CN1130876C - 用于网络节点之间交换信号的电路和方法 - Google Patents

Abstract

在连接到串行总线的网络节点中，第一计数值从该节点向该总线发送的子通知信号的起始时间开始增加，直到在由该节点从所述总线接收的父通知信号的结束时间为止。第一计数值表示在该节点与连接到串行总线的远端的节点之间的周转时间。通常，来自该串行总线的信号被提供到较高层。取代所接收的总线信号将空闲信号提供到较高层并持续一段时间间隔，时间间隔从较高层向该总线发送的数据包的结束时间开始直到时间间隔对应于周转时间为止。

Description

用于网络节点之间交换信号的电路和方法

技术领域

本发明涉及通过象IEEE-1394总线这样的串行总线在附属于计算机的设备(节点)之间的信号发送和接收，IEEE-1394总线是根据用于高性能串行总线的IEEE-1394标准(或者IEEE标准1394-1995)规定的。

背景技术

IEEE 1394标准规定一种用于在例如打印机、硬盘驱动器、扫描仪、数码相机(节点)这样的在连接到串行总线的每个节点的不同层中的计算机外围设备之间发送和接收各种控制信号和通信信号的协议。对于每个节点的物理层，指定一个程序用于总线初始化和总线所有权的确定。该程序由具有4个广义分类功能的一个状态机所描述。总线初始化程序包括3个网络初始化处理(总线复位处理、树ID处理、自ID处理)以及正常处理(用于节点之间的正常通信)。

对于每个处理，有多个状态被定义。对于总线复位处理、定义状态R0(复位开始)以及R1(复位等待)，以及对于树ID处理定义状态T0(树ID开始)、T1(子信号交换)、T2(父信号交换)以及T3(根节点竞争)。类似地，对自ID处理定义5个状态，包括S0(自ID开始)、S1(自ID许可)、S2(自ID接收)、S3(发送速度能力)以及S4(自ID发送)，以及对正常处理定义6个状态，包括A0(空闲)、A1(请求)、A2(许可)、TX(发送)、RX(接收)以及PH(PHY响应)。本发明关于树ID和正常处理。在树ID处理和正常处理过程中出现的线路状态的次序分别在图1和2中示出。

在图1中，示出节点A和B之间的树ID处理。该处理是以在串行总线上保持父通知状态的节点B开始的一个信号交换处理。在检测该父节点控制状态时，节点A在串行总线上保持子通知状态。相应地，节点B脱离父通知状态并且把该总线返回到空闲状态。通过该处理，节点A被确定为节点B的父节点，并且节点B被确定为节点A的子节点。

图2示出在与本发明有关的正常处理过程中节点的状态机的基本状态。该节点如果指向被授权分配串行总线的所有权的根节点，则它使每个连接的端口标记为父端口，如果它指向位于与根节点相对的节点的一侧的一个节点(即，子节点)，则它使每个连接的端口标记为子端口。状态A0表示节点的空闲状态，其中它把一个空闲信号驱动到串行总线。如果除了根节点之外的一个节点处于空闲状态，并且从它的子端口接收请求信号，则它变为状态A1。如果根节点从它的子端口接收一个请求信号，则它从空闲状态变为状态A2(＝许可)。如果一个节点无论它是什么类型在状态A0中接收到一个数据前缀(即，表示数据发送的状态)，则它变为状态RX，其中它接收数据包。

如果节点在状态A1中并且从它的父端口接收一个许可信号，则如果来自它的子端口的请求信号被取消则变为状态A0(＝空闲)，或者这样一个请求信号被发出则变为状态A2(＝许可)。如果该父端口接收一个数据前缀，则它认为来自其子端口的请求信号被取消并且变为状态RX，以从父端口接收数据包。如果一节点处于状态A1(＝请求)以发送数据包，并且从父端口接收一个许可信号，则它变为状态TX以发送数据包。

