CN1238796C - 一种实现接口转换的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现InfiniBand(IB)和系统包接口(SPI)接口转换的装置及方法，该装置包括业界标准SPI-4接口逻辑、IB接口逻辑、处理器接口、发送通道缓存、发送状态机、IB发送调度状态机、发送数据通道逻辑、发送IB头部静态存储器、接收通道缓存、接收信用度逻辑、接收状态机和接收数据通道逻辑；该方法将SPI侧的数据报文转换为内部的数据报文，并作报文封装，将封装后的数据报文进行编码，并将编码后的数据报文发送至IB侧；将IB侧的数据报文解码，并去除报文封装，将去除封装后的数据报文转换为SPI的数据报文，并发送至SPI侧。该装置及方法实现了IB和SPI的桥接，应用本发明代替IB与外设器件互连(PCI)的桥接可以彻底地解决IB与PCI桥接时的带宽瓶颈问题。

Description

一种实现接口转换的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种总线接口转换技术，更确切地说是涉及数据通信领域中的一种实现InfiniBand和系统包接口(SPI，System Packet Interface)接口转换的装置及方法。

背景技术

InfiniBand(IB)是由COMPAQ、Dell、HP、IBM、Intel、SUN和Microsoft等七家PC和存储服务器领域的厂家主推的一种基于通道的串行交换式I/O技术，其在数据存储域网(SAN)和数据通信等领域广泛应用，主要作为交换平台以提供大容量、点对点的交换网。这些厂商还成立了一个IB贸易联盟(IBTA，InfiniBand Trade Association)来专门制定和推广其相关技术和应用规范。IBTA规定了从物理层到传输层的所有操作协议，并且由硬件来实现从物理层到传输层的功能，从而大大减轻了CPU的负荷；同时其还制定了详细的流控策略和安全机制，可以实现端口级和连接级的流控和点对点的安全保护。

IB的链路分为三种规格：1X 2.5Gbps链路、4X 10Gbps链路和12X 30Gbps链路，时钟频率为2.5GHz。在数据通信领域，可以将IB作为交换平台，利用IB可以实现板间、框间和设备间的互联。

目前，IB在数据通信领域的应用模型如图1所示。

参见图1，在这个应用模型中，两个IB交换网105实现数据平面的1+1备份，两个管理维护单元(MPU，Management Processing Unit)模块101则实现了管理平面的1+1备份，IB交换网105和每个线路卡102通过两条IB链路103实现物理链路的备份。MPU模块负责维护整个系统以及部分业务处理，其内部设置了IB体系结构中用于连接处理器的主通道适配器(HCA，HostChannel Adapter)，线路卡中设置了用于连接IB体系结构中的末端设备的通道适配器(CA，Channel Adapter)。两个IB交换网105分别通过16个IB链路107连接背板104，每个线路卡102以及MPU模块101都通过2个IB链路和背板104相连，背板104信号定义采用PICMG3.2标准。IB链路103为1X时IB交换网与线路卡和MPU的交换容量是80Gbps，为4X时的交换容量是320Gbps。在交换网105上提供2～4个级联IB端口106，链路带宽可以是4X和12X，用以实现框间和设备间的互联。

在图1中的线路卡102上，目前能够实现的技术方案如图2所示。

参见图2，网络处理器位于线路卡102的网络侧208，由于目前的网络处理器都不提供外设器件互连(PCI)接口206，所以采用CPU201外挂以太网控制器205的方案。HCA芯片207一侧通过两个1X的IB链路103和交换网板104相连，另一侧提供一个PCI/x接口206，CPU 201作为该系统中的PCI主设备，通过一个北桥202对HCA芯片207和以太网控制器205进行统一管理。所有的报文都在CPU 201的软件中完成处理后由HCA芯片207上交IB交换网105或者由以太网控制器205的以太网接口204发送到用户侧203。

在上述基于软件转发的技术方案中，所有的数据报文都要先通过PCI/x交给一个通用的CPU进行集中处理，再由该CPU通过北桥交给HCA芯片或者以太网控制器处理。这样，通用CPU的占用率很高，而且主要的工作是处理数据报文，使得线路卡的转发效率很低，无法达到千兆以太网的线速；而PCI总线所有版本及其升级版本中，PCI-x的带宽最大，但是也只有8Gbps，所以当HCA芯片的IB链路为4X，即为10Gbps时，PCI/x的带宽和IB的带宽不对称，无法做到无阻塞转发(Non-blocking Forwarding)。

对于以上技术方案中存在的问题，可以用图3的技术方案来解决。

参见图3，在线路卡102中配置目标通道适配器(TCA，Target ChannelAdapter)304、10Gbps的网络处理器(NP，Network Processor)301和10Gbps的流量处理器(TM，Traffic Manager)302，这三个处理器均通过管理总线305与北桥202连接，以连接CPU 201。在NP 301和TM 302上可以对IP协议进行终结或者隧道续传处理，在TCA 304上可以完成基本的IB协议处理，CPU系统只有管理维护单板的作用。

对于线路卡转发效率低的问题，可以通过NP 301和TM 302来解决，NP301/TM302是一种用来进行数据报文转发的专用处理器，可以达到10Gbps的线速，远远超过了通用CPU 201集中转发的效率；对于带宽不对称的问题，由于目前业界的NP 301和TM 302大都能提供标准接口SPI-4303，其I/O带宽可以达到10Gbps，相当于OC-192ATM/POS或10Gb以太网的带宽，所以可以通过用SPI-4303代替PCI/x206来解决。

