CN1167307C - 采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法。包括：将中心交换网板的时分复用交换模块分别经背板高速串行线与各业务板连接，进行集中n路电路数据传输交换；由中心交换网板的时钟电路给各业务板集中分配帧同步和时钟信号；在发送侧，将n路电路数据以帧为单位复接，经背板高速串行线分批传输；在接收侧，再将每批n路电路数据以帧为单位分接。可提高背板电路传输交换容量，节省背板信号资源，提高信号传输质量与可靠性。

Description

采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法

技术领域

本发明涉及一种设备框中的多路电路数据的传输技术，更确切地说是涉及一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法。

背景技术

通常设备框中插设有多块电路板，包括若干业务板和管理各业务板的中心交换网板，并利用背板连接设备框内的中心交换网板与所有的业务板，即设备框内的所有单板均通过背板总线连接至背板上。因此，利用背板总线传输信号具有面积大、走线长、插座多、插针密、开关噪声严重、电磁干扰(EMI)情况恶劣等不利因素，处理不当极易引起严重的信号反射、串扰，甚至导致信号失真。

传统的利用背板总线传输多路电路数据要求严格的同步，具体表现在帧同步和时钟的相位要求严格的对齐，以上所分析的问题会使严格同步的难度增大，因而为了保证系统的可靠性，只能约束传输速度，如几Kbps。

图1中示出一种时分复用(TDM)集中电路传输交换的结构，各业务板11及中心交换网板12通过背板总线互联，由中心交换网板12的时钟电路121向各业务板11集中分配时钟，由中心交换网板12的TDM交换模块122完成背板多路电路数据的时分复用交换传输。因此，现有的利用背板总线传输多路电路数据时的时钟，基本上采用集中时钟分发方式，无论时钟采用点对点(如图中所示)或是总线型传输，由于各电路板槽位之间的间距及分布参数的不同，时钟实际到达不同槽位时就会有不同的时延。

图2中示出时分复用(TDM)时钟集中分配时的延迟情况，即背板采用传统同步电路传输时的时序差异。由中心交换板12集中分配时钟，时钟的高电平时间为t，时钟的上升沿发送数据，时钟的下降沿采样数据。那幺，如图中所示，中心交换板12与各业务板11间，于起始帧同步信号与目标帧同步信号间存在时延，假设为t0，于起始比特时钟信号与目标比特时钟信号间存在时延，假设也为t0。从中心交换网板12出发的数据的传输时间为t2＝t+t0，而从各业务板出发的数据的传输时间却只有t1＝t-t0。显然，在频率很高时，在极短的传输时间内将难以保证所需的数据建立时间，使系统的可靠性大大降低。由于频率不能提高，意味着容量无法提高，因此时钟同步成为传统的严格同步的多路电路数据背板传输的瓶颈。

为了提高背板的电路传输容量，增加传输信号数量是一种基本方法，但是，信号的增加要以复杂度增加及由此而来的可靠性降低为代价，利大于弊，而且这种方式对电路传输容量的增加也很有限。

发明内容

本发明的目的是设计一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，既可大大提高背板的电路传输容量，同时可放松对时钟同步的要求，使传输系统的可靠性大大提高。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于包括：

A.将中心交换网板的时分复用(TDM)交换模块分别经背板高速串行线与各业务板连接，进行集中n路电路数据传输交换；

B.由中心交换网板的时钟电路给各业务板集中分配帧同步和时钟信号；

C.在发送侧，将n路电路数据(HW)以帧为单位复接，经所述的背板高速串行线分批传输；

D.在接收侧，将每批n路电路数据(HW)以帧为单位分接，n为正整数。

所述的步骤C与步骤D进一步包括：

a.在第一个帧同步(FR1)期间，发送侧汇集由时分复用(TDM)交换网片发出的全部n路电路(HW)的第一个帧同步的数据，形成一批第一个帧同步(FR1)的n路数据；

