CN109729102B - 一种实现异构协议自协商的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现异构协议自协商的方法，包括自协商编解码层和自协商决策层，其中，自协商决策层包括自协商信息发送模块、自协商信息接收模块以及自协商仲裁模块，自协商信息发送模块用于通告本端接口能力，自协商信息接收模块用于响应对端的通告，自协商仲裁模块用于决策并调整端口工作状态；自协商编解码层用于将自协商决策层发送逻辑0/1信号进行编码为高低电平发送，同时在接收侧对接收到的H/L码型同步和解码，转换为自协商决策层的逻辑0/1信号。本发明能够实现异构协议的自协商，实现了当不同协议不同端口不同速率间的互联互通时，端口工作模式和工作状态的自动切换到最佳工作模式，简化了异构协议组网和维护的复杂度。
Description
技术领域
本发明属于通讯技术领域，尤其是涉及一种实现异构协议自协商的方法。
背景技术
自动协商的主要功能就是使物理链路两端的设备通过交互信息自动选择相匹配的工作参数。以应用最为广泛的以太网为例，IEEE802.3标准中是这样定义自动协商功能的：它允许一个设备向链路远端的设备通告自己所运行的工作方式，并且侦测远端通告的相应的工作方式，自动协商的目的是给共享一条链路的两台设备提供一种交换信息的方法，并自动配置他们工作在协同且最优能力下。
在当前的常见的网络通信协议标准下，如以太网协议、FC协议、RapidIO协议、PCIE协议等都有一定的自协商、自适应能力，如FC协议可以协商光口速率，SRIO协议可以协商物理层的IDLE模式，PCIE协议可以协商链路宽度等。
随着物联网与云计算时代的来临，网络正发生着深度融合，各种异构协议的组网与应用正日益广泛，网络交换设备的端口可能同时支持多种协议。当出现支持多种异构协议的设备组网时，针对自协商而言，当前并没有一种标准来描述异构协议间自协商工作机制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种实现异构协议自协商的方法，以解决异构协议间的自协商问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种实现异构协议自协商的方法，包括自协商编解码层和自协商决策层，其中，
自协商决策层包括自协商信息发送模块、自协商信息接收模块以及自协商仲裁模块，自协商信息发送模块用于通告本端接口能力，自协商信息接收模块用于响应对端的通告，自协商仲裁模块用于决策并调整端口工作状态，以可与对端设备对接的最优配置进行工作；
自协商编解码层用于将自协商决策层发送逻辑0/1信号进行编码为高低电平发送，同时在接收侧对接收到的H/L码型同步和解码，转换为自协商决策层的逻辑0/1信号。
进一步的，所述方法还包括将10G以下的不同协议的物理层频点分类，通过分析各频点间分倍频的关系，将频点分为两类：
Class1类的频点包含12.5G bps，10.3125G bps，6.5G bps，5G bps，3.125G bps，2.5G bps，1.25G bps；
Class2类的频点包括8.5G bps，8G bps，4.25G bps，2.125G bps。
进一步的，对自协商编解码层的码型定义如下：
class1的逻辑0协商码型，该码型共持续32ns的时间，在32ns时间内，最开始时端口电平为低电平，每经过3.2ns后，电平发生反转；
class1的逻辑1协商码型，该码型共持续32ns的时间，在32ns时间内，最开始端口电平为低电平，之后分别在第3.2ns、第9.6ns、第12.8ns、第16ns、第22.4ns、第25.6ns、第28.8ns、第32ns处电平发生反转；
class2的逻辑0协商码型，该码型共持续32ns时间，在32ns内，最开始端口电平为低电平，之后分别在第1.88ns、第8ns、第14.12ns、第16ns、第17.88ns、第24ns、第30.12ns、第32ns处电平发生反转；
class2的逻辑1协商码型，该码型共持续t6＝32ns时间，在32ns内，最开始处于低电平，之后分别在1.88ns、第6.12ns、第8ns、第9.88ns、第14.12ns、第16ns、第17.88ns、第22.12ns、第24ns、第25.88ns、第30.12ns、第32ns处电平发生反转。
进一步的，对自协商决策层设定如下规则：