SPI-4分为两个版本：SPI-4Phase1和SPI-4Phase2，由于SPI-4Phase1存在固有缺陷基本不再使用，本文中只讨论SPI-4Phase2，即SPI4.2。SPI4.2的数据总线宽度为16位，最小时钟频率为311MHz，在时钟的上下沿都进行数据采样。SPI4.2的流控信息通过带外交互，而其它控制信息则通过带内交互。

在图3所示的技术方案中，需要TCA和NP/TM之间的接口为标准的SPI4.2接口，而TCA与交换网的接口为两个1X/4X IB链路，但是如何在TCA 304中同时提供IB和SPI-4接口尚无解决方案。

发明内容

本发明的目的是为了实现在TCA中同时提供IB和SPI-4接口而设计的一种实现接口转换的装置，使其能彻底解决IB和PCI/x桥接时存在的带宽瓶颈问题，实现无阻塞转发。

本发明的进一步目的是提供一种实现接口转换的方法。

本发明的一种实现接口转换的装置，该装置至少包括：业界标准SPI-4接口逻辑(ISI)模块、InfiniBand接口逻辑(IIL)模块、发送报文处理模块及接收报文处理模块，其中，

ISI模块，用于转换数据、处理时钟和控制数据流量；

IIL模块，用于封装、转换和验证数据报文、控制数据流量并监控流控报文；

所述发送报文处理模块包括：发送通道缓存(TCF)模块、发送状态机(TSM)模块、IB发送调度状态机(ITS)模块、发送数据通道逻辑(TDP)模块及发送IB头部静态存储器(THS)模块，其中，

TCF模块，用于保存ISI模块发送的数据报文，向ITS模块发起调度请求，并根据TSM模块发送来的通道号将该通道中的数据报文发送到TDP模块；

TSM模块，用于接收ITS模块发送来的通道号信息，并将该通道号发送给TCF模块，将数据报文中的标准交换头(SSH)的目的端口地址与THS的静态随机存储器SRAM在整个IB桥接装置内部统一编址的起始地址相加，计算出THS模块中SRAM的地址，并将该地址反馈给THS模块，通知TDP模块读取数据；

ITS模块，用于从TCF模块中选择调度请求，并向TSM模块反馈被选择的调度请求所在通道的通道号；

TDP模块，用于在获取TSM模块准备读取数据通知后，接收TCF模块发送的数据报文，在数据报文之前添加从THS模块中获取的报文头部信息，并将处理后的数据报文发送到IIL模块；

THS模块，用于存储数据报文的报文头部信息，并将TSM模块返回的地址信息所对应的SRAM中保存的报文头部信息发送给TDP模块；

所述接收报文处理模块包括：接收通道缓存(RCF)模块、接收信用度逻辑(RCL)模块、接收状态机(RSM)模块及接收数据通道逻辑(RDP)模块，其中，

RCF模块，用于接收RSM模块发送来的、且用于存储当前数据报文的通道号，将RDP模块发送来的、且去除封装后的数据报文保存在该通道号对应的存储通道中，选定一个数据报文发送给ISI模块，并将所有存储通道的使用状态信息发送给RCL模块；

RCL模块，用于监视RCF模块中存储通道的使用状态信息，在存储通道不够用时产生IB流控报文，并将该流控报文发送给IIL模块；

RSM模块，用于在接收到IIL模块发送来的数据报文有效信号后验证数据报文的正确性，从正确的数据报文的SSH中提取端口地址，由该端口地址选定RCF模块中用于存储该数据报文的存储通道的通道号，将该通道号通知RCF模块，并通知RDP模块该数据报文有效；

RDP模块，用于在检测到RSM模块的数据报文有效信号后，从IIL模块中读取数据报文，将数据报文去除封装并发送给RCF模块。

所述的ISI模块包括：

两个或以上的通道多路转换模块，用于将移位寄存器中的数据发送给发送通道缓存和所述装置的外部；

两组或以上的移位寄存器，用于接收从所述装置的外部及接收报文处理模块发送的数据，实现SPI-4侧数据与所述装置内部数据的转换，并将转换后的数据发送给通道多路转换模块；

流控报文监控模块，用于监控接收报文处理模块中的流控报文，并在有流控报文时向SPI-4时钟、流量和控制模块发送流控报文信息；

SPI-4时钟、流量和控制模块，用于通过通道多路转换模块分别控制每个移位寄存器发送数据的顺序，将SPI-4的带外流控信息翻译为所述装置内部的流控信息，接收流控报文监控模块中的流控报文信息，根据流控报文信息产生SPI-4的带外流控信息，并进行时钟控制。

所述的IIL模块包括：

流控报文处理模块，用于向通道多路转换模块透传从接收信用度逻辑获取的流控报文，并向通道多路转换模块发出控制信号，使其将数据源选为流控报文；

通道多路转换模块，用于接收从发送报文处理模块传过来的数据报文和从流控报文处理模块传过来的流控报文和控制信号，从数据报文和流控报文中选择一个发给IB串并/并串转换模块；

一个或以上的IB串并/并串转换模块，用于透传流控报文，封装数据报文，并将封装后的数据报文转换为IB侧的数据发送出去，接收IB侧的数据并将其转换为所述装置内部的数据，验证该数据的合法性，选择合法的数据并交给接收报文处理模块和流控报文监控模块，向接收报文处理模块发送报文有效信号；

