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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Ethernet-Kommunikationssysteme und
insbesondere auf Ethernet-Vorrichtungen der Bitübertragungsschicht gerichtet.
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Verwandte Fachgebiete
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Ethernet
ist eine weit verbreitete Technologie in lokalen Netzwerken ("LANs") und in anderen
Computernetzwerken. Das IEEE (Institute for Electrical and Electronics
Engineers) hat Standards für
Ethernet-Kommunikationssysteme entwickelt. Siehe zum Beispiel IEEE
802.3. Die IEEE-Standards 802.3 wurden von der ISO (International
Organization for Standardization) übernommen, wodurch die IEEE-Standards
802.3 weltweite Standards wurden.
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In
einem Ethernet-Netzwerk verwendet ein Computer einen Ethernet-Transceiver,
um Signale zwischen dem Computer und einer anderen Vorrichtung zu übertragen
und zu empfangen. Der Transceiver bildet in der Regel über ein
physisches Verbindungsmedium, wie ein Kupfer- oder Glasfasermedium,
eine Schnittstelle mit der anderen Vorrichtung.
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Das
Dokument
WO 00/59176
A2 betrifft eine Kommunikationsvorrichtung mit einem Transceiver (PHY-Vorrichtung)
und einem Media-Access-Controller (MAC). Der Transceiver übermittelt
Datenpakete mit einem Verbindungspartner über ein Kommunikationsnetzwerk
gemäß einem
auswählbaren
Kommunikationsprotokoll, wie beispielsweise einem Protokoll gemäß den IEEE-Standards
802.3. Die PHY-Vorrichtung umfasst ein Datenregister, das für das Kommunikationsprotokoll repräsentative
Daten empfangt. Die PHY-Vorrichtung ist mit dem MAC gekoppelt, der für eine paketgestützte Kommunikation
verwendet werden kann.
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Das
Dokument
EP 0 856 975
A2 betrifft eine reversible, medienunabhängige Schnittstellenschaltung
(MII-Schaltung). Die MII-Schaltung umfasst eine erste Verwaltungsschaltung
und eine zweite Verwaltungsschaltung. Die MII-Schaltung umfasst
eine Vielzahl von Signalen, die der MII-Schaltung bereitgestellt
und von dieser gesendet werden. Ein erster Teil der Vielzahl von
Signalen ist reversibel, derart, dass sie entweder innerhalb einer
Vorrichtung auf der Bitübertragungsschicht
in einem ersten Modus oder in einer MAC-Vorrichtung in einem zweiten
Modus funktionieren.
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Ein
Ethernet-Transceiver umfasst in der Regel einen Media-Access-Controller
("MAC"), der eine Schnittstelle
mit Anwendungen bildet, die auf dem Computer ausgeführt werden.
Alternativ kann ein Ethernet-Modul einen Switch oder ein optisches
Modul umfassen. Ein Ethernet-Transceiver umfasst außerdem eine
Vorrichtung auf der Bitübertragungsschicht
bzw. "PHY-Vorrichtung", die eine Schnittstelle zwischen
dem MAC/Switch und einem physischen Verbindungsmedium, wie beispielsweise
einem Kupferverbindungsmedium, bildet. PHY-Vorrichtungen bilden
in der Regel Schnittstellen mit physischen Verbindungsmedien, wobei
Datenströme
verwendet werden. PHY-Vorrichtungen bilden in der Regel Schnittstellen
mit MACs/Switches, wobei paketgestützte Schnittstellen verwendet
werden. PHY-Vorrichtungen müssen
in demselben Modus betrieben werden wie die ihnen entsprechenden
MACs. Hier sind ein SGMII-Modus (serielle, medienunabhängige Gigabit-Schnittstelle) und
ein GBIC-Modus (Gigabit-Schnittstellenwandler) von Interesse.
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Es
wird eine PHY-Vorrichtung benötigt,
die sowohl den SGMII- als auch den GBIC-Betriebsmodus unterstützt und
die eine Schnittstelle mit Kupferverbindungsmedien bildet. Es wird
außerdem
eine PHY-Vorrichtung benötigt,
die einen Betriebsmodus eines MAC/Switches erkennt und die ohne
Eingriff einer Software zwischen dem SGMII- und dem GBIC-Modus umschaltet,
um mit dem Betriebsmodus des MAC/Switches übereinzustimmen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Ethernet-Kommunikationssystemvorrichtungen
gerichtet, die ohne Eingriff einer Software einen SGMII- und einen
GBIC-Betriebsmodus
erkennen und zwischen diesen umschalten können. Die vorliegende Erfindung
wird in diesem Dokument so beschrieben, dass sie innerhalb einer
Vorrichtung auf der Bitübertragungsschicht
(PHY-Vorrichtung) für
ein Ethernet-Kommunikationssystem implementiert ist, die ohne Eingriff
einer Software einen SGMII- und
einen GBIC-Betriebsmodus erkennen und zwischen diesen umschalten
kann, um mit dem Modus einer Verbindungsvorrichtung übereinzustimmen.
