).使用并行电口，每个lane的速率为10.3125Gb/s；6).差分线对的特性阻抗为100欧±10％。

定义XLAUI接口与CAUI接口的目的是：在40G/100G运用中，使芯片到芯片、芯片到光模块的连接接口标准化。

现有交换机中，交换芯片的接口配置如图1～图3所示，图1中，交换芯片的接口配置成100G的CAUI接口，连接到CFP接口，可以对外提供1个100G的端口。这样，CFP接口中可插入100G的光模块。图2中，交换芯片的接口配置成40G的XLAUI接口，连接到CFP接口，可以对外提供1个40G的端口。这样，CFP接口中可插入40G的光模块。图3中，交换芯片的接口配置成2个40G的XLAUI接口，连接到CFP接口，可以对外提供2个40G的端口。这样，CFP接口中可插入2×40G的光模块。

现有技术存在的缺陷在于：交换芯片的接口配置固定，CFP接口只能工作在固定速率的模式下，无法满足插入多种光模块的需求。比如配置成100G，这时候插入40G的光模块则交换机无法正常工作和交换。

发明内容

本发明提出一种用于光通信的网络设备及其自动配置交换接口的方法，以克服现有技术中交换芯片接口配置固定，CFP接口只能工作在固定速率的模式下，无法满足插入多种光模块的需求的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于光通信的网络设备，包括交换芯片及与所述交换芯片相连的CFP接口，其中，所述交换芯片设置有多种光端口模块及多个通道；

所述网络设备还包括：

存储器，通过A/D总线或控制总线与所述交换芯片相连，存储有多种光端口配置信息；

交换芯片接口控制器，通过I²C总线与所述CFP接口连接，通过地址线与所述存储器相连；

所述交换芯片接口控制器用于通过I²C总线检测所述CFP接口上的光模块的类型，并通过所述地址线从所述存储器中选择与所述光模块的类型相对应的端口配置信息；所述交换芯片用于通过所述A/D总线或控制总线从所述存储器中读取所述相应的端口配置信息，并根据所述相应的端口配置信息配置相应的光端口模块及通道与所述CFP接口相连。

本发明还提供了一种上述用于光通信的网络设备自动配置交换接口的方法，包括：

交换芯片接口控制器检测网络设备的CFP接口是否插入光模块；

在所述CFP接口插入光模块的情况下，所述交换芯片接口控制器读取所述CFP接口上的光模块的类型；

所述交换芯片接口控制器根据所述光模块的类型，从存储器中选择相应的端口配置信息；

所述交换芯片从所述存储器中读取所述相应的端口配置信息，并根据所述相应的端口配置信息配置相应的光端口模块及通道与所述CFP接口相连。

本发明提供的用于光通信的网络设备及其自动配置交换接口的方法，通过交换芯片接口控制器检测光模块的在位信息和光模块的类型，并根据检测结果控制交换芯片从存储器中读取相应的光端口配置信息，交换芯片利用读取的光端口配置信息配置面向CPF接口的端口形式，解决了现有技术中网络设备的CFP接口只能工作在固定速率的模式的问题，实现了网络设备的CFP接口自适应光模块。并且，光端口配置信息存储在存储器中，增强了用于光通信的网络设备交换接口配置的可升级性，后续升级只需要重新对存储器进行烧片，无需改动硬件电路即可实现交换接口的配置升级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有交换机中交换芯片的一种接口配置示意图；

图2为现有交换机中交换芯片的另一种接口配置示意图；

图3为现有交换机中交换芯片的又一种接口配置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种用于光通信的网络设备的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的上述用于光通信的网络设备自动配置交换接口的方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的另一种用于光通信的网络设备的结构示意图；

图7为图6所示用于光通信的网络设备自动配置交换接口的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图4为本发明实施例提供的一种用于光通信的网络设备的结构示意图。如图4所示，用于光通信的网络设备包括交换芯片41、与交换芯片41相连的CFP接口42、存储器43、及交换芯片接口控制器44。

交换芯片41是具有交换和控制功能的芯片，可通过Xilinx和Altera提供的支持40G和100G以太网的IP核实现，也可通过现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)实现。