流控报文监控模块，用于监控数据信息，并在有流控报文时，产生流控报文信息传送给发送报文处理模块。

该装置进一步包括微处理器接口(up I/F)模块，用于维护发送报文处理模块中的报文头部信息，该up I/F模块与发送报文处理模块互连。

所述的微处理器接口为存储器(Memory)总线结构。

所述的TCF模块包括：

仲裁器，用于根据数据报文中的端口地址确定存储数据报文的存储通道的通道号，将数据报文存储在与通道号对应的存储通道中，向ITS模块发送调度请求信号；

Tx_FIFO通道，用于根据仲裁器确定的通道号存储数据报文，并将数据报文发送到通道多路转换模块，所述Tx_FIFO通道中包括至少一个通道；

通道多路转换模块，用于在接收到TSM模块反馈的存储通道的通道号后，将该通道中的数据发送到TDP模块。

所述的TDP模块包括：

数据读取引擎，用于在接到TSM模块准备读取数据的通知后接收从TCF模块发出的数据报文，并将该数据报文发送给内部缓存模块；

内部缓存模块，缓存数据读取引擎中的数据报文，并将该数据报文发送到IB报文头插入逻辑模块；

IB报文头插入逻辑模块，从THS模块中获取IB报文的头部信息，并在内部缓存模块发出数据报文之前，将该头部信息发送到IIL模块。

所述的THS模块包括一个内存管理单元和其管理的一块内存。

所述的RCF模块包括：

仲裁器，用于监控存储通道的状态信息并将其发送给RCL模块，选定下一次要发送给ISI模块的数据源，并将其发送给通道多路转换模块；

Rx_FIFO通道，用于存储通道多路转换模块发送来的数据报文，包括至少一个通道；

两个或以上的通道多路转换模块，用于接收从RDP模块发出的数据报文，将该数据报文存储在与RSM模块反馈的Rx_FIFO通道的通道号对应的Rx_FIFO通道中，将仲裁器选定的数据报文发送给ISI模块。

所述的RDP模块包括：

数据读取引擎，用于在检测到RSM模块发出的报文有效信号后，从IIL模块中读取数据报文，并交给去除IB封装逻辑；

去除IB封装逻辑，用于去除数据读取引擎发送过来的数据报文中的IB报文封装，并将去除IB报文封装后的数据报文发送给RCF模块。

本发明的一种实现接口转换的方法，该方法至少包括：

将系统包接口(SPI)侧输入的数据报文进行串并转换后存储，在存储数据报文的存储空间在保存数据报文时发起调度请求后，根据IB侧的缓冲器(Buffer)情况、所有存储数据报文的存储空间发起的调度请求的状况、IB链路上虚通道是否激活，从所有的调度请求中选择一个调度请求，根据该调度请求确定对应的数据报文，之后通过调度机制选择当前要发送的数据报文，并从保存的报文头封装信息中取出与所选数据报文对应的报文头封装信息，然后将其封装在该数据报文前，并计算当前所选数据报文的InfiniBand标准循环冗余校验值，然后将其封装在数据报文后，之后将其转换为串行数据报文输出至IB侧；

将IB侧输入的数据报文进行串并转换后进行数据合法性验证，去除正确数据报文中的IB报文封装信息并存储该处理后的数据报文，根据数据报文的优先级将存储的数据报文转换为串行数据发送至SPI侧。

步骤b2中所述的IB标准循环冗余校验值在进行IB串并/并串转换时计算得到。

该方法可以进一步包括：在处理IB侧输入数据报文的同时，将SPI侧的带外流控信息翻译为内部流控信息以控制数据的流量，并监控数据报文的存储空间是否够用，根据存储空间是否够用控制数据的流量。

该方法还可以进一步包括：在处理SPI侧输入数据报文的同时，将IB侧的拥塞信息翻译为SPI的带外流控信息以控制数据的流量。

封装后的数据报文通过8b/10b编码方式转换为串行数据的数据报文。

所述对数据报文进行合法性验证是通过数据报文的封装信息验证数据报文的正确性。

所述从IB侧输入和输出到IB侧的数据报文包括IB本地路由头、标准交换头、SPI-4的帧头、净荷、不变循环冗余校验值和可变循环冗余校验值，其中的标准交换头至少包括SPI-4的端口地址和帧类型。

本发明将SPI-4侧的数据转换为装置内部的数据，对其进行数据报文的封装，并将其转换为IB侧的数据，将IB侧的数据转换为装置内部的数据，对其进行数据报文的去除封装，并将其转换为SPI-4侧的数据，实现了IB与SPI-4的桥接功能，从而彻底解决了IB与PCI桥接时的带宽瓶颈问题。SPI-4到InfiniBand之间的数据信号不需要进行直接的映射，而是通过各自的编解码技术将SPI-4和IB都转换为IB桥接装置的内部总线，由此提高了IB桥接装置内部的总线带宽。

本发明同时还提出了一种全新的IB解决方案，使得IB不但可以用于应用存储服务器领域，还可以广泛应用在数据通信设备中。

附图说明

图1是IB在数据通信领域的应用模型；

图2是IB的应用模型中的线路卡目前的技术方案；

图3是对IB应用模型中线路卡的改进方案；

图4是IB桥接装置对外的IB报文格式；

图5是实现本发明方案的功能框图；

图6是IB桥接装置中公共模块ISI模块的结构图；

图7是IB桥接装置中公共模块IIL模块的结构图；

图8是发送方向上的TCF模块的结构图；

图9是发送方向上的TSM状态机逻辑实现的示意图；

图10是发送方向上的ITS状态机逻辑实现的示意图；

图11是发送方向上的TDP模块的结构图；

图12是接收方向上的RCF模块的结构图；

图13是接收方向上的RCL状态机逻辑实现的示意图；

图14是接收方向上的RSM状态机逻辑实现的示意图；

图15是接收方向上的RDP模块的结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明的技术方案通过一个IB桥接装置实现。参见图5，在该IB桥接装置中，定义发送报文的方向502为从SPI4.2接口到IB接口的方向，接收报文的方向503为从IB接口到SPI4.2接口的方向，发送方向502完成数据报文的封装，而接收方向503去除数据报文的封装。在IB桥接装置中设置了以下模块：