将速率协商决策层逻辑码型的分为两种形态，一为速率协商码型，二为模式协商码型；其中，速率协商码型由多个逻辑1组成，码型中没有逻辑0的出现；模式协商码型由IDLE码和协商帧组成，规定逻辑码型为01111110为帧间隔IDLE码型，帧间隔数量不小于4个，在协商帧内不允许出现连续为逻辑1的个数超过5个的情况发生，如果达到5个，则需要插入一个无意义的逻辑0。
进一步的，所述协商帧的格式定义如下：
包括8个字段，分别为P_sel字段、Enf字段、Tnf字段、Ack字段、Rf字段、S_sel字段、X_sel字段以及M_sel字段；
其中，P_sel字段共8bit位宽，表示端口支持的协议类型；
Enf字段共5bit，当ack字段为0时，其值为0；当ack字段为1时，其值表示对端收到的tnf字段的值，该字段与tnf配合，用于协助实现协商双方的握手确认；
Tnf字段共5bit，其值为随机数，每进行一次协商双方的able detect状态时，该值更新一次；
Ack字段为1bit，当ack的值为1时，表示响应指示，用于与enf字段配合实现本地端口与对端端口的握手；
Rf字段为1bit，当rf字段为1时，表示端口产生了故障；
S_sel字段共12bit，表示端口支持的物理层速率；
x_sel字段为端口宽度选择字段；
M_sel字段共8bit，表示端口的工作模式，其具体含义与协议类型相关，由用户自行定义。
进一步的，端口间进行自协商的处理流程包括速率协商过程和模式协商过程，其中
在进行速率协商过程时，先发送某种类型的速率协商码型，如果在一定时间内可收到与发送一致的速率协商码型则表示速率是匹配的，如果不能，则需要切换本端发送的速率协商码型，匹配后再进行一段时间的稳定性检测；
在速率协商完成后进行模式协商，首先本地与远端都只发送IDLE码型，表示端口可以启动模式的协商，然后周期性发送协商帧，其中协商帧之间的帧间隔固定为4个IDLE码型，刚开始发送协商帧时，ack字段为0，tnf字段随机产生，且需要保证本地tnf与收到的协商帧中的tnf字段不相等，如果不满足上送要求，则需要重新生成本地tnf字段，然后将ack字段置为1，待发送协商帧中的enf字段置为接收帧中的tnf字段，然后检查收到的协商帧中ack字段是否为1，帧中enf字段是否与本地tnf相等，如果相等则说明双方的协商信息交互完成；
根据双方交互的协商信息，由仲裁逻辑根据最优工作模式判断是否需要切换速率组，如果需要，则制定速率协商码型并重复速率协商和模式协商的过程；如果不需要，则根据协商仲裁的结果配置端口的工作状态，等待端口建链成功。
相对于现有技术，本发明所述的一种实现异构协议自协商的方法具有以下优势：
本发明能够实现异构协议的自协商，实现了当不同协议不同端口不同速率间的互联互通时，端口工作模式和工作状态的自动切换到最佳工作模式，简化了异构协议组网和维护的复杂度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的异构协议自协商工作原理示意图；
图2为本发明实施例所述的异构协议自协商编解码层定义class1的逻辑0码型定义图；
图3为本发明实施例所述的异构协议自协商编解码层定义class1的逻辑1码型定义图；
图4为本发明实施例所述的异构协议自协商编解码层定义class2的逻辑0码型定义图；
图5为本发明实施例所述的异构协议自协商编解码层定义class2的逻辑1码型定义图；
图6为本发明实施例所述的协商帧的格式图；
图7为本发明实施例所述的端口间进行自协商的处理流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
异构协议的物理层接口速率和编解码方式是各不相同的，为了实现异构协议间的自协商，本发明分析了10G以下的以太网、SRIO、FC、PCIE等多种协议的物理层接口特性，主要涉及的物理层频点为12.5G bps，10.3125G bps，8.5G bps，8G bps，6.25G bps，5G bps，4.25G bps，3.125G bps，2.5G bps，2.125G bps，1.25G bps共11种频点。通过分析各频点间分倍频的关系，将这些频点分为两类：
Class1类的频点包含12.5G bps，10.3125G bps，6.5G bps，5G bps，3.125G bps，2.5G bps，1.25G bps。
Class2类的频点包括8.5G bps，8G bps，4.25G bps，2.125G bps。
