DE19955329C2 - Verfahren zum Auffinden einer Synchronisationssequenz in einem seriellen Bitstrom - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Auffinden einer Synchronisationssequenz S mit einer Länge s in einem seriellen Bitstrom.

Die Übertragung von digitalen Daten erfordert in vielen Fällen eine Rahmenstruktur der Daten. Um Verbindungsleitungen zu sparen, wird bei der Übertragung der Daten von ASIC zu ASIC kein Rahmenstartsignal übertragen. Der Empfänger-ASIC muß dann aus dem Datenstrom den Rahmenbeginn ermitteln.

Bekannt ist es, zum Auffinden einer n-Bit langen Synchronisationssequenz in einem seriellen Bitstrom bitweise in den seriellen Daten zu suchen und einen Vergleich auf die gesamte Synchronisationssequenz vorzunehmen. Dies erfordert einen hohen Realisierungsaufwand mit einer hohen Logiktiefe und einer langen Latenzzeit bis zur Erkennung der Wortgrenze im Datenstrom.

Aus der Patent Abstracts of Japan JP 05022278 A ist ein Verfahren zum Auffinden einer Synchronisationssequenz in einem seriellen Bitstrom bekannt, bei dem die Synchronisationssequenz aus einem ersten Wort mit einer vorgebbaren Länge und einem zweiten Wort mit einer vorgebbaren Länge besteht. Es findet ein erstes Vergleichen des ersten Wortes mit einer beliebigen Bitsequenz des Bitstromes statt, wobei bei Übereinstimmen des ersten Wortes mit dieser Bitsequenz zu einem zweiten Vergleich verzweigt wird. Der Vergleich des ersten Wortes mit einer um ein Bit verschobenen Bitsequenz wird wiederholt, falls das erste Wort nicht mit der Bitsequenz übereinstimmt. Sodann findet ein zweiter Vergleich statt, bei dem geprüft wird, ob das zweite Wort mit der um die zweite Länge verschobenen Bitsequenz übereinstimmt. Falls keine Übereinstimmung beim zweiten Vergleich festgestellt wurde, so wird an den Anfang des Verfahrens zurückgesprungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen computerlesbaren Datenträger zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Synchronisationssequenz schneller und mit geringerem Realisierungsaufwand, insbesondere geringerer Siliziumfläche und Verlustleistung, in einem seriellen Bitstrom aufgefunden werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, daß sich die Suche im seriellen Bitstrom jeweils nur auf eine Wortlänge a, b und nicht auf die gesamte Länge s der Synchronisationssequenz S bezieht. Ist ein Wort A, B erkannt, wird durch eine Steuerung der Erwartungswert für die Suche auf das nächste Wort A, B gesetzt. Dieses Verfahren der wortweisen Erkennung bietet mehrere Vorteile, z. B. daß bis zur Erkennung der Wortgrenzen im Datenstrom nur sehr kurze Latenzzeiten notwendig sind, daß der Realisierungsaufwand im Vergleich zur bitweisen Erkennung geringer ist, da eine kürzere Vergleichssequenz (nur jeweils ein Wort) benutzt wird, was zu einer geringeren Logiktiefe führt, und daß die Erwartungswerte für die zu suchenden Wörter A, B programmierbar sind, daher für jede Anwendung frei definierbar und somit jeweils anwendungsspezifisch gewählt werden können. Wird ein erfindungsgemäßes Verfahren mit einer Anordnung ausgeführt, die eine integrierte Schaltung umfaßt, so wird Siliziumfläche und Verlustleistung eingespart.

Anhand des in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels werden die Vorteile und Einzelheiten der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Synchronisationssequenz zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine mögliche Synchronisationssequenz S mit der Länge s = 40, die aus vier Wörtern A, A, B und C besteht, ist in Fig. 1 dargestellt. Jedes der Wörter A, B, C ist aus zehn Bits auf­ gebaut, wobei jeweils die ersten zwei Bits Zusatzbits Z sind und daran anschließend jeweils zwei vier-Bit lange Nutzda­ ten N1, N2. Die Zusatzbits Z sind bevorzugt als Redundanzbits ausgebildet, die invertiert zu den Nutzdaten gebildet werden. Eine Synchronisationssequenz S mit dieser Sicherheitsmaßnahme ist von außen deutlich schwieriger zu stören, da es nicht möglich ist, durch gezielte Einspeisung von bestimmten Bit­ folgen die gewählte Synchronisationssequenz S im vorgegebenen Wortraster einzuspeisen. Es ist nicht zwingend nötig, daß je­ des der Wörter A, B, C zwei Redundanzbits Z aufweist. Das An­ hängen von Redundanzbits Z ist dann besonders günstig, wenn bei der Datenübertragung auf Wortebene Redundanzinformation zur Fehlerüberwachung angehängt wird (z. B. zehn Bit Wort­ breite, davon acht Nutzbits N1, N2 und zwei Paritybits).