b.在第二个帧同步(FR2)期间，发送侧通过所述的背板高速串行线传输该批第一个帧同步(FR1)的n路数据；

c.在第三个帧同步(FR3)期间，接收侧将接收到的该批第一个帧同步(FR1)的n路数据经TDM交换网片分解给对应的n路(HW)传输目标板；

d.重复并连续执行步骤a至c。

所述的步骤a，发送侧汇集由TDM交换网片发出的每一批全部n路电路(HW)的帧同步的数据是通过顺序执行串/并转换、并/串转换和高速串行驱动实现的。

所述的步骤c，接收侧向TDM交换网片分解每一批帧同步的n路数据是通过顺序执行高速串行驱动、串/并转换、并/串转换实现的。

所述的步骤B，所述的高速串行传输帧同步信号独立于所述的电路数据时钟信号。

所述的由中心交换网板的时钟电路给各业务板集中分配帧同步和时钟信号，是采用点对点方式或采用总线型方式进行传输。

所述的由背板高速串行线分批传输的n路电路数据(HW)中的每一路电路数据，至少包括有起始位、数据位和停止位。

所述的以帧为单位包括单帧或一帧以上的多帧。

所述的背板高速串行线的传输带宽与串行线的传输速率相关，串行线的传输速率越高，背板高速串行线的传输带宽越宽。

所述高速串行传输的帧同步周期是时分复用(TDM)电路帧周期的m倍，m为自然数，m≥1。

当前，随着高速差分信号的差分有效电平越来越低，相应的噪声容限越来越大，速度越来越高，现有的高速大容量背板多采用点对点的高速串行线设计，例如LVDS、LVPECL等，该技术现状为实现本发明的技术方案打下了可靠的技术基础。

本发明的方法，对背板电路利用背板高速串行线传输，可节省背板的信号资源，提高信号传输质量和可靠性，还大大提高了传输容量。

本发明的主要设计思想是将多路电路数据复接/分接，和采用高速串行线分批传输，类似于将多路电路数据简单打包和以包为批同步传输。

本发明的方法，在发送侧，将多路电路数据以帧为单位复用；采用高速串行线传输；在接收侧，再以帧为单位将各路电路数据分解出来。

本发明方法的特点是对时钟延迟不敏感，背板时钟传输可以采用集中分配，如采用点对点或总线方式，关键问题是保证时钟本身的质量而不是严格的同步。

本发明的高速串行线的驱动电路结构，包括与多路电路数据(HW)接口的串/并转换电路，和与高速串行线接口的并/串转换电路。

本发明的高速串行线的传输时钟独立于电路数据时钟，解决了传统的TDM数据在背板上传输时钟延迟带来的可用传输时间不对称及由此而来的可靠性问题。

本发明的采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，是一种采用背板高速大容量串行线的多路电路数据传输交换技术，对TDM多路电路数据采用以帧为单位的分批传输，降低了对背板传输时钟同步、相位的要求，从而大大提高了背板电路传输的速率和交换容量，节省了大量的背板信号资源；同时由于使用差分传输的方式，加之高速串行信号自身的优点，还使信号的噪声及EM I减少，有利于提高信号传输质量与系统工作的可靠性。背板高速串行线点对点传输电路数据，既大大提高背板的电路传输容量，同时放松了对时钟同步的需求，加上高速串行信号本身的优点，使得系统可靠性也大大提高。

本发明方法中采用高速串行线传输多路电路数据有如下特点：

对时钟延迟不敏感，解决了传统的TDM数据在背板上传输时钟延迟带来的可用传输时间不对称及由此而来的可靠性问题；

提供很大的容量，采用高速串行线带来的TDM数据传输的容量的提高是质的变化，现有的点对点的高速串行线传输，发展到现在已超过1G的速率，每条高速线可以传输数百兆带宽的TDM数据；