1)业界标准SPI-4接口逻辑(ISI，Industry Standard SPI-4Interface Logic)501；

2)IB接口逻辑(IIL，InfiniBand Interface Logic)513；

3)微处理器接口(up I/F，Micro Processor Interface)514；

4)发送通道缓存(TCF，Transmit Channel FIFO)504；

5)发送状态机(TSM，Transmit State Machine)505；

6)IB发送调度状态机(ITS，IB Transmit Scheduler State Machine)506；

7)发送数据通道逻辑(TDP，Transmit Data Path Logic)507；

8)发送IB头部静态存储器(THS，Transmit Header SRAM)508；

9)接收通道缓存(RCF，Receive Channel FIFO)509；

10)接收信用度逻辑(RCL，Receive Credit Logic)510；

11)接收状态机(RSM，Receive State Machine)511；

12)接收数据通道逻辑(RDP，Receive Data Path Logic)512。

其中的ISI模块501、IIL模块513和up I/F模块514为公共模块；TCF模块504、TSM模块505、ITS模块506、TDP模块507和THS模块508为发送方向上的功能模块，构成了发送报文处理模块502；RCF模块509、RCL模块510、RSM模块511和RDP模块512为接收方向上的功能模块，构成了接收报文处理模块503。

参见图4，IB桥接装置对外的IB报文格式具体为：

在NP和IB桥接装置之间的IB报文407是没有加上IB封装的报文，其主要的域包括标准交换头(SSH，Standard Switching Header)402、SPI4.2的帧头403以及净荷404，其中SSH 402包含了SPI4.2的端口地址和帧类型等信息，帧类型包括起始帧SOF、中间帧MOF和结束帧EOF。IB桥接装置和IB交换网之间的IB报文408为标准的IB报文，IB本地路由头(LRH，Local Route Header)401、不变循环冗余校验值(ICRC，Invariant CyclicRedundancy Check)405和可变循环冗余校验值(VCRC，Variant CyclicRedundancy Check)406的封装都在IBD内部完成。

发送报文处理模块502处理数据报文的过程为：

数据报文通过SPI4.2接口以信元或者包的格式被传入ISI模块501，ISI模块501通过其内部的移位寄存器将SPI4.2接口的16位串行数据转换成IB桥接设备内部的64位并行数据，并将这64位并行数据存入TCF模块504的FIFO通道(Tx_FIFO通道)；TCF模块504在收到数据报文之后，立即通过仲裁器向ITS模块506发起调度请求，并将数据报文保存在Tx_FIFO通道中；ITS状态机506根据IB侧的Buffer情况、TCF模块504的各Tx_FIFO通道调度请求的状况和IB链路上虚通道(VL，Virtual Lane)是否激活从所有调度请求中选择一个处理，将所选择处理的调度请求所在的Tx_FIFO通道的通道号反馈给TSM状态机505；TSM状态机505在接收到ITS状态机506反馈的通道号后跳跃出空闲状态，求得THS模块508的SRAM的地址，并将SRAM地址反馈给THS模块508，通知TDP模块507准备从TCF模块504中读取数据报文，将Tx_FIFO通道的通道号反馈给TCF模块504；THS模块508根据SRAM地址将保存的IB LRH输出给TDP模块507；TDP模块507将IB LRH加在数据报文之前，并将该数据报文转发给IIL模块513；IIL模块513计算数据报文的ICRC和VCRC，并将其附加到数据报文之后，然后将数据报文进行8b/10b编码工作，最后将16位的串行数据通过两个链路带宽为4X的发送IB链路传送到IB桥接装置外。在发送数据报文的过程中，ISI模块501将IB侧的对端设备的拥塞状态信息翻译为SPI4.2的带外流控信息Tx_FC，如果IB侧的对端设备处于拥塞状态，Tx_FC通知SPI4.2侧的对端设备减缓或停止数据发送，直至IB侧的对端设备的拥塞消除。

接收报文处理模块503处理数据报文的过程为：

IIL模块513将数据报文进行8b/10b解码，并进行数据报文的IB物理层和链路层的合法性验证，直接丢弃非法的数据报文，将合法的数据报文向RDP模块512发送，同时向RSM模块511发送数据报文有效信号；RSM模块511接收到数据报文有效信号后，验证该数据报文的正确性，直接丢弃不正确的数据报文，选择正确的数据报文，并从该数据报文的SSH中提取端口地址，将由端口地址选定的RCF模块的FIFO通道(Rx_FIFO通道)的通道号通知RCF模块509，同时通知RDP模块512当前的数据报文有效；RDP模块512检测到RSM模块511发出的报文有效信号后，接收从IIL模块513传过来的数据报文，并且去除该数据报文的LRH、ICRC和VCRC，将处理完的数据报文交给RCF模块509保存；RCF模块509将数据报文保存到与RSM模块511选定的通道号对应的Rx_FIFO通道中，并根据优先级选定一个数据报文交给ISI模块501处理；ISI模块501通过其中的移位寄存器将IB桥接装置内部的64位并行数据转换成SPI4.2标准的16位串行数据，并将其发送出去。在接收数据的过程中，ISI模块501将SPI4.2的带外流控信息Rx_FC翻译为IB桥接装置的内部流控信息，并将其发送到发送通道缓存，用于在接收侧的对端模块处于拥塞状态时，内部流控信息通知本IB桥接装置减缓或停止向其发送数据，直至对方的拥塞消除；RCL模块510监控Rx_FIFO通道的状态信息，当Rx_FIFO通道不够用时马上产生一个IB流控报文，并将其发送给IIL模块513，通知IB侧的对端设备减缓或停止发送数据报文，直至Rx_FIFO通道够用。