Die einzelnen Wörter A, A, B, C werden in ladbare Register eingeschrieben und sind somit frei definierbar. Dies ermög­ licht, daß die identische Hardware für verschiedene Synchro­ nisationssequenzen verwendet werden kann. Beispielsweise ist es sehr einfach möglich, das vierte Wort C durch ein weiteres Wort B zu ersetzen. Durch die wiederholte Verwendung eines Wortes wird Siliziumfläche einer integrierten Schaltun einge­ spart, die Bestandteil einer Anordnung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahren ist. Außerdem wird die Verlust­ leistung verringert. Nicht nur die einzelnen Wörter können programmiert werden, sondern auch die Anzahl der jeweiligen Wörter A, B, C, aus denen die Synchronisationssequenz S be­ steht. So kann beispielsweise eine Schaltung zwischen zwei Synchronisationssequenzen mit dem Aufbau AAAA oder AABB wäh­ len. Der zusätzliche Hardwareaufwand ist in diesem Beispiel sehr gering, da bei der Suche des dritten und vierten Wortes entweder der Komperator für das erste Wort A oder der Kompe­ rator für das zweite Wort B ausgewählt werden muß.

Bei der Verwendung von mehr als zwei Wörtern A, B, C ist es jedoch im Hinblick auf die einfache Durchführung des Verfah­ rens vorteilhaft, daß das erste Wort A, falls es mehrfach in der Synchronisationssequenz S vorkommt, nur am Anfang dieser Synchronisationssequenz steht. Das heißt, daß zwischen den Wörtern A und A kein davon abweichendes Wort steht. Das Fin­ den des Wortes A wird hierbei als ein möglicher Anfang der Synchronisationssequenz S gewertet. Alle weiteren Wörter B, C werden in beliebiger Reihenfolge und Häufigkeit angeordnet.

Es ist auch nicht zwingend erforderlich, daß die einzelnen Wörter A, B, C alle eine Länge von zehn Bits aufweisen, son­ dern es ist genauso möglich, daß diese andere Längen oder auch unterschiedliche Längen aufweisen.

Vorteilhaft ist es, wenn das erste Wort A und die Synchroni­ sationssequenz S so aufgebaut sind, daß das erste Wort A beim Verschieben des Anfangsbits um jeweils ein Bit in der Syn­ chronisationssequenz S bis zur ersten Länge a oder einem Vielfachen davon innerhalb der Synchronisationssequenz S nicht identisch vorkommt. Dadurch wird aus einer beliebigen Bitkombination die Synchronisationssequenz S sicher erkannt. Wird bei dem wortweisen Suchen das Wort A außerhalb des Wor­ trasters gefunden, so ist dies ein möglicher Anfang für eine Synchronisationssequenz S.

Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Auffinden der Synchronisationssequenz S. Für Synchronisa­ tionssequenzen S, die aus mehreren Einzelwörtern A, B, C auf­ gebaut sind, bietet die wortweise Erkennung gegenüber dem Stand der Technik eine kürzere Latenzzeit bis zur Erkennung der Wortgrenze im Datenstrom. Werden elektronische Schaltun­ gen nach diesem Verfahren realisiert, so spart man insbeson­ dere bei mehrfach verwendeten Einzelwörtern A, B, C Silizium­ fläche und Verlustleistung.

Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand des Flußdiagramms aus Fig. 2 für eine Synchronisati­ onssequenz S beschrieben, die aus der Wortfolge AABC aufge­ baut ist. Dabei sind die einzelnen Wörter A, B und C, wie in Fig. 1 dargestellt, aufgebaut. Hierbei handelt es sich nicht um die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Um ein solches zu realisieren, werden jedoch ein­ fach von vier dargestellten Blöcken 1, 2, 3, 4 die beiden mit 2 und 3 bezeichneten zusätzlichen Blöcke 75 weggelassen, so daß der erste Block 1 direkt mit dem vierten Block 4 verbun­ den ist und die Synchronisationssequenz S nur aus der Wort­ folge AC besteht.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung beginnt mit dem Definieren 10 der Synchronisationssequenz S durch das Einschreiben der vier Wörter A, A, B, C in ladbare Register. Diese sind die in Fig. 2 gezeigten und oben beschriebenen. Im ersten Block 1 erfolgt die Suche nach dem er­ sten Wort A. Dies geschieht durch ein erstes Vergleichen 20 des ersten Wortes A mit einer beliebigen Bitsequenz des seri­ ellen Bitstroms, der die gleiche Länge a, nämlich zehn Bits, aufweist wie das erste Wort A. Wird das erste Wort A dabei nicht gefunden, so kommt es zu einem ersten Wiederholen 30 des Vergleichs des ersten Wortes A mit einer um ein Bit ge­ genüber der zuvor überprüften Bitsequenz verschobenen Bitse­ quenz des seriellen Bitstroms. Dies wird so lange wiederholt, bis die überprüfte Bitsequenz des seriellen Bitstroms mit dem ersten Wort A übereinstimmt. Ist dies der Fall, dann wird zum einen ein Reset 27 für die Erwartungszeitsteuerung durchge­ führt, d. h., daß die Erwartungszeit für das nächste Wort der Synchronisationssequenz S, hier wiederum das Wort A, nach ei­ nem Verschieben der Bitsequenz des seriellen Bitstroms auf die Länge a des zweiten Wortes A gesetzt wird. Ebenso werden die Erwartungszeiten für die weiteren Wörter B und C auf die Längen a + b bzw. a + b + c gesetzt. Zum zweiten erfolgt ein Sprin­ gen 25 zum zweiten Block 2, in dem nach dem zweiten Wort A gesucht wird.

Dabei wird ein zweites Wiederholen 40 des Vergleichs des er­ sten Wortes A mit jeweils einer um ein Bit gegenüber der je­ weils zuvor überprüften Bitsequenz verschobenen Bitsequenz des seriellen Bitstroms durchgeführt. Wird das erste Wort A vor der Erwartungszeit für das zweite Wort A gefunden, so kommt es zum einen zu einem Reset 27 für die Erwartungs­ zeitsteuerung, wie oben beschrieben, da an dieser Stelle im seriellen Bitstrom ein neues erstes Wort A gefunden wurde. Zum anderen muß deshalb ein erstes Zurückspringen 50 zum Schritt des zweiten Wiederholens 40 stattfinden und somit der Block 2 wieder von Beginn an durchlaufen werden. Wird dagegen im seriellen Bitstrom kein Wort A vor der Erwartungszeit ge­ funden, so kommt es zu einem zweiten Vergleichen 60, ob das zweite Wort A zur Erwartungszeit gefunden wurde. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt ein zweites Zurückspringen 70 zum Schritt des ersten Wiederholens 30 und somit zum Beginn des Blocks 1. Demnach muß dann wieder der serielle Bitstrom nach dem ersten Wort A abgesucht werden.