高速串行线均为差分线，对于共模干扰具有很好的抑制能力，且EMI特性很好，能够保证信号在高速传输时的完整性；

目前，通信系统正在从窄带向宽带转化，宽带系统一般采用高速串行线设计大容量背板，用于传输数据包，采用高速串行线传输电路数据，保证了背板上的主业务传输技术的一致性。

附图说明

图1是现有的时分复用集中电路传输交换的结构示意图。

图2是现有的时分复用时钟集中分配时的延迟示意图。

图3是本发明的采用高速串行线进行时分复用集中电路数据传输交换的结构示意图。

图4是采用本发明方法的中心交换网板与各业务板的电路数据传输结构示意图。

图5是采用本发明方法的中心交换网板与各业务板的电路传输时序示意图。

图6是采用接口板完成多路电路数据传输交换的实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术方案。

图1及图2的说明前已述及不再赘述。

参见图3，图中示意出本发明的采用背板高速串行线进行集中电路传输交换的结构。中心交换网板32通过TDM交换模块322分别经背板高速串行线33、34、35、36与各业务板31连接，进行集中电路数据传输交换；中心交换网板32通过时钟电路321给各业务板31提供同步和时钟信号，中心交换网板集中分配时钟，在时钟本身的传输质量满足系统要求的情况下，其传输可以采用点对点方式或采用总线型方式。时钟的上升沿发送数据，时钟的下降沿采样数据。如果高速串行线的带宽是200Mbps，可以容纳6条32M的电路，占用带宽6×32＝192Mbps。所以，采用背板高速串行线传输为各业务板的业务容量提高留下了很大的扩展余地。

参见图4，图中以中心交换网板42与任一业务板41分别作为发送侧与接收侧时的基于背板高速串行线的多路电路数据传输结构。分别在中心交换网板42与任一业务板41上设置时分复用交换网片412、422，由串/并转换电路414、416、424、426及并/串转换电路413、417、423、427组成的高速串行信号驱动器的适配器，高速串行信号驱动器415、418、425、428和时钟驱动电路411、时钟电路421。中心交换网板42的时钟电路421至任一业务板41的时钟驱动电路411间的时钟信号线43及同步信号线44，中心交换板42的高速串行信号驱动器425至任一业务板41的高速串行信号驱动器415间的高速串行信号线45，及任一业务板41的高速串行信号驱动器418至中心交换网板42的高速串行信号驱动器428间的高速串行信号线46。中心交换网板42上的时钟电路421向TDM交换网片422、高速串行信号驱动器的适配器424、427及业务板41上的时钟驱动电路411分别提供时钟及同步信号，并由业务板41上的时钟驱动电路411向本板的TDM交换网片412、高速串行信号驱动器的适配器413、416分别提供时钟及同步信号。中心交换网板42上TDM交换网片422至高速串行信号驱动器的适配器424、427间的HW线分别传送复接/分接的多路电路数据，业务板41上TDM交换网片412至高速串行信号驱动器的适配器416、413间的HW线分别传送分接/复接的多路电路数据。高速串行线所传送的每一路数据应该包括起始位、数据位、停止位等内容。

背板高速串行线的速率和带宽根据驱动器的发展而发展，因而驱动器的传输速率和带宽是不受限制的，可以根据实际情况选择驱动器，因此使用背板高速串行线传输替代传统的TDM总线传输，传输带宽与设计的串行线传输速率相关，速率越高带宽越大。

参见图5，按图4所示结构进行中心交换网板与各业务板的电路连接后，其时序分析如图5中所示。主控板给各业务板提供多路电路数据HW(HW是TDM系统中发送数据、帧同步与时钟信号或接收数据、帧同步与时钟信号的总集，一至n路电路数据表示为HW1，...HWn)的帧同步与比特时钟信号，HW上的时钟的上升沿发送数据，下降沿采样数据。

图5中，FR1、FR2、FR3、...表示高速串行传输的帧同步信号，其周期是通常的TDM电路的8k帧周期的m倍(m为自然数，m≥1)，如TDM电路的8k帧周期为125us时，该处的帧同步周期就是125us(m＝1)、250us(m＝2)、375us(m＝3)等，根据系统设计情况确定。

利用高速串行线进行多路电路数据传输的过程是分批传输的过程，结合中心交换网板42向业务板41传输多路电路数据的过程具体说明之：

在第一个帧同步(FR1)期间，发送侧高速串行线的适配器424、423通过HW线汇集由TDM交换网片422发出的全部n路电路的HW，包括HW1，...，HWn的FR1的第1批数据；

在第二个帧同步(FR2)期间，发送端高速串行线的适配器424、423通过高速串行线45将这批第一个帧同步(FR1)期间的多路(n路HW)电路数据发送给接收端的高速串行线的适配器414、413，如图中高速串行线在FR2期间传输的HW1、HW2、...HWn的FR1的数据；