以下对各个模块的结构及功能作详细的说明。

ISI模块的结构如图6所示，包括两个通道多路转换(MUX，Channel MUX)模块604和605、流控报文监控模块608、两组移位寄存器601、602与606、607和SPI-4流控、时钟和控制模块603。两组移位寄存器601、602和606、607用于完成SPI4.2的16位串行数据与64位并行数据的转换，移位寄存器601、602用于发送数据报文，移位寄存器606、607用于接收数据报文，每组设置两个64位的移位寄存器，目的是为了在保存数据的过程中也能进行移位操作。在发送方向上，每一个时钟周期将SPI4.2的16位串行数据的数据报文移入移位寄存器601或602，4个时钟周期后正好有64位数据进入该移位寄存器601或602，这时将此64位并行数据的数据报文通过MUX模块604存入TCF模块，接着进行下一次“移位—>保存”操作；在接收方向上，将RCF模块中的64位并行数据的数据报文移入移位寄存器606或607，每个时钟周期移出一个16位数据，将移出的16位串行数据通过MUX模块605发送到芯片外，四个周期后该64位并行数据全部转换为16位SPI4.2串行数据，接着进行下一次“移位—>发送”操作。流控报文监控模块608有两个作用，一个作用是用于监控来自RCF模块的数据，如果检测到流控报文，则将流控报文信号发送到SPI-4流控、时钟和控制模块603，另一个作用是接收SPI-4流控、时钟和控制模块603翻译的流控信息，并将该流控信息发送到MUX模块604。SPI-4流控、时钟和控制模块603分别与发送方向的MUX模块604和接收方向的MUX模块605连接，以控制MUX模块604、605如何选择两个移位寄存器中的数据进行发送，SPI-4流控、时钟和控制模块603实现SPI4.2规范中的控制部分功能，完成SPI4.2的时钟处理和流量控制，完全遵循SPI-4的技术规范。SPI-4流控、时钟和控制模块603在时钟处理方面，在发送方向上，TDCLK是SPI-4的数据发送时钟，和TDAT一起配合完成数据的发送，TDAT在TDCLK的上下沿分别发送数据，当TCTL为高电平时，说明TDAT上发送的报文是SPI-4流控报文，否则为数据报文，TSCLK是发送状态时钟，用作TSTAT的采用时钟，TSTAT上的数据根据TSCLK的时钟频率来发送，可以与TDCLK不同；在接收方向上，RDCLK是SPI-4的数据接收时钟，和RDAT一起配合完成数据的采样，RDAT在RDCLK的上下沿分别被采用，恢复线路的数据报文，当RCTL为高电平时说明RDAT上发送的报文是SPI-4流控报文，否则是数据报文，RSCLK是发送状态时钟，用作RSTAT的采用时钟，RSTAT上的数据根据RSCLK的时钟频率来采用，可以和RDCLK不同。SPI-4流控、时钟和控制模块603在流量控制方面，在发送方向上，流控报文监控模块608将检测到RCF模块中有流控报文时产生的流控报文信号发送给SPI-4流控、时钟和控制模块603，SPI-4流控、时钟和控制模块603将该流控报文信号翻译为由TCTL和TSTAT组成的SPI4.2的带外流控信息Tx_FC，用于在IB侧的对端模块无法接收更多的数据时，通知发送侧的对端模块减缓或停止数据发送，直至拥塞消除，在接收方向上，将由RCTL和RSTAT组成的SPI4.2的带外流控信息Rx_FC翻译为IB桥接装置的内部流控信息，并将该流控信息发送给流控报文监控模块608，同时向MUX模块604发送控制信号609，使其将数据源选为流控报文监控模块608中的流控信息，以用于当SPI4.2侧的对端模块无法接收更多的数据时，通知IB侧的对端模块减缓或停止发送数据，直至对方的拥塞消除。

IIL模块的结构如图7所示，包括流控报文处理模块701、MUX模块702、两个业界标准的IB串并/并串转换模块(IB SerDes)703、704和流控报文监控模块706。流控报文处理模块701的作用是简单地缓存一下RCL模块发送过来的流控报文，同时通知MUX模块702有流控报文需要发送。流控报文监控模块706的作用是监控来自IB SerDes模块704的流控报文，如果有流控报文，则将其发送到ITS模块。流控报文处理模块701、MUX模块702和IB SerDes模块703组成发送部分负责发送数据报文，IB SerDes模块704和流控报文监控模块706组成接收部分负责接收数据报文。对于发送部分，从TDP模块传过来的数据报文发送给MUX模块702、从RCL模块传过来的IB流控报文通过流控报文处理模块701发送给MUX模块702，MUX模块702从中选择一个数据报文发送给IB SerDes模块703。依据IB规范，流控报文具有绝对优先权，流控报文处理模块701只是简单地将IB流控报文透传过去，同时向MUX模块702发出控制信号705，命令其将数据源选择为IB流控报文，IB流控报文依次通过MUX模块702和IB SerDes模块704发送出去。只有在没有IB流控报文的情况下MUX模块702才会选择TDP模块的数据报文，将TDP模块的数据报文作为IIL模块的数据源交给IBSerDes模块703，IB SerDes模块703收到TDP模块的数据报文时计算报文的ICRC、VCRC，并且附加到TDP模块交过来的数据报文后面，然后进行8b/10b编码工作，最后将16位的串行数据通过由IB SerDes模块703向芯片外提供的两个链路带宽为4X，即为10Gbps的发送IB链路传送到芯片外。对于接收部分，IB SerDes模块704通过其向芯片外提供的两个链路带宽为4X，即为10Gbps的接收IB链路接收从IB交换网传过来的16位串行数据，完成该数据的串/并转换，并对该数据做IB物理层和链路层的合法性验证工作，如果该数据不合法则将其直接丢失，如果是合法的，则将转换所得的64位并行数据交给RDP模块，同时向RSM模块发送一个硬件信号指示报文有效，并通过流控报文监控模块706在有流控报文时的产生一个流控报文信号，并将该流控报文信号发送给ITS状态机。