Wird dagegen das zweite Wort A zur Erwartungszeit gefunden, so erfolgt im dritten Block 3 die Suche nach dem Wort B. Auch in diesem dritten Block 3 erfolgt ein zweites Wiederholen 40 des Vergleichs des ersten Wortes A mit einer um ein Bit ge­ genüber der jeweils zuvor überprüften Bitsequenz verschobenen Bitsequenz, bis die um die dritte Länge b verschobene Bitse­ quenz überprüft wurde, was der Erwartungszeit von B ent­ spricht. Wurde das erste Wort A vor der Erwartungszeit von B gefunden, so erfolgt ein erstes Zurückspringen 50 zum Anfang des zweiten Blocks 2 und einem zweiten Wiederholen 40, wie oben beschrieben. Ist dies nicht der Fall, so wird überprüft, ob das dritte Wort B zur Erwartungszeit von B gefunden wurde, wie dies im zweiten Block 2 zum zweiten Vergleichen 60 schon beschrieben wurde. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt noch ein Überprüfen 65, ob das erste Wort A zur Erwartungszeit von B gefunden wurde. Ist dies der Fall, so kommt es zu einem drittem Zurückspringen 67 zum Anfang des dritten Blocks 3. Dies gilt jedoch nur in diesem speziellen Fall, da die Wörter A und B in ihren Längen a, b übereinstimmen. Wäre dies nicht der Fall, so müßte ein erstes Zurückspringen 50 zum Anfang des zweiten Blocks 2 stattfinden. In dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel ist es nicht nötig, zum Beginn des zweiten Blocks 2 zurückzuspringen, da die beiden ersten Wörter A mit­ einander übereinstimmen und somit das im zweiten Block 2 gefundene Wort A als erstes Wort A aufgefaßt wird. Wird das Wort A zur Erwartungszeit von B nicht gefunden, so kommt es zu einem zweiten Zurückspringen 70 zum Anfang des ersten Blocks 1 und es wird wieder das erste Wiederholen 30, wie oben beschrieben, durchgeführt.

Falls dagegen das dritte Wort B zur Erwartungszeit von B ge­ funden wird, so wird in einem vierten Block 4 des Verfahrens nach dem vierten Wort C gesucht. Durch ein zweites Wiederho­ len 40 des Vergleichs des ersten Wortes A mit einer um ein Bit gegenüber der jeweils zuvor überprüften Bitsequenz ver­ schobenen Bitsequenz, bis die um die vierte Länge c verscho­ bene Bitsequenz überprüft wurde, was der Erwartungszeit von C entspricht. Wird das erste Wort A vor der Erwartungszeit von C gefunden, so entspricht dies einer Bejahung der Suche nach dem ersten Wort A in Block 1 und es kommt zu einem ersten Zu­ rückspringen 50 zum Anfang des Blocks 2 und einem, wie oben beschriebenen, Durchlaufen dieses Blocks 2. Ist dies, nicht der Fall, so kommt es zu einem zweiten Vergleichen 60, ob das vierte Wort C zur Erwartungszeit von C gefunden wurde. Ist dies nicht der Fall, so kommt es noch zu einem Überprüfen 65, ob das erste Wort A zur Erwartungszeit von C gefunden wurde. Ist dies der Fall, so entspricht dies dem Auffinden des er­ sten Wortes A im ersten Block 1 und es kommt zu einem ersten Zurückspringen 50 zum Anfang des zweiten Blocks 2. Dort wird dann nach dem zweiten Wort A, wie oben beschrieben, gesucht. Wird dagegen zur Erwartungszeit von C weder das erste Wort A noch das vierte Wort C gefunden, so erfolgt ein zweites Zu­ rückspringen 70 zu Beginn des ersten Blocks 1 und somit zu einer erneuten Suche nach dem ersten Wort A, wie oben be­ schrieben. Wird dagegen das vierte Wort C zur Erwartungszeit von C gefunden, so wurde die gesamte Synchronisationssequenz S, die aus der Wortfolge AABC besteht, gefunden und es er­ folgt eine Beendigung 80 des Verfahrens.

Das oben beschriebene Verfahren ist vorteilhafterweise als ein Computerprogramm auf einem computerlesbare Datenträger abgelegt. Weiterhin bevorzugt ist das oben beschriebene Ver­ fahren als Hardware (z. bsp. in Form einer integrierten Schaltung) realisiert. Dadurch können sehr hohe Bitraten ver­ arbeitet werden.