在第三个帧同步(FR3)期间，接收端高速串行线的适配器将接收到的这批第一个帧同步(FR1)期间的多路电路数据分解给对应的HW(HW1、HW2、...HWn)传输的目标板(中心交换板或任一业务板)的TDM交换网片412。

依次类推，在下一个周期的第二个帧同步期间，高速串行线上将传输HW1、HW2、...HWn的第二批(FR2)的数据。只要保证两批数据之间的时间间隔T，就可以保证数据的可靠传输，而对时钟的延迟不敏感。

按同样的方法，也可分析出由任一业务板通过背板高速串行总线分批向中心交换网板传输多路电路数据的时序及过程。

采用以帧为单位的高速串行线传输多路电路数据的缺点是每中转一次带来2帧的固定延迟，如图5中接收侧波形示意。

另外，当采用中心交换板实现TDM的集中交换时，多路电路数据先要从业务板送到中心交换板，然后再转发给接口板，因两次通过中心交换板，从而会带来4帧的固定延迟，即4×Tfr，Tfr表示传输一帧数据的时间周期。

参见图6，图中示出采用接口板62完成多路电路数据交换的结构，中心主控板61通过时钟电路611给各业务板60及接口板62提供帧同步和时钟信号，即由中心主控板61集中分配时钟，接口板62分别通过背板高速串行线63、64、65、66与各业务板60连接，进行集中电路数据传输交换。如此，图3至图5中采用高速串行线传输多路电路数据带来的固定延迟可以通过将中心交换板的TDM交换模块转移到接口板上，其传输过程就只有一次转换，即只有2帧延迟。

当采用多帧复用或交织复用方式进行传输时，即每条HW以k帧为单位复用，或将多条HW的相应帧交织，所产生的时延是单帧复用方式的k倍，因此其技术不可取。

综上所述，本发明采用背板高速串行线点对点传输多路电路数据，既大大提高了背板的电路传输容量，同时放松了对时钟同步的需求，加上高速串行信号本身的优点，使得系统可靠性也大大提高。

Claims (10)

1.一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于包括：

A.将中心交换网板的时分复用交换模块分别经背板高速串行线与各业务板连接，进行集中n路电路数据传输交换；

B.由中心交换网板的时钟电路给各业务板集中分配帧同步和时钟信号；

C.在发送侧，将n路电路数据以帧为单位复接，经所述的背板高速串行线分批传输；

D.在接收侧，将每批n路电路数据以帧为单位分接，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于所述的步骤C与步骤D进一步包括：

a.在第一个帧同步期间，发送侧汇集由时分复用交换网片发出的全部n路电路的第一个帧同步的数据，形成一批第一个帧同步的n路数据；

b.在第二个帧同步期间，发送侧通过所述的背板高速串行线传输该批第一个帧同步的n路数据；

c.在第三个帧同步期间，接收侧将接收到的该批第一个帧同步的n路数据经TDM交换网片分解给对应的n路传输目标板；

d.重复并连续执行步骤a至c。

3.根据权利要求2所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的步骤a，发送侧汇集由TDM交换网片发出的每一批全部n路电路的帧同步的数据是通过顺序执行串/并转换、并/串转换和高速串行驱动实现的。

4.根据权利要求2所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的步骤c，接收侧向TDM交换网片分解每一批帧同步的n路数据是通过顺序执行高速串行驱动、串/并转换、并/串转换实现的。

5.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的步骤B，所述的高速串行传输帧同步信号独立于所述的电路数据时钟信号。

6.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的由中心交换网板的时钟电路给各业务板集中分配帧同步和时钟信号，是采用点对点方式或采用总线型方式进行传输。

7.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的由背板高速串行线分批传输的n路电路数据中的每一路电路数据，至少包括有起始位、数据位和停止位。

8.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的以帧为单位包括单帧或一帧以上的多帧。

9.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述的背板高速串行线的传输带宽与串行线的传输速率相关，串行线的传输速率越高，背板高速串行线的传输带宽越宽。

10.根据权利要求1所述的一种采用背板高速串行线传输多路电路数据的方法，其特征在于：所述高速串行传输的帧同步周期是时分复用电路帧周期的m倍，m为自然数，m≥1。

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