交换芯片41设置有多种光端口模块411及多个通道。光端口模块411设置于交换芯片41的内部，可为100G光端口模块和40G光端口模块，以与通道相结合，分别实现100G的CAUI接口输出、1×40G的XLAUI接口输出、2×40G的XLAUI接口输出、3×40G的XLAUI接口输出。

多种光端口模块411可包括100G MAC+PCS+PMA模块、40G MAC+PCS+PMA模块、2×40G MAC+PCS+PMA模块、3×40GMAC+PCS+PMA模块中的至少两种。相应地，多种光端口配置信息包括100G端口配置信息、40G端口配置信息、2×40G端口配置信息及3×40G端口配置信息中的至少两种。如当多种光端口模块411包括100G MAC+PCS+PMA模块、40G MAC+PCS+PMA模块时，多种光端口配置信息包括100G端口配置信息、40G端口配置信息；当多种光端口模块411包括100GMAC+PCS+PMA模块、2×40G MAC+PCS+PMA模块时，多种光端口配置信息包括100G端口配置信息、2×40G端口配置信息等等。多种光端口配置信息至少包括交换芯片41中多种光端口的配置信息。

存储器43可为flash等可读写的存储芯片，用来存储多种光端口配置信息，通过A/D总线或控制总线与交换芯片41相连。交换芯片41可通过A/D总线或控制总线，从存储器43中读取相应的光端口配置信息。

交换芯片接口控制器44通过I²C总线与CFP接口连接，通过地址线与存储器43相连。如当存储器43中存储最多存储有两种光端口配置信息的情况下，交换芯片接口控制器44可通过一根地址线对分别存储这两种光端口配置信息的空间进行选配；当当存储器43中存储最多存储有四种光端口配置信息的情况下，交换芯片接口控制器44可通过两根地址线如ADDR<n>_out、ADDR<n-1>_out与存储器43相连，对存储器43中分别存储这两种光端口配置信息的空间进行选配，等等。

交换芯片接口控制器44用于通过I²C总线检测CFP接口42上的光模块的类型，并通过地址线从存储器43中选择与所述光模块的类型相对应的端口配置信息；交换芯片41用于通过A/D总线或控制总线从存储器43中读取相应的端口配置信息，并根据相应的端口配置信息配置相应的光端口模块411及通道与CFP接口相连。如当交换芯片接口控制器44检测到CFP接口42插入了100G的光模块，则通过两根地址线选择相应的光端口配置信息供交换芯片41读取，交换芯片41根据该相应的光端口配置信息选择100G光端口模块及通道<0..9>与CFP接口42相连，以实现100G的CAUI接口输出。

交换芯片接口控制器44可通过FPGA、复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammable Logic Device，CPLD）等可编程芯片实现。

本实施例中，用于光通信的网络设备通过交换芯片接口控制器检测光模块的在位信息和光模块的类型，并根据检测结果控制交换芯片从存储器中读取相应的光端口配置信息，交换芯片利用读取的光端口配置信息配置面向CPF接口的端口形式，解决了现有技术中网络设备的CFP接口只能工作在固定速率的模式的问题，实现了网络设备的CFP接口自适应光模块。并且，光端口配置信息存储在存储器中，增强了用于光通信的网络设备交换接口配置的可升级性，后续升级只需要重新对存储器进行烧片，无需改动硬件电路即可实现交换接口的配置升级。

图5为本发明实施例提供的上述用于光通信的网络设备自动配置交换接口的方法的流程图。如图5所示，用于光通信的网络设备上电后，交换接口配置过程包括：

步骤51、交换芯片接口控制器检测网络设备的CFP接口是否插入光模块；

步骤52、在所述CFP接口插入光模块的情况下，所述交换芯片接口控制器读取所述CFP接口上的光模块的类型；

步骤53、所述交换芯片接口控制器根据所述光模块的类型，从存储器中选择相应的端口配置信息；

步骤54、所述交换芯片从所述存储器中读取所述相应的端口配置信息，并根据所述相应的端口配置信息配置相应的光端口模块及通道与所述CFP接口相连。

本发明实施例提供的上述用于光通信的网络设备中，交换芯片41上可进一步设置有状态控制引脚，该状态控制引脚与交换芯片接口控制器44相连，以控制交换芯片41在CFP接口42未插入光模块的情况下处于非配置状态，以降低交换芯片41的功耗，节约能源。