如图1所示，本发明将自协商分为自协商编解码层与自协商决策层，自协商决策层的主要功能是由自协商信息发送模块通告本端接口协议类型、速率等接口能力，由自协商信息接收模块响应对端的通告，并由自协商仲裁模块决策并调整端口工作状态，以可与对端设备对接的最优配置进行工作。自协商编解码的主要功能是将自协商决策层发送逻辑0/1信号进行编码为高低电平(H/L电平)发送，同时在接收侧对接收到的H/L码型同步和解码，转换为自协商决策层的逻辑0/1信号。
对自协商编解码层的码型定义如下：
异构协议自协商编解码层定义class1和class2的逻辑0与逻辑1的码型定义如下图2-5所示：
如图2所示为class1的逻辑0协商码型，该码型共持续t6＝32ns的时间，在32ns时间内，最开始时端口电平为L(低电平)，每经过t1＝3.2ns后，电平发生反转。
如图3所示为class1的逻辑1协商码型，该码型共持续t6＝32ns的时间，在32ns时间内，最开始端口电平为L(低电平)，之后分别在第3.2ns、第9.6ns、第12.8ns、第16ns、第22.4ns、第25.6ns、第28.8ns、第32ns处电平发生反转。
如图4所示为class2的逻辑0协商码型，该码型共持续t6＝32ns时间，在32ns内，最开始端口电平为L(低电平)，之后分别在第1.88ns、第8ns、第14.12ns、第16ns、第17.88ns、第24ns、第30.12ns、第32ns处电平发生反转。
如图5所示为class2的逻辑1协商码型，该码型共持续t6＝32ns时间，在32ns内，最开始处于L(低电平)，之后分别在1.88ns、第6.12ns、第8ns、第9.88ns、第14.12ns、第16ns、第17.88ns、第22.12ns、第24ns、第25.88ns、第30.12ns、第32ns处电平发生反转。
具体上述图片中的事件值的定义如表1所示：
表1
| 名称 | 时间 | 备注 |
| T1 | 3.2ns | |
| T2 | 1.88ns | |
| T3 | 4.24ns | |
| T11 | 6.4ns | T11＝T1+T1 |
| T23 | 6.12ns | T23＝T2+T3 |
| T6 | 32ns |
通过以上的定义，当进行自协商时，各协议高速数据端口上的码型最长宽度为6.4ns，保证了丰富的信号跳变，有利于各协议物理层serdes接口的CDR采样时钟的恢复，同时也保证了0/1电平的平衡性。
这样定义后，则得到如表2所示的自协商码型表，表中以H代表高电平，L代表低电平，H或L前面的数字代码高电平或低电平信号的个数。以12.5G频点为例，其逻辑0的采样码型共由200bit组成，其中最先发送的40bit为低电平信号，随后是80bit高电平信号，40bit低电平信号，40bit高电平信号，80bit低电平信号，40bit高电平信号，40bit低电平信号，40bit高电平信号组成：
表2
对自协商决策层的描述如下：
为了实现自协商决策层的信息交互，特约定如下规则：
(1)速率协商决策层逻辑码型的分为两种形态，一为速率协商码型，二为模式协商码型。
(2)速率协商码型有多个逻辑1组成，码型中没有逻辑0的出现。
(3)模式协商码型由IDLE码和协商帧组成，规定逻辑码型为01111110为帧间隔IDLE码型，帧间隔数量不小于4个。在协商帧内不允许出现连续为逻辑1的个数超过5个的情况发生，如果达到5个，则需要插入一个无意义的逻辑0。
例如有收到如表3所示的码型：
表3
| A | B | C | D | |
| 1 | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 11111111 |
| 2 | 11111111 | 01111110 | 01111110 | 01111110 |
| 3 | 01111110 | 01111110 | 00011111 | 000011110 |
| 4 | 10011100 | 111110111 | 011111000 | 01111110 |
如表3所示，A1、B1、C1、D1、A2的码型为速率协商码型；B2、C2、D2、A3、B3以及D5为帧间隔的IDLE码型；C3为数据帧的第一个byte，其值为0x1F；D3为数据帧的第二个byte，因C3码型有连续5个1了，因此D3里第一个0是无意义的，这样D3的值为0x1E；A4的值为0x9c；B4的值为0xFF，这样这一个数据帧的内容为0x1F1E9CFF。
