CN1275437C - 一种接收以太网数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的接收以太网数据的方法，属于以太网通信技术领域。该方法首先接收来自以太网线路的同步传输模式信号；提取其中的用户数据并进行串并转换；分别对每相邻两位的并行数据进行是否合法的判别，再进行是否连续的判别；对连续性信号进行搜索，以得到同步码的位置；根据同步码位置，从同步传输模式信号中的用户数据中提取加扰的64B/66B帧，进行解扰码，然后进行64B/66B解码，得到以太网帧。本发明提出的接收以太网数据的方法，在接收10G以太网数据时的64B/66B帧同步过程中，使用连续性判别的方法代替现有技术中使用同步状态机判别的方法，从而大大减少了帧同步系统占用的芯片面积。

Description

一种接收以太网数据的方法

技术领域    本发明涉及一种接收以太网数据的方法，属于以太网通信技术领域，具体而言，涉及到接收10G以太网数据的技术。

背景技术    以太网是一种应用广泛的计算机通信网。本发明所针对的10G以太网，是指美国电气和电子工程师学会所制订的编号为IEEE802.3ae-2002协议所规定的10G以太网。根据该协议的规定，10G以太网分为10G广域网和10G局域网两种不同的类型。广域网类型的10G以太网的物理层使用″同步数字系列″这种光同步数字传送网来承载以太网帧。如图1所示，具体的承载方式为，在发送以太网帧的时候，首先把由“目的地址域”，“源地址域”，“长度类型域”，“数据域”以及“帧效验序列域”构成的以太网帧分割成位宽为64比特的多个“块”。然后对每个“块”用64B/66B编码器进行编码，形成位宽为66比特的“64B/66B帧”。然后对“64B/66B帧”进行扰码(以下简称为加扰)。最后将加扰后的64B/66B比特流放入同步数字系列中标号为64C的同步传输模式单元(以下简称STM-64C)中传送。在接收以太网数据的时候，接收到的STM-64C就是加扰的64B/66B比特流。首先需要把加扰的64B/66B比特流分割成加扰的64B/66B帧，然后用解扰器解扰，得到去扰的64B/66B帧，再对每个64B/66B帧用64B/66B解码器进行64B/66B解码，得到位宽为64比特的以太网“块”，把这些“块”首尾相连就还原成发送端发送的以太网帧。

上述64B/66B帧结构图如图2所示。该帧长度固定为66比特，每帧的前2个比特为同步头，是用来标明64B/66B帧起始位置的。合法的64B/66B帧的同步头为二进制信号“01”或者“10”(以下简称为64B/66B帧的同步码型)。而二进制信号“00”或者“11”不能构成合法的64B/66B帧同步头。64B/66B帧的后64比特为信息域。

上述在接收以太网数据的时候，把加扰的64B/66B比特流分割成加扰的64B/66B帧的问题属于下面即将详细介绍的帧同步问题。

数字通信系统中传送的比特流一般具有一定的帧结构。一种常见的帧结构是：比特流中各帧首尾相接，每帧长度固定，在每帧的某个固定位置出现一种被称为同步码型的特殊码组。上述固定位置称为同步码位。寻找同步码位的过程叫做帧同步过程。完成帧同步过程的系统叫做帧同步系统。寻找同步码位的方法叫帧同步方法。当帧同步系统认定已经找到同步码位时，称该系统已经进入同步态。

在现有的帧同步方法中，帧同步系统大多包含一个有限状态机，该状态机工作在搜索，校核和同步这3个状态。换言之，经过搜索和校核，帧同步系统就达到了帧同步。在搜索状态，帧同步系统使用比较器，在到来的比特流中搜索同步码型。搜索到的码组可能是真正的同步码组，也可能是伪同步码组。如果是真正的同步码组，则在距离此码组一个帧长的位置应该再次出现同步码型。如果是伪同步码组，则伪同步码组再次在相隔一个帧长的位置出现的概率极低。为了判别此同步码组的真伪，帧同步系统进入校核状态。在校核状态，帧同步系统每隔一个帧周期检查到来的码组，看它是否仍然是合法的同步码型。如果合法，则进一步证明了当前搜索到的位置为同步码位。这种情况下可以进行进一步的校核，或者认定该位置为同步码位，帧同步系统进入同步态。如果非法，则说明当前搜索到的位置并非同步码位，而上次在此位置上出现同步码型仅仅是出于巧合。帧同步系统将重新进入搜索状态。在同步态，帧同步系统将继续检查同步码位上的码组是否是合法同步码组。如果在同步位置上连续出现若干次非法同步码组，则帧同步系统返回搜索态并重新开始搜索同步码组。帧同步系统由开始搜索到进入同步态的过程称为帧同步过程。