交换芯片接口控制器44还用于在检测到CFP接口上插入光模块的情况下，拉高状态控制引脚上的电平，使交换芯片41处于重新加载配置状态下。交换芯片41用于在状态控制引脚上的电平被拉高的情况下，即状态控制引脚发生从低电平到高电平的跳变时，根据相应的端口配置信息配置相应的光端口模块及通道与CFP接口42相连。当CFP接口42上的光模块拔出后，交换芯片接口控制器44根据检测结果将交换芯片41上的状态控制引脚电平拉低，使交换芯片41处于非配置状态，以降低交换芯片41的功耗，节约能源。

图6为本发明实施例提供的另一种用于光通信的网络设备的结构示意图。如图6所示，用于光通信的网络设备包括FPGA 61、CFP接口62、Flash 63及CPLD 64。

FPGA 61即交换芯片，用于实现光信号的交换和控制，CFP接口62用来插入光模块，Flash 63用于保存FPGA 61的光端口配置信息，CPLD 64即交换芯片接口控制器，用于控制FPGA 61的端口配置。

FPGA 61内部包括一个100G光端口模块和三个40G光端口模块。FPGA 61根据从Flash 63读取的配置信息进行相应的端口配置，可以分别实现100G的CAUI接口输出、1×40G的XLAUI接口输出、2×40G的XLAUI接口输出、3×40G的XLAUI接口输出。

FPGA 61与CFP接口62之间连接有告警信号线、控制信号线和I²C总线，为CFP接口62提供告警信号、控制信号和I²C接口信号，对CFP接口62插入的40G/100G光模块进行控制。

Flash 63的内部划分了四个区域，分别用于保存四个不同的配置信息：1×100G配置空间、1×40G配置空间、2×40G配置空间及3×40G配置空间。

1×100G配置空间保存有1×100G光端口配置信息，1×40G配置空间保存有1×40G光端口配置信息，2×40G配置空间保存有2×40G光端口配置信息，3×40G配置空间保存有3×40G光端口配置信息。其最高两位的地址线为ADDR<n>和ADDR<n-1>，连接到CPLD 64，由CPLD 64提供ADDR <n>和ADDR<n-1>信号。Flash 63根据最高两位地址线的不同组合，可以选通不同的配置区域令FPGA读取。如表1所示。

表1地址线配置和Flash区域对应关系表

地址线配置ADDR<n，n-1>	Flash区域
		00	1×100G配置空间
01	1×40G配置空间
		10	2×40G配置空间
11	3×40G配置空间

CFP接口62是一种40G/100G接口，在CFP-MSA规范中，Tx和Rx数据信号的定义满足802.3ba Annex83A和Annex83B两章分别对CAUI和XLAUI接口的定义和端接。在与交换芯片的连接上，支持1×100G端口、1×40G端口、2×40G端口即3×40G端口等四种端口形式。当CFP接口62支持不同的端口形式时，其各个引脚有不同的信号定义，最多有12对Serdes差分数据信号线对。在与光模块的连接上，CFP接口62可以支持1×100G的光模块、1×40G的光模块、2×40G的光模块及3×40G的光模块。图4中的虚线表示：在FPGA 61加载不同配置时，12个串行并行转换电路(Serdes)通道(Lane)的使用和连接状态是可变的，以适应100G、40G、2×40G和3×40G的连接差异，具体见下文中的说明。

CPLD 64的I²C接口连接到CFP接口62的I²C接口，用于读取CFP接口62中的光模块的在位信息和类型信息，并根据所读取到的信息进行相应的操作。

FPGA 61还设置有program控制引脚，以控制FPGA 61的状态。CPLD54的一个引脚连接到FPGA 61的program控制引脚，以控制FPGA 61处于非配置状态、重新加载配置状态或正常工作状态下。其中，正常工作状态即正常配置状态。