Up I/F模块即为简单的Memory总线结构，只和THS模块有接口，用于维护THS模块中的报文头部信息。

TCF模块的结构如图8所示，包括仲裁器801、N条Tx_FIFO通道802和MUX模块803，其中Tx_FIFO通道802的N值依不同的应用而定，可以配置。仲裁器801根据数据报文的SSH中的目的端口地址确定该数据报文保存在哪一个Tx_FIFO通道中，同时还会向ITS模块发送一个调度请求信号；Tx_FIFO通道802是为便于管理，由一整块内存空间划出的许多通道，用于保存数据报文，每个Tx_FIFO通道802都有一个起始地址，可以通过通道的起始地址+Tx_FIFO偏移对其进行访问，每个通道都有一根硬件调度请求信号连接到ITS模块；MUX模块803用于根据TSM状态机反馈的Tx_FIFO通道的通道号将该通道中的数据发送到TDP模块，其结构为一排电子开关，选中哪一个Tx_FIFO通道802的通道号就将对应的开关打开。

TSM状态机的状态转移图如图9所示，当TSM状态机接收到ITS模块反馈的Tx_FIFO通道的通道号时其跳跃出空闲状态，将数据报文中的SSH的目的端口地址(Offset，偏移)与THS模块的SRAM在整个IB桥接装置内部统一编址的起始地址(BaseAddress，基址)相加以求得THS模块的SRAM的地址，并将求得的SRAM地址反馈给THS模块，接着产生一个读Tx_FIFO请求信号通知TDP模块可以从TCF模块中读取数据报文，然后将Tx_FIFO通道的通道号反馈给TCF模块中的MUX模块，最后重新跳回空闲状态。

ITS状态机的状态转移图如图10所示，在没有调度请求的情况下，该状态机一直处于空闲状态，当TCF模块的仲裁器对其有调度请求时就会跳跃到激活预调度状态，开始处理调度请求，如果该Tx_FIFO通道的调度请求数目不符合调度要求，即该通道的调度请求在一段时间内过多，这里何时为过多可自行设置，则返回空闲状态，重新选择调度请求，否则通过IIL模块向其发出的IB流控报文信号判断IB侧设备的缓存(Buffer)是否足够保存该报文，如果不够则返回空闲状态，重新选择调度请求，否则判断该报文对应的VL是否处于激活状态，如果没有处于激活状态，则返回空闲状态，重新选择调度请求，否则允许此次调度请求，通过与其相连的Tx_FIFO通道的硬件调度请求信号线得知调度请求所在的Tx_FIFO通道的通道号，将这个通道号反馈给TSM模块，同时ITS状态机恢复到空闲状态。

参见图11，TDP模块包括数据读取引擎1101、内部缓存1102和IB报文头插入逻辑1103。其中数据读取引擎1101为解释标准的内存访问，从TCF模块中获取数据报文，从TSM状态机获取准备读取数据的通知；内部缓存1102可以缓存一个数据报文；IB报文头插入逻辑1103首先从THS模块中获得IB报文头LRH，然后将其在该数据报文之前发送到IIL模块，由此在数据报文之前加上了IB报文头LRH。

THS模块为一个内存管理单元和其管理的一块内存，保存着IB LRH的信息，THS模块中的内容可以进行读写操作，IB LRH的内容可以通过upI/F模块进行修改。TSM模块输入一个THS模块的静态随机存储器(SRAM)的地址，THS模块则会将对应地址中的内容输出给TDP模块的IB报文头插入逻辑。

RCF模块的结构如图12所示，包括仲裁器1204、N条Rx_FIFO通道1203和两个MUX模块1201、1202，其中Rx_FIFO通道的N值依不同的应用而定，可以配置。仲裁器1204监控FIFO通道1203的状态，并且按照预先设定的优先级选定下一次要发送给ISI模块的数据源，该优先级可以设置为通道号越小，优先级越高，还将Rx_FIFO的状态信息发送给RCL模块；Rx_FIFO通道1203是为便于管理，由一整块内存空间划出的许多通道，用于保存数据报文，每个Rx_FIFO通道1203都有一个起始地址，可以通过通道起始地址+Rx_FIFO偏移对其进行访问；MUX模块1201将仲裁器1204选定的数据源发送给ISI模块；MUX模块1202将RDP模块中的数据保存到Rx_FIFO通道1203中，其Rx_FIFO通道的通道号由RSM模块根据报文的端口号计算得出。

RCL状态机的状态转移图如图13所示，RCL状态机在空闲时一直监视Rx_FIFO通道的状态信息，当Rx_FIFO通道不够用时马上产生一个IB流控报文，该报文内容为IB规范规定，每次格式固定，并将其发送给IIL模块的流控报文处理模块。