现代数字通信系统往往采用部分并行技术，即将系统分成串行和并行两部分。当帧同步过程在通信系统的串行部分完成时，需要采用串行帧同步方法。当帧同步过程在通信系统并行部分完成时，需要采用并行帧同步方法。

如图3所示，IEEE802.3ae-2002协议对64B/66B帧同步方法所应该满足的要求做出了规定，但是没有规定具体的帧同步方法。

串行和并行帧同步方法的基本原理都符合上述帧同步系统的工作原理，并且都需要使用比较器和有限状态机。比较器用来比较到来的码流是否和同步码型相同，状态机用来实现上述帧同步系统的状态转移过程。串行帧同步方法需要一个比较器和一个状态机，并行帧同步方法需要多个比较器和多个状态机。在高速电路中，必须采用并行帧同步的方法。不论串行帧同步方法还是并行帧同步方法，其保护过程都是相同的，差异比较大的是帧同步过程。

在66比特并行的10G以太网数据接收系统中，每次进入帧同步系统的是位宽为66比特的并行信号。这66个位置都可能为同步码位。如果使用现有的以太网接入方法，就需要有66个比较器和66个同步状态机，这要有很大的芯片面积开销。为了解决现有以太网接入方法占用芯片面积过大的问题，有必要提出一种面积开销比较小的以太网接入方法。

发明目的    本发明的目的是提出一种新的接收以太网数据的方法，克服已有的接收10G以太网数据的方法中，在64B/66B帧同步过程中使用多个同步状态机从而导致接收系统占用芯片面积比较大的困难，解决用成本更小的方法接收以太网数据的问题。

本发明提出的接收以太网数据的方法，包括以下步骤：

(1)接收来自以太网线路的同步传输模式信号；

(2)提取上述同步传输模式信号中的用户数据；

(3)对上述用户数据进行串并转换，使1比特位宽的串行数据转换成66比特位宽的并行数据；

(4)分别对每相邻两位的并行数据进行是否合法的判别，判别的方法是：对每相邻两位并行数据进行异或运算，若计算结果为“1”，则认为相邻两位并行数据为合法；若计算结果为“0”，则认为相邻两位并行数据为非法；再进行是否连续的判别，判别的方法是：在给定的连续时钟周期内，若对每相邻两位并行数据的合法性判别在每个时钟周期均为合法，则为连续，否则为不连续；

(5)对上述连续性信号进行搜索，以得到同步码的位置，搜索过程为：设定一个搜索启始位置，沿位置值递增的方向进行搜索，第一个满足连续性判别的位置即为同步码位置；

(6)根据上述同步码位置，从上述第(2)步同步传输模式信号中的用户数据中提取加扰的64B/66B帧，进行解扰码，然后进行64B/66B解码，得到以太网帧。

上述方法的步骤(4)中，所述的给定连续时钟周期数取为64。

本发明提出的接收以太网数据的方法，在接收10G以太网数据时的64B/66B帧同步过程中使用连续性判别的方法代替现有技术中使用同步状态机判别的方法。从而大大减少了帧同步系统占用的芯片面积。