图7为图6所示用于光通信的网络设备自动配置交换接口的流程图。如图7所示，自动配置交换接口的流程包括：

步骤71、用于光通信的网络设备上电后，CPLD 64首先把FPGA 61的program控制引脚的电平拉低，FPGA 61处于非配置状态，此时FPGA的功耗最低。

步骤72、CPLD 64通过I²C接口检测CFP接口62的状态，即是否插有光模块，以及插有光模块的情况下光模块的类型。CPLD 64首先读取CFP接口中光模块的在位信息即是否插有光模块。若检测到CFP接口62一直都没有光模块插入，则继续执行步骤71，FPGA 61保持非配置状态，一直处于最低功耗模式，节省了功耗。若检测到CFP接口62有光模块存在时，则执行步骤73。

步骤73、CPLD 64通过I²C接口读取所插入的光模块的类型，根据插入不同的光模块类型，分别采取不同的策略。

具体地，若CFP接口62上插入的光模块为1×100G类型，则根据CPLD 64表1，将Flash 63的最高两位地址线ADDR<n，n-1>配置为00，映射到Flash 63的1×100G配置空间，以便FPGA 61从中读取相应的光端口配置信息。接着CPLD 64将FPGA 61的Program控制引脚的电平拉高，让FPGA 61开始加载配置。FPGA 61从Flash 63的1×100G配置空间读取配置信息，将其对外的接口配置成100G的CAUI接口，其包含了10个通道，分别连接到CFP接口62的前10对差分数据信号通道<0..9>。此时该CFP接口工作于100G的模式，配合100G的光模块对外提供1个100G的交换接口。端口形式从插入的光模块里面体现，插入的是1×100G的光模块，其端口形式就是1个100G的端口。

若CFP接口62上插入的光模块为1×40G类型，则CPLD 64根据表1将Flash 63的最高两位地址线ADDR<n，n-1>配置为01，映射到Flash 63的1×40G配置空间，以便FPGA 61从该空间读取光端口配置信息。接着CPLD 64将FPGA 61的Program控制引脚电平拉高，让FPGA开始加载配置。FPGA 61从Flash 63的1×40G配置空间读取光端口配置信息，并根据读取的光端口配置信息将其对外的接口配置成1个40G的XLAUI接口，其包含了4个通道，分别连接到CFP接口62的前4对差分数据信号通道<0..3>。此时，该CFP接口62工作于1×40G的模式，配合1×40G的光模块对外提供1个40G的交换接口。在与FPGA 61的连接上，CFP接口62表现为1×40G的端口形式。

若CFP接口62上插入的光模块为2×40G类型，则CPLD 64根据表1将Flash 63的最高两位地址线ADDR<n，n-1>配置为10，映射到Flash 63的2×40G配置空间，以便FPGA 61从该空间读取光端口配置信息。接着CPLD 64将FPGA 61的Program控制引脚电平拉高，让FPGA 61开始加载配置。FPGA 61从Flash 63的2×40G配置空间读取光端口配置信息，并根据读取的光端口配置信息将其对外的接口配置成2个40G的XLAUI接口，即2×40G的XLAUI接口，其包含了8个通道。这8个通道分别连接到CFP接口62的前8对差分数据信号通道<0..7>。此时该CFP接口工作于2×40G的模式，配合2×40G的光模块对外提供2个40G的交换接口。在与FPGA 61的连接上，CFP接口62表现为2×40G的端口形式。

若CFP接口62上插入的光模块为3×40G类型的，则CPLD 64根据表1将Flash 63的最高两位地址线ADDR<n，n-1>配置为11，映射到Flash 63的3×40G配置空间，以便FPGA 61从该空间读取光端口配置信息。接着CPLD 64将FPGA 61的Program控制引脚电平拉高，让FPGA 61开始加载配置。FPGA 61从Flash 63的3×40G配置空间读取光端口配置信息，并根据读取的光端口配置信息将其对外的接口配置成3个40G的XLAUI接口，其包含了12个通道，分别连接到CFP接口62的12对差分数据信号通道<0…11>。此时该CFP接口62工作于3×40G的模式，配合3×40G的光模块对外提供3个40G的交换接口。在与FPGA 61的连接上，CFP接口62表现为3×40G的端口形式。