当该节点处于状态A2(＝许可)，则如果它从其子端口接收一个请求取消信号，则它变为状态A0，或者如果它接收一个数据前缀信号，则它变为状态RX。如果该节点处于状态RX，则如果它从接收数据包的端口接收一个空闲信号则变为状态A0。如果该节点处于状态TX，则它在数据包发送结束时返回到状态A0。

图3示出由屏蔽双绞线TPA和TPB(最大长度为4.5米)互连的节点A和B在它们交换任意信号以利用数据选通编码来获得总线所有权时的各种线路状态。该双绞线在电缆的中点处被反接，使得从节点A看去的TPA和TPB是从节点B看去的TPB和TPA。在初始状态过程中，节点A通过把一个空闲信号发送到TPA和TPB来发送一个空闲状态信号，其表示为线路状态(TPA，TPB)＝(Z，Z)。

表1示出一个竞争状态，其中来自节点A的请求信号(Z，0)和空闲信号(Z，Z)同时出现在该电缆上，并且从节点B看去，该电缆的电路状态变为一个差状态(0，X)。节点B认为节点A已经发送一个请求信号，并且用于一个许可信号来响应，以把总线所有权给予节点A。

表2示出另一个竞争状态，其中节点A发送一个请求信号(Z，0)，而节点B发送一个许可信号(Z，0)。从节点A看去电缆的线路状态变为一个差状态(0，0)。节点A识别出总线的所有权被许可，并且发送在随后数据包之前的一个数据前缀信号(0，1)。

表3示出另一个竞争状态，其中节点A发出数据前缀信号(0，1)，并且节点B发出许可信号(Z，0)。节点B把所得的差线路状态(1，0)解释为数据前缀信号，并且取消许可信号以从节点A接收数据包。在表4中，节点1发出数据前缀信号(0，1)，并且节点B处理空闲状态(Z，Z)。节点1看到该差线路状态(0，1)。由于该线路状态与节点A所发送的相同，因此节点A不对其作出响应。按这种方式，附属于IEEE-1394串行总线的节点以半双工模式交换信息。

考虑图4A至4D的3节点网络，其中节点2示出为授权许可总线所有权的根节点。如果节点1和3如图4A中所示在根节点2的子端口“0”和“2”上发出请求信号R1和R2，并且根节点2比R2更早地接收R1，则根节点通过在子端口“0”发出一个许可信号G3把总线所有权许可给节点1，并且通过在子端口“2”上发出一个数据前缀信号D3而把节点3的请求被否决的事实通知给节点3，如图4B中所示。节点1发送一个数据前缀信号D4，其后跟随着数据包P5(图4C)。在接收数据包P5时，根节点2在发送数据包P5之前把一个数据前缀D6作为数据包P7发送给节点3(图4D)。如果节点2和3之间的距离相对较短，节点3有可能在数据包P7到来之前已经取消请求信号R2，因此在R2和P7之间没有竞争产生。

更加具体来说，当节点1发出请求信号R1时，根节点2用许可信号G3作出响应(图5A)。在接收许可信号G3时，节点1取消请求信号R1并且发送数据前缀D4。然后，根节点2取消许可信号G3，以进入数据包接收模式。请注意，来自根节点2的许可信号G3的长度等于节点1和节点2之间的周转时间。数据前缀D4的长度大于该周转时间，以避免数据包P5和许可信号G3之间的竞争。当节点3发出请求信号R20，节点2发出数据前缀D3(图5B)。在接收数据前缀D3时，节点3取消请求信号R2。为了使来自根节点2的数据包被发送而不遭遇请求信号R2，则需要使数据前缀D3的长度大于节点2和3之间的周转时间。如果这些节点相距4.5米的距离，则该周转时间大约为50纳秒。由于数据前缀的最小长度被确定为140纳秒，则来自根节点2的数据包与来自节点3的请求信号之间不出现竞争。