Das Verfahren baut auf der Tatsache auf, daß die Synchronisa­ tionssequenz S aus mehreren Einzelwörtern A, B, C mit den je­ weiligen Längen a, b, c besteht. Die Suche im seriellen Bitstrom bezieht sich jeweils nur auf eine Wortlänge a, b, c und nicht auf die gesamte Länge s der Synchronisationssequenz S. Ist ein Wort A, B, C erkannt, wird durch eine Steuerung der Erwartungswert für die Suche auf das nächste Wort A, B, C gesetzt. Dieses Verfahren der wortweisen Erkennung bietet mehrere Vorteile, z. B. daß bis zur Erkennung der Wortgrenzen im Datenstrom nur sehr kurze Latenzzeiten notwendig sind, daß der Realisierungsaufwand im Vergleich zur bitweisen Erkennung geringer ist, da eine kürzere Vergleichssequenz (nur jeweils ein Wort) benutzt wird, was zu einer geringeren Logiktiefe führt, und daß die Erwartungswerte für die zu suchenden Wör­ ter A, B, C programmierbar sind und daher für jede Anwendung frei definierbar und somit jeweils anwendungsspezifisch ge­ wählt werden können. Durch ein solches Verfahren wird sowohl Siliziumfläche als auch Verlustleistung eingespart. Die zu suchenden Wörter A, B, C können bevorzugt durch zwei Zusatz­ bits Z gekennzeichnet werden, deren Bildung bevorzugt genau invertiert zu der von normalen Datenwörtern A, B, C ist. Dies garantiert ein eindeutiges und sicheres Erkennen dieser Wör­ ter A, B, C.

Claims (9)

1. Verfahren zum Auffinden einer Synchronisationssequenz (S) mit einer Länge (s) in einem seriellen Bitstrom mit fol­ genden Schritten:

• - Definieren (10) der Synchronisationssequenz (S) aus einem ersten Wort (A) mit einer vorgebbaren ersten Länge (a) und mindestens einem zweiten Wort (B) mit einer vorgebbaren zwei­ ten Länge (b);
• - erstes Vergleichen (20) des ersten Wortes (A) mit einer be­ liebigen Bitsequenz des seriellen Bitstroms der Länge (a); Springen (25) zum zweiten Wiederholen (40), falls das erste Wort (A) mit dieser Bitsequenz übereinstimmt;
• - erstes Wiederholen (30) des Vergleichs des ersten Wortes (A) mit einer um ein Bit gegenüber der jeweils zuvor über­ prüften Bitsequenz verschobenen Bitsequenz, falls das erste Wort (A) nicht mit der Bitsequenz übereinstimmt;
• - zweites Wiederholen (40) des Vergleichs des ersten Wortes (A) mit einer um ein Bit gegenüber der jeweils zuvor über­ prüften Bitsequenz verschobenen Bitsequenz, bis die um die zweite Länge (b) verschobene Bitsequenz überprüft wurde;
• - erstes Zurückspringen (50) zum zweiten Wiederholen (40), sobald eine Übereinstimmung in einem der Schritte des zweiten Wiederholens (40) festgestellt wird;
• - zweites Vergleichen (60), ob das zweite Wort (B) mit der um die zweite Länge (b) verschobenen Bitsequenz übereinstimmt; und
• - zweites Zurückspringen (70) zum ersten Wiederholen (30), falls keine Übereinstimmung beim zweiten Vergleichen (60) festgestellt wurde, ansonsten Beendigung (80) des Verfahrens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationssequenz (S) aus drei oder mehr Wör­ tern (A, B, C) aufgebaut ist und zwischen den Schritten des zweiten Zurückspringens (70) und der Beendigung (80) für je­ des weitere Wort (C) ein zusätzlicher Block (75) eingefügt wird, der den Schritten beginnend mit dem zweiten Wiederholen (40) bis einschließlich zum zweiten Zurückspringen (70) ent­ spricht, mit der Maßgabe, daß anstatt des zweiten Wortes (B) und der zweiten Länge (b) das weitere Wort (C) und die weite­ re Länge (c) eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wort (A) und die Synchronisationssequenz (S) so aufgebaut sind, daß das erste Wort (A) beim Verschieben des Anfangsbits um jeweils ein Bit bis zur ersten Länge (a), oder einem Vielfachen davon, innerhalb der Synchronisationssequenz (S) nicht identisch vorkommt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wort (A) nur am Anfang der Synchronisationsse­ quenz (S) steht.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Wort (A) am Anfang der Synchronisationssequenz (S) mehrmals hintereinander steht, ohne daß ein anderes Wort (B, C) dazwischen steht.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (a, b, c) der Wörter (A, B, C) gleich lang sind, insbesondere 10 Bits lang sind.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wörter (A, B, C) der Synchronisationsse­ quenz (S) frei definierbar sind.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Wörter (A, B, C) mindestens zwei, bevorzugt genau zwei, Zusatzbits (Z) aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Zusatzbits (Z) genau invertiert zu der Bildung des jeweiligen Wortes (A, B, C) ist.