附图说明

图1是已有技术中10G以太网的编码方法示意图。

图2是64B/66B帧结构图。

图3是802.3ae-2002规定的64B/66B帧同步方法所应满足的要求。

图4是本发明方法中同步传输模式信号中的扰码后的64B/66B帧首尾相接的情况。

图5是本发明方法中并行化后的66比特位宽的输入数据。

图6是本发明方法中进行连续性判别的具体实施方式。

具体实施方式

本发明提出的接收以太网数据的方法，首先接收来自以太网线路的同步传输模式信号；提取同步传输模式信号中的用户数据；对用户数据进行串并转换，使1比特位宽的串行数据转换成66比特位宽的并行数据；分别对每相邻两位的并行数据进行是否合法的判别，再进行是否连续的判别；对连续性信号进行搜索，以得到同步码的位置；根据同步码位置，从同步传输模式信号中的用户数据中提取加扰的64B/66B帧，进行解扰码，然后进行64B/66B解码，得到以太网帧。

上述方法中判别每相邻两位并行数据是否合法的方法是，对每相邻两位并行数据进行异或运算，若计算结果为“1”，则认为相邻两位并行数据为合法；若计算结果为“0”，则认为相邻两位并行数据为非法。

上述方法中判别每相邻两位并行数据连续性的方法为：在给定的连续时钟周期内，若对每相邻两位并行数据的合法性判别在每个时钟周期均为合法，则为连续；否则为不连续。给定连续时钟周期数可以取为64。

上述方法中对连续信号进行搜索过程为：设定一个搜索启始位置，沿位置值递增的方向进行搜索，第一个满足连续性判别的位置即为同步码位置。

本方法中提取的用户数据，是由加扰的64B/66B帧首尾相接构成的，即每隔64比特出现一次同步头的比特流。图4表示的是加扰的64B/66B比特流并出现了两个伪同步码组的情况。该比特流由首尾相连的加扰的64B/66B帧组成。每个加扰的64B/66B帧包括2比特的同步头，和64比特加扰的信息域。在信息域中可能出现伪同步码组。值得注意的是，在信息域也可能出现符合同步码型的码组。称之为伪同步码组。

对用户数据进行串并转换，使1比特位宽的串行数据转换成66比特位宽的并行数据，记为第1位，第2位，……第66位，把该并行数据进行分组，分组的方法是第1位和第2位为第1组，第2位和第3位为第2组，第3位和第4位为第3组，……第65位和第66位为第65组，第66位和第1位为第66组。因此一共分成了66组。如图5所示。值得注意的是，同步头应该固定出现在所有并行数据的某个特定组。称该组为同步头所在组，称该组的编号为同步头的位置。如上所述，在非同步头所在组也可能出现伪同步码组。图5表示的是并行化后的66比特位宽的输入数据。图5表示的例子中，第1组数据“00”经过合法性判别结果为非法，而第2，32，65，66组数据经合法性判别后结果为合法。同步头的位置是32，而在第2，65，66组出现了伪同步码组。

对66组数据进行判别以确定各组数据是否构成合法的同步码，得出66个合法性判别结果。即如果第1组的两位并行数据能构成合法同步码，则第1组的合法性判别结果为“合法”，如果第1组的两位并行数据不能构成合法同步码，则第1组的合法性判别结果为“非法”；如果第2组的两位并行数据能构成合法同步码，则第2组的合法性判别结果为“合法”，如果第2组的两位并行数据不能构成合法同步码，则第2组的合法性判别结果为“非法”，依此类推，就可以得到全部66组数据的合法性判别结果。值得注意的是，除了同步头所在组的合法性判别结果会为“合法”以外，伪同步码组所在的组的合法性判别结果也是合法。但是对连续足够多的上述并行数据，同步头所在组会一直保持为合法，而伪同步码所在组不会一直保持为合法。因此通过进一步的连续性判别，就可以找出同步头所在组，即找到同步头的位置。进行连续性判别的方法是，对每组的合法性判别结果，在给定数量的连续时钟周期内，如果合法性判别结果在每个时钟周期均为合法，则该组的连续性判别结果为连续，否则该组的连续性判别结果为不连续。上述连续时钟周期的数量称为连续性判别长度。连续性判别长度和时钟周期的乘积称为连续性判别周期。图6表示出了连续性判别的情况。由于上述并行数据可能连续在某个位置出现伪同步码组，因此连续性别的时钟周期数量应该足够大，否则不足以排除伪同步码组所在的位置。