对于更长总线长度的传输的开发工作最近得到的成果是用于高性能串行总线的P1394b草案标准(补充草案0.17，1999年4月23日)。该草案标准提供在连接到光纤或未屏蔽双绞线(UTP)的节点之间以全双工模式进行数据的串行传输的协议，以保证利用8B/10B分组码通过比4.5米更长的长度进行全双工通信。最新发展的协议可以用于与数据选通代码的当前协议相结合。作为一个实例图6中示出一个4节点，其中节点3和4之间的距离大于4.5米，从而它们由8B/10B端口互连，(如图7中所示)每个端口包括一个8B/10B编码器11、并串行转换器12、串并行转换器13以及8B/10B解码器14。

但是，有可能存在一种状态，其中请求信号将保持(即，没有消除)在比4.5米更长的总线部分中并且与其它信号相竞争。如图8A中所示，假设节点1在已经获得总线所有权之后连续地发送数据前缀信号和数据包，并且节点4向节点3发送一个请求，以请求总线所有权。来自节点1的数据前缀和数据包被根节点2重新发送到节点3，在此它们被进一步重新发送到节点4。到节点4从节点3接收数据前缀信号时，它取消请求信号(图8B)。但是，如果从节点3到节点4的数据包的数据长度比节点3和4之间的距离更短，则节点3将在把该数据包重新发送到节点4之后接收该请求信号，该请求信号在节点3和4保持为一个“虚信号”。该虚请求信号被节点3所接收并且重新发送到根节点2。根节点2用一个许可信号来响应该虚请求信号，如图8C中所示，并且节点4用一个确认数据包来响应来自节点1的数据包。在发送请求信号之后，节点3进入待机模式，等待来自其父端口的许可信号。由于节点3处于待机模式，则来自节点4的确认数据包到达其子端口不能够使节点3改变状态，从而该确认数据包不被节点3所接收。结果，即使正确地接收，节点1也不能从节点4接收确认，用于数据包的接收。

节点3和4的状态机在正常处理过程中的转变在图9中具体示出，当来自节点2的数据前缀(DP)信号到达节点3，则节点3处于状态RX，而节点4处理状态A1发出一个请求信号。然后节点3把DP消息和随后的数据包(PKT)和数据结束(DE)消息重新发送到节点4，然后暂时变为状态A0(＝空闲)。由于节点3的8B/10B端口在把DE消息重新发送到节点4之后仍然从节点4接收请求信号，所以节点3在暂时变为状态A0之后变为状态A1(＝请求)。另一方面，节点4从节点3接收重新发送的数据前缀信号(BP)并且取消请求信号以及变为状态RX，以进入数据包接收模式，用于接收DP、PKT和DE。由于在来自节点4的请求信号结束的时候节点3处于状态A1(＝请求)，则该请求信号发出为一个虚信号并且从节点3传送到根节点2。同时，节点4从节点3接收DE消息，并且变为状态TX，以把DP信号和确认(ACK)消息和DE消息发送到节点3。节点3处于状态A1，等待来自于其父端口的许可信号。如果ACK消息到达处于状态A1的节点3则节点3的状态机不能够识别出ACK消息的到来。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种收发信机电路和方法，用于即使在串行总线的网络节点之间的距离超过IEEE 1394标准的4.5米的限制时也能保证正常的数据包传输。

所述的目的是通过在数据包的发送之后把收发信机电路的较高层设置为空闲状态，持续一个时间间隔，其对应于把该收发信机电路连接到一个通信的收发信机电路的传输介质的周转时间。

一般来说，本发明提供一种网络节点的收发信机电路，用于把从传输介质接收的信号转换为能够由较高层所识别的解码信号，并且把从较高层接收的数据包发送到该传输介质，其特征在于选择器电路和控制器电路，该控制电路用于控制选择器电路把解码信号提供到较高层，并且把一个空闲信号代替该解码信号提供到较高层持续预定的时间间隔，该间隔在从较高层向传输介质发送的数据包的结束时间开始，该空闲信号表示网络节点处于空闲状态。