CFP接口62上有光模块存在时，交换芯片的program引脚为高电平，交换芯片处于正常配置状态，交换接口正常配置并可正常工作。当CPLD 64检测CFP接口62上的光模块拔出时，即CFP接口62上没有插入光模块，则CPLD 64重新将FPGA 61的program引脚电平拉低，FPGA 61重新处于非配置状态，使整机处于最低功耗模式，节省功耗。

本实施例中，用于光通信的网络设备的交换芯片在CPLD的检测控制下，不仅可以根据CFP接口插入光模块的类型自动配置接口的工作模式，能够自适应光模块，并且在CFP接口没有插入光模块的情况下，交换芯片处于非配置状态，有效地节省了整机的功耗。接口的设计由硬件实现，不需要任何电子开关或跳线，使交换接口的可靠性高。光端口配置信息存储在Flash中，使得后续升级只需要重新对Flash进行烧片，改变FPGA的配置即可，无需改动硬件电路，可升级性强。交换芯片使用FPGA逻辑，通过配置实现接口功能，与能够同时支持100G、40G、2×40G、3×40G的专用交换芯片(这种专用交换芯片集成了将实现交换功能的全部硬件)相比，FPGA在插入不同模块时只需加载一个功能，资源逻辑可以复用，因此逻辑规模将极大地减小，功耗也更低。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于光通信的网络设备，包括交换芯片及与所述交换芯片相连的可插拔封装CFP接口，其特征在于，所述交换芯片设置有多种光端口模块及多个通道；

所述网络设备还包括：

交换芯片接口控制器，通过内部集成电路I²C总线与所述CFP接口连接，通过地址线与所述存储器相连；

2.根据权利要求1所述的用于光通信的网络设备，其特征在于，所述交换芯片设置有状态控制引脚，所述状态控制引脚与所述交换芯片接口控制器相连；

所述交换芯片接口控制器还用于在检测到所述CFP接口上插入光模块的情况下，拉高所述状态控制引脚上的电平，使所述交换芯片处于重新加载配置状态下；所述交换芯片还用于在所述状态控制引脚上的电平被拉高的情况下，根据所述相应的端口配置信息配置相应的光端口模块及通道与所述CFP接口相连。

3.根据权利要求1所述的用于光通信的网络设备，其特征在于，所述存储器为flash。

4.根据权利要求1所述的用于光通信的网络设备，其特征在于，所述交换芯片通过FPGA实现。

5.根据权利要求1所述的用于光通信的网络设备，其特征在于，所述交换芯片接口控制器通过CPLD实现。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于光通信的网络设备，其特征在于，所述多种光端口模块包括100G介质访问控制子层MAC+物理编码子层PCS+物理介质接入子层PMA模块、40G MAC+PCS+PMA模块、2×40GMAC+PCS+PMA模块、3×40G MAC+PCS+PMA模块中的至少两种；

相应地，所述多种光端口配置信息包括100G端口配置信息、40G端口配置信息、2×40G端口配置信息及3×40G端口配置信息中的至少两种。

7.一种上述权利要求1-6任一项所述的用于光通信的网络设备自动配置交换接口的方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的用于光通信的网络设备自动配置交换接口的方法，其特征在于，交换芯片接口控制器检测网络设备的CFP接口未插入光模块的情况下，所述交换芯片接口控制器控制所述交换芯片处于非配置状态下。

9.根据权利要求8所述的用于光通信的网络设备自动配置交换接口的方法，其特征在于，在所述CFP接口插入光模块的情况下，所述交换芯片接口控制器控制所述交换芯片处于重新加载配置状态下；在所述CFP接口插有光模块的情况下，所述交换芯片接口控制器控制所述交换芯片处于正常工作状态下。