为了实现对接两个端点设备间自协商信息的交换，定义协商帧的格式如图6所示：图6中，p_sel共8bit位宽，表示端口支持的协议类型，具体含义如表4所示
表4
| 位域 | 含义 |
| P_sel[0] | 支持以太网协议 |
| P_sel[1] | 支持FC协议 |
| P_sel[2] | 支持SRIO协议 |
| P_sel[3] | 支持PCIE协议 |
| P_sel[7:4] | 预留 |
Enf字段共5bit，当ack字段为0时，其值为0；当ack字段为1时，其值表示对端收到的tnf字段的值。该字段与tnf配合，主要用来协助实现协商双方的握手确认。
Tnf字段共5bit，其值为随机数，每进行一次协商双方的able detect状态时，该值更新一次。
Ack字段为1bit，当ack的值为1时，表示响应指示。用来与enf字段配合实现本地端口与对端端口的握手。
Rf字段为1bit，当rf字段为1时，表示端口产生了故障。
S_sel字段共12bit，表示端口支持的物理层速率，其含义如表5所示
表5
| Sel的位域 | 描述 |
| Sel[0] | 支持12.5Gbps |
| Sel[1] | 支持10.3125Gbps |
| Sel[2] | 支持8.5Gbps |
| Sel[3] | 支持8Gbps |
| Sel[4] | 支持6.25Gbps |
| Sel[5] | 支持5Gbps |
| Sel[6] | 支持4.125Gbps |
| Sel[7] | 支持3.125Gbps |
| Sel[8] | 支持2.125Gbps |
| Sel[9] | 支持1.25Gbps |
| Sel[11:10] | 预留 |
x_sel字段为端口宽度选择字段,其含义如表6所示：
表6
M_sel字段共8bit，表示端口的工作模式，其具体含义与协议类型相关，由用户自行定义，如该字段可以用来表示以太网协议是否支持流控，是否支持FEC，也可以用来表示SRIO协议支持那种IDLE模式，FC协议是否支持加解扰等。也可以用来定义协议采用的编解码方式，如是否采用8b/10b编解码，是否采用64b/66b编解码等。
通过以上定义后，端口间进行自协商的处理流程如图7所示，虚线以上为速率协商过程，虚线以下为模式协商过程。其基本工作原理为：
在进行速率协商过程时，先发送某种类型的速率协商码型，如果在一定时间内可收到与发送一致的速率协商码型则表示速率是匹配的。如果不能，则需要切换本端发送的速率协商码型。匹配后再进行一段时间(如1ms)的稳定性检测，以确认速率协商码型的正确性。
在速率协商完成后，再进行模式协商。首先本地与远端都只发送IDLE码型，表示端口可以启动模式的协商。然后周期性发送协商帧，其中协商帧之间的帧间隔固定为4个IDLE码型。刚开始发送协商帧时，ack字段为0，tnf字段随机产生，且需要保证本地tnf与收到的协商帧中的tnf字段不相等。如果不满足上送要求，则需要重新生成本地tnf字段。然后将ack字段置为1，待发送协商帧中的enf字段置为接收帧中的tnf字段。然后检查收到的协商帧中ack字段是否为1，帧中enf字段是否与本地tnf相等。如果相等则说明双方的协商信息交互完成。
根据双方交互的协商信息，由仲裁逻辑根据最优工作模式判断是否需要切换速率组，如果需要，则制定速率协商码型并重复速率协商和模式协商的过程。如果不需要，则根据协商仲裁的结果配置端口的工作状态，等待端口建链成功。
本发明设计了速率协商码型，将常见的速率组划分为class1类和class2类，实现了不同端口不同速率间的速率协商；
本发明设计了模式协商码型，包含IDLE码型和协商帧的具体格式，可以实现同一速率组内端口间协商信息的交互。
本发明设计了端口协商工作流程，保证协商工作最终可实现最优工作模式的配置。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种实现异构协议自协商的方法，其特征在于：自协商编解码层，用于将自协商决策层发送逻辑0/1信号进行编码为高低电平发送，同时在接收侧对接收到的H/L码型同步和解码，转换为自协商决策层的逻辑0/1信号；
自协商决策层包括自协商信息发送模块、自协商信息接收模块以及自协商仲裁模块，自协商信息发送模块用于通告本端接口能力，自协商信息接收模块用于响应对端的通告，自协商仲裁模块用于决策并调整端口工作状态，以可与对端设备对接的最优配置进行工作；