具体来说，本发明提供一种连接到串行总线的网络节点，其中包括：第一电路，用于在网络节点与连接到该总线的远端的远程节点之间交换信息，并且确定所述节点之间的周转时间，以及第二电路，用于把从串行总线接收的一个信号提供到较高层，并且取代所述接收的信号把一个空闲信号提供到较高层，持续一段时间间隔，该时间间隔以从较高层向总线发送的数据包的结束时间为开始，直到该间隔对应于该周转时间。第一电路可以在从该节点发送到总线的子通知信号的开始时间的增加一个计数值，并且在由该节点从总线接收一个父通知信号的结束时间停止该计数值的增加，以表示该周转时间。

附图说明

下面将参照附图具体描述本发明，其中：

图1为两个节点之间的典型树ID处理的顺序图；

图2为在树ID处理之后的正常处理状态机的顺序图；

图3为当两个节点之间出现竞争时双绞线的各种线路状态；

图4A-4D为示出当数据包传输之间出现竞争时三节点网络的示意图；

图5A和5B为用于具体描述图4A-4B的3节点网络的两个节点之间的传输的顺序图；

图6为一个网络的方框图，其中节点间距超过IEEE-1394标准的4.5米限制；

图7具体示出用于图6中的现有长距离端口的方框图；

图8A-8C为示出当通过超过4.5米限制的网络部分传输的数据包之间出现竞争时的4节点网络的示意图；

图9为在图8A-8C的网络中的两个节点之间的信号交换的数据图，其中该节点间距超过4.5米的限制，用于说明虚请求信号是如何产生的；

图10为根据本发明的收发信机电路的方框图；

图11为本发明的树ID处理的顺序图；

图12为本发明的正常处理的顺序图；以及

图13为用于在一个存储的程序中出现本发明的流程图。

具体实施方式

参照图10，其中示出根据本发明的远距离IEEE-1394收发信机电路。该收发信机电路可以用作为IEEE-1394网络节点的一个远距离(例如8B/10B)端口。该收发信机电路包括用于把来自较高层的信号编码为编码的并行数据的8B/10B编码器21，该数据被通过并串行转换器22转换为串行位流，并且向前传送到一条串行总线，其到相邻节点的长度大于4.5米。来自较高层的并行数据被进一步提供到子通知起始检测器23，以在来自较高层的子通知信号的开始时间产生一个用于计时器20的触发信号。来自串行总线的信号被在串并行转换器25中转换为并行数据，并且被8B/10B解码器26所解码。解码器26的输出连接到父通知结束检测器27，以产生一个用于计时器24的停止和发出信号，用于停止其计数操作并且保持所得的计数值。

IEEE-1394节点的时间计数器24在一段时间间隔中增加其计数值，该时间间隔以由本地节点所发出的子通知信号的起始时刻为开始，到来自一个竞争的远程节点的父通知信号的结束时刻为止。时间计数器24的输出表示本地节点与该竞争节点之间的周转时间。时间计数器24的输出在树ID处理过程中获得。

解码器26的输出还被提供给选择器29，空闲状态(伪空闲状态)信号还被施加到该选择器上。选择器29从触发器30接收控制信号，用于有选择地把解码信号或者空闲状态信号耦合到较高层。

提供一个数据末尾结束检测器31，用于检测从本地节点发送的数据末尾信号的结束时间，以产生一个用于时间计数器32的触发信号。时间计数器31响应所检测的发送数据结束信号的结束时间，开始增加其计数值。

由比较器33比较时间计数器24的计数值和时间计数器32的正在增加的计数值。当计数器32的输出等于计数器24的输出时，比较器33产生一个输出信号。

触发器30具有一个连接到数据末尾结束检测器31的输出端的置位输入端(S)，以及连接到比较器33的输出端的复位输入端(R)。当触发器30响应数据末尾结束检测器31的输出而置位时，它控制选择器29以把空闲状态信号提供给较高层。把空闲状态信号取代解码总线信号提供给较高层避免来自串行总线的被取消的请求信号进入较高层。因此，“虚”请求信号不再进入本地节点的状态机。

当触发器30被比较器33所复位时，它产生一个信号，使得选择器29把解码数据输出到较高层，而不是输出空闲状态信号。相应地，紧接着在检测数据包传输结束时间之后，只要时间计数器32的操作继续进行，把一个空闲状态信号强制提供到较高层，直到该计数器的计数值等于节点间的周转时间为止。响应比较器33的输出，时间计数器32复位为零，用于随后的数据包传输。