RSM状态机的状态转移图如图14所示，RSM状态机检测到IIL模块的IBSerDes模块给出的报文有效信息后，进入IB报文正确性的验证状态，在这个状态下，利用IB的循环冗余校验(CRC)值完成IB正确性的验证工作，如果CRC出错则依据IB规范直接丢弃该报文，否则继续后续处理，依次为从数据报文的SSH中提取目的端口地址、根据目的端口地址选定Rx_FIFO通道的通道号、将这个通道号通知RCF模块的MUX模块，最后利用硬件信号通知RDP模块当前报文有效。其中每个端口对应一个通道或者多个端口对应一个通道，具体实现时自由选择。完成上述这一系列的处理后RSM状态机又返回到空闲状态。

RDP模块的结构如图15所示，包括去除IB封装逻辑1501和数据读取引擎1502。数据读取引擎1502在检测到RSM模块的报文有效的硬件信号后，从IIL模块的IB SerDes模块中读取IB桥接装置内部的64位的并行数据，并将其直接交给去除IB封装逻辑模块1501将IB报文的封装去除。去除IB封装逻辑模块1501通过向RCF模块发送数据时不发送数据报文前面的IB报文头和尾部的CRC字段而实现IB的报文封装去除，由此交给RCF的报文就是没有IB封装的数据报文。

在本发明的具体实施例中，可以将实现本发明的IB桥接设备设计为一个芯片，将该芯片命名为IB桥接设备(IBD，InfiniBand Bridging Device)芯片，所有的功能通过该IBD芯片均可以实现。

本发明的技术方案将SPI4.2侧的数据报文转换为内部的数据报文，并作报文封装，将封装后的数据报文进行编码，并将编码后的数据报文发送至IB侧，同时，将IB侧的拥塞信息翻译为SPI4.2的带外流控信息；将IB侧的数据报文解码，并去除报文封装，将去除封装后的数据报文转换为SPI4.2的数据报文，并发送至SPI4.2侧，同时，将SPI4.2的带外流控信息翻译为内部流控信息，并监控存储数据报文的存储空间。

本发明对SPI4.2和IB侧数据报文的处理实现了数据报文在SPI4.2和IB之间的传输，并提高了IB桥接装置内部的总线带宽。本发明提供了IB到SPI4.2的桥接功能，应用本发明可以彻底地解决IB与PCI桥接时的带宽瓶颈问题，非常适合应用在高端数据通信设备中。

Claims (17)

1、一种实现接口转换的装置，其特征在于，该装置至少包括：业界标准SPI-4接口逻辑ISI模块、InfiniBand接口逻辑IIL模块、发送报文处理模块及接收报文处理模块，其中，

所述ISI模块，用于转换数据、处理时钟和控制数据流量；

所述IIL模块，用于封装、转换和验证数据报文、控制数据流量并监控流控报文；

所述发送报文处理模块包括：发送通道缓存TCF模块、发送状态机TSM模块、InfiniBand发送调度状态机ITS模块、发送数据通道逻辑TDP模块及发送InfiniBand头部静态存储器THS模块，其中，

TCF模块，用于保存ISI模块发送的数据报文，向ITS模块发起调度请求，并根据TSM模块发送来的通道号将该通道中的数据报文发送到TDP模块；

TSM模块，用于接收ITS模块发送来的通道号信息，并将该通道号发送给TCF模块，将数据报文中的标准交换头SSH的目的端口地址与THS的静态随机存储器SRAM在整个IB桥接装置内部统一编址的起始地址相加，计算出THS模块中SRAM的地址，并将该地址反馈给THS模块，通知TDP模块读取数据；

ITS模块，用于从TCF模块中选择调度请求，并向TSM模块反馈被选择的调度请求所在通道的通道号；

TDP模块，用于在获取TSM模块准备读取数据通知后，接收TCF模块发送的数据报文，在数据报文之前添加从THS模块中获取的报文头部信息，并将处理后的数据报文发送到IIL模块；

THS模块，用于存储数据报文的报文头部信息，并将TSM模块返回的地址信息所对应的SRAM中保存的报文头部信息发送给TDP模块；

所述接收报文处理模块包括：接收通道缓存RCF模块、接收信用度逻辑RCL模块、接收状态机RSM模块及接收数据通道逻辑RDP模块，其中，

RCF模块，用于接收RSM模块发送来的、且用于存储当前数据报文的通道号，将RDP模块发送来的、且去除封装后的数据报文保存在该通道号对应的存储通道中，选定一个数据报文发送给ISI模块，并将所有存储通道的使用状态信息发送给RCL模块；

RCL模块，用于监视RCF模块中存储通道的使用状态信息，在存储通道不够用时产生InfiniBand流控报文，并将该流控报文发送给IIL模块；

RSM模块，用于在接收到IIL模块发送来的数据报文有效信号后验证数据报文的正确性，从正确的数据报文的SSH中提取端口地址，由该端口地址选定RCF模块中用于存储该数据报文的存储通道的通道号，将该通道号通知RCF模块，并通知RDP模块该数据报文有效；

RDP模块，用于在检测到RSM模块的数据报文有效信号后，从IIL模块中读取数据报文，将数据报文去除封装并发送给RCF模块。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的ISI模块包括：

两个或以上的通道多路转换模块，用于将移位寄存器中的数据发送给发送通道缓存和所述装置的外部；

两组或以上的移位寄存器，用于接收从所述装置的外部及接收报文处理模块发送的数据，实现SPI-4侧数据与所述装置内部数据的转换，并将转换后的数据发送给通道多路转换模块；