然后，对上述连续性信号进行搜索，以得到同步头的位置。搜索的方法是：在连续性判别周期开始的时候，首先设定一个起始搜索位置值p，该值是1到66之间的任意整数。从此位置起沿序号递增的方向连续检查连续性判别信号(p+1)，连续性判别信号(p+2)等等直到连续性判别信号66，然后继续沿序号递增的方向连续检查连续性判别信号1，连续性判别信号2，等等直到连续性判别信号(p-1)。在此检查过程中，第一个其连续性为″连续″的连续性判别信号，其序号所对应的位置即为同步码位置。检查的结果可能出现两种情况，即发现了连续信号和未发现连续信号。如果结果发现连续信号，则为搜索成功；如果未发现，则为搜索失败。

如果以太网通信系统没有误码，每次搜索都能成功。但是实际的通信系统总会有误码的。一旦在当前的连续性判别周期之内，系统出现的误码导致同步头变成非同步码组，连续性搜索就会失败。在这种情况下，应该仍然以p为起始位置，重新开始另一次搜索。

然后，根据同步头的位置，从并行数据中提取加扰的64B/66B帧，进行解扰码，再进行64B/66B解码，得到以太网帧。

图3表示的是802.3ae-2002规定的64B/66B帧同步方法所应满足的要求。帧同步系统总共有搜索、校核、同步3种状态。在搜索态，帧同步系统在扰码后的64B/66B比特流中逐比特不断搜索同步码组。如果能发现同步码组，则帧同步系统进入校核态。在校核态，帧同步系统每隔64比特的位置检查一次到来的比特流。如果能够在连续63次检查中发现合法的同步码组，就说明该位置处是同步头，帧同步系统将进入同步态。反之，如果未能在连续63次检查中均发现合法的同步码组，就说明该位置处是并非同步头，帧同步系统将退回搜索态。在同步态，帧同步系统将在每64个64B/66B帧周期构成的保护周期内连续检查同步码位上的码组。如果有多于16次检查发现了非同步码型，帧同步系统就返回搜索态。否则，帧同步系统就停留在同步态。

图6表示的是进行连续性判别的示例。在图6所表示的例子中，同步头的位置在第32组。在连续性判别周期开始后的第一个时钟周期，第2，32，33，65，66组数据为合法。其他各组数据为非法。因此只有第2，32，33，65，66组的连续性判别结果为连续，其他各组为不连续。在第2个时钟周期，保持连续的5组数据中，只有第2，32，66组的数据为合法，而第33，65组的数据为非法，因此只有第2，32，66组在第2个时钟周期过后仍然连续。在第m个时钟周期前，第2，32，66组数据一直保持合法。而在第m个时钟周期，第2组数据变为非法。则从第m个时钟周期开始，第2组的判别结果变为不连续。在第(m+1)个时钟周期，第66组数据也由合法变为非法，因此第66组数据也由连续变为不连续。到第64个时钟周期，仅有第32组保持连续，因此经过搜索就可以找到同步头的位置位于第32组。

Claims (2)

1、一种接收以太网数据的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)接收来自以太网线路的同步传输模式信号；

(2)提取上述同步传输模式信号中的用户数据；

(3)对上述用户数据进行串并转换，使1比特位宽的串行数据转换成66比特位宽的并行数据；

(4)分别对每相邻两位的并行数据进行是否合法的判别，判别的方法是：对每相邻两位并行数据进行异或运算，若计算结果为“1”，则认为相邻两位并行数据为合法；若计算结果为“0”，则认为相邻两位并行数据为非法；再进行是否连续的判别，判别的方法是：在给定的连续时钟周期内，若对每相邻两位并行数据的合法性判别在每个时钟周期均为合法，则为连续，否则为不连续；

(5)对上述连续性信号进行搜索，以得到同步码的位置，搜索过程为：设定一个搜索启始位置，沿位置值递增的方向进行搜索，第一个满足连续性判别的位置即为同步码位置；

(6)根据上述同步码位置，从上述第(2)步同步传输模式信号中的用户数据中提取加扰的64B/66B帧，进行解扰码，然后进行64B/66B解码，得到以太网帧。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述的给定连续时钟周期数取为64。

Images