时间计数器24和32被最初在收发信机电路通电的时间产生的复位脉冲所复位。因此，在树ID处理过程中，触发器30处于复位状态，以把一个接收的总线信号提供到较高层。在随后的正常处理中，触发器被切换为置位状态，以把一个持续时间对应于节点间的周转时间的空闲信号提供到较高层。

在树ID处理过程中，多个IEEE-1394串行总线的节点中的一个节点被确定为根节点，并且建立节点的父-子关系。通过下文参照图11的顺序图的具体描述，图10的收发信机电路在树ID处理过程中的操作将得到更好的理解，假设使用在图8A-8C中所示的相同的四节点网络，并且本发明的收发信机电路用于该四节点网络的节点3和4的远距离端口中。

首先，节点3和4的选择器29把来自它们的解码器26的解码总线信号提供到它们的较高层。节点4首先在串行总线上发出父通知信号。在接收到父通知信号之后，节点3在串行总线上发出子通知信号。在所发送的子通知信号的上升沿，节点3的子通知信号起始检测器23使得计数器24开始增加其计数值。节点4在从节点3接收子通知信号之后取消父通知信号，并且在串行总线上开始发出一个空闲状态。响应所接收父通知信号的下降沿，节点3的父通知结束检测器27使计数器24停止增加其计数值。因此，由节点3的计数器24所获得的计数值“T”等于节点3和4之间的周转时间。节点4的计数器24保持在零计数值。

在如下的正常处理过程中，考虑类似于图8A中所示的状态，其中当节点1已经开始发送数据包时，节点4发出请求信号。在这种情况下，节点3和4进行如图12中所示的操作。在该节点3把节点2的数据包重新发送到节点4的时间过程中，节点3处于状态RX(＝接收)。在数据包重新发送结束时，节点3的数据末尾结束检测器31驱动触发器30进入置位状态，并且使计数器32开始增加其计数值。因此，节点3的选择器29响应触发器30的置位状态而切换，以把空闲状态(伪空闲状态)信号提供到较高层，取代节点3从节点4接收的请求信号。因此，节点3的状态机处于状态A0(＝空闲)持续一段时间间隔“T”，该时间间隔从数据结束消息50被重新发送到节点4(图12)的时刻开始到时间计数器32达到与时间计数器24相同的计数值的时刻为止。在接收重新发送的数据包(即，DP、PKT、DE)时，节点4把一个确认消息(即，DP、ACK、DE)返回到节点3。在已经把一个数据结束消息返回节点4之后经过一时间段“T”，该确认消息到达节点3。因此，确认消息的数据前缀41的到达时间与节点3的状态机从状态A0(＝空闲)变为状态RX的时刻相一致。

按照这种方式，即使节点3和4之间的距离超过4.5米的限制，节点3也能够避免节点4的已取消请求信号作为一个虚信号传播到根节点2。因此，节点3能够可靠地从节点4接收一个确认消息，成功地从节点1接收数据包。

本发明的长距离节点还可以通过在存储介质中的一个存储程序实现，如图13所示。节点的树ID处理以初始化步骤101为开始，该步骤把计数变量C1和C2设置为。在步骤102，该节点的状态机被设置为状态RX，以从通向较高层的串行总线接收信号。流程进行到判断步骤103，以确定该节点是否已经从较高层接收一个子通知信号的起始点。如果在步骤103的判断是肯定的，则计数值C1继续增加(步骤104)。该流程进行到判断步骤105，以确定是否已经接收父通知信号。如果为是，则该流程进行到步骤106以停止计数值C1的增加，结束树ID处理。该流程进入到以步骤107为开始的正常处理，在该步骤中状态机被置位为状态RX。如果该节点从较高层接收一个数据结束消息(步骤108)，则计数值C2在步骤109继续增加，并且该状态机在步骤110被置位为状态A0(＝空闲)。在判断步骤111，计数值C2被与由步骤106所获得的计数值C1相比较。该节点的状态机被置位为A0(＝空闲)，直到C2变为等于C1为止，然后流程从步骤111返回到步骤107，以把状态机置位为状态RX，以继续正常处理。