流控报文监控模块，用于监控接收报文处理模块中的流控报文，并在有流控报文时向SPI-4时钟、流量和控制模块发送流控报文信息；

SPI-4时钟、流量和控制模块，用于通过通道多路转换模块分别控制每个移位寄存器发送数据的顺序，将SPI-4的带外流控信息翻译为所述装置内部的流控信息，接收流控报文监控模块中的流控报文信息，根据流控报文信息产生SPI-4的带外流控信息，并进行时钟控制。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的IIL模块包括：

流控报文处理模块，用于向通道多路转换模块透传从接收信用度逻辑获取的流控报文，并向通道多路转换模块发出控制信号，使其将数据源选为流控报文；

通道多路转换模块，用于接收从发送报文处理模块传过来的数据报文和从流控报文处理模块传过来的流控报文和控制信号，从数据报文和流控报文中选择一个发给InfiniBand串并/并串转换模块；

两个或以上的InfiniBand串并/并串转换模块，用于透传流控报文，封装数据报文，并将封装后的数据报文转换为InfiniBand侧的数据发送出去，接收InfiniBand侧的数据并将其转换为所述装置内部的数据，验证该数据的合法性，选择合法的数据并交给接收报文处理模块和流控报文监控模块，向接收报文处理模块发送报文有效信号；

流控报文监控模块，用于监控数据信息，并在有流控报文时，产生流控报文信息传送给发送报文处理模块。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置进一步包括微处理器接口up I/F模块，用于维护发送报文处理模块中的报文头部信息，所述up I/F模块与发送报文处理模块互连。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的微处理器接口为存储器Memory总线结构。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的TCF模块包括：

仲裁器，用于根据数据报文中的端口地址确定存储数据报文的存储通道的通道号，将数据报文存储在与通道号对应的存储通道中，向ITS模块发送调度请求信号；

Tx_FIFO通道，用于根据仲裁器确定的通道号存储数据报文，并将数据报文发送到通道多路转换模块，所述Tx_FIFO通道中包括至少一个通道；

通道多路转换模块，用于在接收到TSM模块反馈的存储通道的通道号后，将该通道中的数据发送到TDP模块。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的TDP模块包括：

数据读取引擎，用于在接到TSM模块准备读取数据的通知后接收从TCF模块发出的数据报文，并将该数据报文发送给内部缓存模块；

内部缓存模块，缓存数据读取引擎中的数据报文，并将该数据报文发送到InfiniBand报文头插入逻辑模块；

InfiniBand报文头插入逻辑模块，从THS模块中获取InfiniBand报文的头部信息，并在内部缓存模块发出数据报文之前，将该头部信息发送到IIL模块。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的THS模块包括一个内存管理单元和其管理的一块内存。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的RCF模块包括：

仲裁器，用于监控存储通道的状态信息并将其发送给RCL模块，选定下一次要发送给ISI模块的数据源，并将其发送给通道多路转换模块；

Rx_FIFO通道，用于存储通道多路转换模块发送来的数据报文，包括至少一个通道；

两个或以上的通道多路转换模块，用于接收从RDP模块发出的数据报文，将该数据报文存储在与RSM模块反馈的Rx_FIFO通道的通道号对应的Rx_FIFO通道中，将仲裁器选定的数据报文发送给ISI模块。

10、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的RDP模块包括：

数据读取引擎，用于在检测到RSM模块发出的报文有效信号后，从IIL模块中读取数据报文，并交给去除InfiniBand封装逻辑；

去除InfiniBand封装逻辑，用于去除数据读取引擎发送过来的数据报文中的InfiniBand报文封装，并将去除InfiniBand报文封装后的数据报文发送给RCF模块。

11、一种实现接口转换的方法，其特征在于至少包括：

将系统包接口SPI侧输入的数据报文进行串并转换后存储，在存储数据报文的存储空间在保存数据报文时发起调度请求后，根据InfiniBand侧的缓冲器Buffer情况、所有存储数据报文的存储空间发起的调度请求的状况、InfiniBand链路上虚通道是否激活，从所有的调度请求中选择一个调度请求，根据该调度请求确定对应的数据报文，之后通过调度机制选择当前要发送的数据报文，并从保存的报文头封装信息中取出与所选数据报文对应的报文头封装信息，然后将其封装在该数据报文前，并计算当前所选数据报文的InfiniBand标准循环冗余校验值，然后将其封装在数据报文后，之后将其转换为串行数据报文输出至InfiniBand侧；

将InfiniBand侧输入的数据报文进行串并转换后进行数据合法性验证，去除正确数据报文中的InfiniBand报文封装信息并存储该处理后的数据报文，根据数据报文的优先级将存储的数据报文转换为串行数据发送至SPI侧。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的InfiniBand标准循环冗余校验值在进行InfiniBand串并/并串转换时计算得到。

13、根据权利要求11所述的方法，其特征在于该方法进一步包括：在处理InfiniBand侧输入数据报文的同时，将SPI侧的带外流控信息翻译为内部流控信息以控制数据的流量，并监控数据报文的存储空间是否够用，根据存储空间是否够用控制数据的流量。

14、根据权利要求11所述的方法，其特征在于该方法进一步包括：在处理SPI侧输入数据报文的同时，将InfiniBand侧的拥塞信息翻译为SPI的带外流控信息以控制数据的流量。

15、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，封装后的数据报文通过8b/10b编码方式转换为串行数据的数据报文。

16、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对数据报文进行合法性验证是通过数据报文的封装信息验证数据报文的正确性。

17、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述从InfiniBand侧输入和输出到InfiniBand侧的数据报文包括InfiniBand本地路由头、标准交换头、SPI的帧头、净荷、不变循环冗余校验值和可变循环冗余校验值，其中的标准交换头至少包括SPI的端口地址和帧类型。

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