自协商决策层的设定规则如下：
将速率协商决策层逻辑码型分为两种形态，一为速率协商码型，二为模式协商码型；其中，速率协商码型由多个逻辑1组成，码型中没有逻辑0的出现；模式协商码型由IDLE码和协商帧组成，规定逻辑码型为01111110为帧间隔IDLE码型，帧间隔数量不小于4个，在协商帧内不允许出现连续为逻辑1的个数超过5个的情况发生，如果达到5个，则需要插入一个无意义的逻辑0；
所述协商帧的格式定义如下：
包括8个字段，分别为P_sel字段、Enf字段、Tnf字段、Ack字段、Rf字段、S_sel字段、X_sel字段以及M_sel字段；
其中，P_sel字段共8bit位宽，表示端口支持的协议类型；
Enf字段共5bit，当Ack字段为0时，Enf的值为0；当Ack字段为1时，Enf的值表示对端收到的Anf字段的值，Enf字段与Tnf配合，用于协助实现协商双方的握手确认；
Tnf字段共5bit，Tnf的值为随机数，每进行一次协商双方的able detect状态时，Tnf的值更新一次；
Ack字段为1bit，当Ack的值为1时，表示响应指示，用于与Enf字段配合实现本地端口与对端端口的握手；
Rf字段为1bit，当Rf字段为1时，表示端口产生了故障；
S_sel字段共12bit，表示端口支持的物理层速率；
X_sel字段为端口宽度选择字段；
M_sel字段共8bit，表示端口的工作模式，其具体含义与协议类型相关，由用户自行定义；
端口间进行自协商的处理流程包括速率协商过程和模式协商过程，其中,
在进行速率协商过程时，先发送某种类型的速率协商码型，如果在一定时间内可收到与发送一致的速率协商码型则表示速率是匹配的，如果不能，则需要切换本端发送的速率协商码型，匹配后再进行一段时间的稳定性检测；
在速率协商完成后进行模式协商，首先本地与远端都只发送IDLE码型，表示端口可以启动模式的协商，然后周期性发送协商帧，其中协商帧之间的帧间隔固定为4个IDLE码型，刚开始发送协商帧时，Ack字段为0，Tnf字段随机产生，且需要保证本地Tnf与收到的协商帧中的Tnf字段不相等，如果不满足上送要求，则需要重新生成本地Tnf字段，然后将Ack字段置为1，待发送协商帧中的Enf字段置为接收帧中的Tnf字段，然后检查收到的协商帧中Ack字段是否为1，帧中Enf字段是否与本地Tnf相等，如果相等则说明双方的协商信息交互完成；
根据双方交互的协商信息，由仲裁逻辑根据最优工作模式判断是否需要切换速率组，如果需要，则制定速率协商码型并重复速率协商和模式协商的过程；如果不需要，则根据协商仲裁的结果配置端口的工作状态，等待端口建链成功。
2.根据权利要求1所述的一种实现异构协议自协商的方法，其特征在于：所述方法还包括将10G以下的不同协议的物理层频点分类，通过分析各频点间分倍频的关系，将频点分为两类：
Class1类的频点包含12.5G bps，10.3125G bps，6.5G bps，5G bps，3.125G bps，2.5Gbps，1.25G bps；
Class2类的频点包括8.5G bps，8G bps，4.25G bps，2.125G bps。
3.根据权利要求2所述的一种实现异构协议自协商的方法，其特征在于：对自协商编解码层的码型定义如下：
Class1的逻辑0协商码型，该码型共持续32ns的时间，在32ns时间内，最开始时端口电平为低电平，每经过3.2ns后，电平发生反转；
Class1的逻辑1协商码型，该码型共持续32ns的时间，在32ns时间内，最开始端口电平为低电平，之后分别在第3.2ns、第9.6ns、第12.8ns、第16ns、第22.4ns、第25.6ns、第28.8ns、第32ns处电平发生反转；
Class2的逻辑0协商码型，该码型共持续32ns时间，在32ns内，最开始端口电平为低电平，之后分别在第1.88ns、第8ns、第14.12ns、第16ns、第17.88ns、第24ns、第30.12ns、第32ns处电平发生反转；
Class2的逻辑1协商码型，该码型共持续32ns时间，在32ns内，最开始端口电平为低电平，之后分别在第1.88ns、第6.12ns、第8ns、第9.88ns、第14.12ns、第16ns、第17.88ns、第22.12ns、第24ns、第25.88ns、第30.12ns、第32ns处电平发生反转。
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