Claims (10)

1.一种局域网络节点收发信机电路，用于把从传输介质接收的信号转换为可以由较高层所识别的解码信号，并且把从所述较高层接收的数据包发送到所述传输介质，其特征在于：

选择器电路(29，30)；

计数器装置(23，24，27)，用于把控制数据包与附着到传输介质的远端的远程网络节点交换，并确定局域网节点与远程网节点之间的转换时间；

控制装置(31-33)，用于控制选择器电路把解码信号提供到所述较高层，响应从所述较高层发送到传输介质的数据包的结束时间，把空闲信号提供到所述较高层，对应所述周转时间的时间间隔，所述空闲信号表示该网络节点处于空闲状态。

2.根据权利要求1所述的收发信机电路，其特征在于，响应顺序控制数据包的开始时间，所述计数装置增加计数值，所述顺序数据包是在从传输介质接收的前一个控制数据包开始时间之后从所述较高层到传输介质发送的，响应前一个控制数据包的结束时间，停止增加计数值。

3.根据权利要求1所述的收发信机电路，其特征在于，所述控制装置检测数据结束消息作为所述数据包传输结束的一个指示。

4.根据权利要求1、2或3所述的收发信机电路，其特征在于，所述传输介质是串行总线，并且提供一个串并转换器，用于把来自所述串行总线的信号转换为并行信号，以及提供一个解码器，用于把该并行信号转换为所述解码信号。

5.根据权利要求4所述的收发信机电路，其特征在于，所述串并转换器通过IEEE-1394接口连接到所述串行总线。

6.根据权利要求1或2所述的收发信机电路，其特征在于，所述较高层通过IEEE-1394接口连接到传输介质，所述计数装置包括：

子通知起始检测器(23)，用于检测来自所述较高层的子通知信号的起始时间，该子通知信号从该网络节点发送到一个子节点作为对来自该子节点的信号的响应；

父通知结束检测器(27)，用于检测从所述子节点接收的父通知信号的结束时间；

第一计数器(24)，用于响应由该子通知起始检测器(23)所检测的所述子通知信号的起始时间增加第一计数值，直到所述父通知结束检测器(27)检测到所述父通知信号的结束时间为止；所述控制装置包括：

数据末尾结束检测器(31)，用于检测从所述较高层发送到所述传输介质的数据末尾信号的结束时间；

第二计数器(32，33)，用于响应由该数据末尾结束检测器(31)所检测的所述数据末尾信号的结束时间增加第二计数值直到所述第计数二值等于增加的第一计数值为止；

比较器电路(33)，用于把所述第一计数值与所述第二计数值相比较，并且控制所述选择器电路，用于把所述空闲信号提供到所述较高层持续一段时间间隔，检测数据包的结束时间，所述第二计数值等于第一计数值。

7.一种由传输线路互连的多个节点所形成的通信系统，其特征在于，每个所述节点包括如权利要求1至6中的任何一项所述的的收发信机电路。

8.一种用于连接到串行总线的网络节点的通信方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a)把状态机设置在接收模式；

b)在该网络节点与连接到该总线的远端的远程节点之间交换信号，并且从中确定所述节点之间的周转时间；以及

c)把该状态机设置在空闲模式，持续一段时间间隔，该时间间隔从该节点向所述总线发送的数据包的结束时间为开始，直到所述时间间隔对应于该周转时间为止。

9.根据权利要求8所述的通信方法，其特征在于，所述步骤b)确定所述周转时间包括：

以从该节点向所述总线发送的子通知信号的起始时间开始增加计数值，并且在由该节点从所述总线接收的父通知信号的结束时间终止该计数值的增加。

10.一种连接到串行总线的网络节点，其特征在于网络节点包括如权利要求1至6中的任何一项所述的的收发信机电路。

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