Bei der Verbindungsvorrichtung kann es sich um einen Media-Access-Controller
("MAC"), einen Switch,
eine optische Vorrichtung oder dergleichen handeln. Die PHY-Vorrichtung
ist zwischen der Verbindungsvorrichtung und einem Kupferverbindungsmedium
gekoppelt. Die PHY-Vorrichtung kann mit einer Verbindungsvorrichtung
funktionieren, die ähnliche
Funktionen zum Umschalten zwischen SGMII und GBIC aufweist. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf die Implementierung in einer PHY-Vorrichtung
beschränkt.
Auf der Grundlage der Beschreibung in diesem Dokument versteht ein
Fachmann auf dem bzw. den entsprechenden Gebiet(en), dass die Erfindung
innerhalb eines Switches, eines MAC und/oder in anderen geeigneten Ethernet-Kommunikationssystemvorrichtungen
implementiert sein kann.
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Die
PHY-Vorrichtung erkennt, ob die Verbindungsvorrichtung in dem SGMII-Betriebsmodus
oder in dem GBIC-Betriebsmodus betrieben wird. Die PHY-Vorrichtung kann
zum Beispiel ein Modusauswahl-Bit aus einem grundlegenden Seitenverbindungs-Codewort
lesen, das während
eines automatischen Aushandlungsprozesses von der Verbindungsvorrichtung
empfangen wurde.
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Der
Betriebsmodus der Verbindungsvorrichtung wird dann mit einem Betriebsmodus
der PHY-Vorrichtung verglichen. Wenn der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung mit dem
Betriebsmodus der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt, wird die PHY-Vorrichtung
weiterhin in dem aktuellen Modus der PHY-Vorrichtung betrieben.
Wenn umgekehrt der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung nicht mit dem Betriebsmodus
der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt,
wird der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung geändert.
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Der
Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung kann geändert werden, indem zwischen
dem SGMII-Modus und dem GBIC- Modus umgeschaltet wird. Alternativ
wird der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung zufällig oder halb zufällig geändert. Zufällige oder
halb zufällige Änderungen
tragen dazu bei, sicherzustellen, dass die PHY-Vorrichtung eine
Verbindung mit einem Verbindungspartner herstellt, der ähnliche
Funktionen zum Umschalten zwischen SGMII und GBIC aufweist. Zufällige oder
halb zufällige Änderungen
des Modus können
zum Beispiel mit einem Schieberegister mit linearer Rückkopplung durchgeführt werden.
Nachdem der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung geändert wurde, wird der Prozess
wiederholt, um zu bestimmen, ob der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung
mit dem Betriebsmodus der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt.
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Der
Prozess kann als Bestandteil eines automatischen Aushandlungsprozesses
zwischen der PHY-Vorrichtung und der Verbindungsvorrichtung implementiert
sein. Der automatische Aushandlungsprozess, der zwischen der PHY-Vorrichtung
und der Verbindungsvorrichtung durchgeführt wird, wird bevorzugt in Übereinstimmung
mit IEEE 802.3, Klausel 37, oder einer geänderten Version davon implementiert.
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Ein
automatischer Aushandlungsprozess für Kupfer, der zwischen der
PHY-Vorrichtung
und dem Kupferverbindungsmedium durchgeführt wird, wird bevorzugt in Übereinstimmung
mit IEEE 802.3, Klausel 28 und 40, bezüglich der automatischen Aushandlung
für Kupfer
durchgeführt.
Der automatische Aushandlungsprozess für Kupfer kann beispielsweise
das Maskieren der Ankündigung
von Geschwindigkeitsleistungsmerkmalen 10 und 100 umfassen, wenn
sich die PHY-Vorrichtung im GBIC-Modus befindet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Struktur und Funktionsweise
verschiedener Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlich
beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die
speziellen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, die in diesem Dokument beschrieben sind. Solche Ausführungsbeispiele sind
in diesem Dokument nur zu Zwecken der Veranschaulichung dargestellt.
Weitere Ausführungsbeispiele
sind für
Fachleute auf dem bzw. den entsprechenden Gebiet(en) auf der Grundlage
der in diesem Dokument enthaltenen Lehren offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Die Zeichnung, in der ein Element jeweils zum ersten
Mal vorkommt, ist in der Regel im entsprechenden Bezugszeichen durch
die ganz links befindliche(n) Ziffer(n) angegeben.
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1A ist
ein Blockdiagramm eines Ethernet-Transceivers 100, wobei
ein MAC/Switch 102 über
eine serielle Schnittstelle 104 eine Schnittstelle mit
einer PHY-Vorrichtung 106 bildet.
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1B ist
ein ausführliches
Blockdiagramm des Ethernet-Moduls 100.
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2 ist
ein Blockdiagramm des Ethernet-Transceivers 100, wobei
die serielle PHY-Vorrichtung 106 ein SGMII-Modul 202,
ein GBIC-Modul 204, ein Modussteuerungsmodul 206,
ein Modul für
die automatische PHY/MAC-Aushandlung 212 und ein Modul
für die
automatische Kupfer-Aushandlung 216 umfasst.
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3 ist
ein Prozess-Ablaufdiagramm 300 zum Erkennen eines Betriebsmodus
eines MAC/Switches und zum Umschalten eines entsprechenden Betriebsmodus
einer PHY-Vorrichtung, damit dieser mit dem Betriebsmodus des MAC/Switches übereinstimmt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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INHALTSVERZEICHNIS
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- I. Einführung
- II. Kupfer-PHY-Vorrichtung mit Funktionalität für den SGMII- und den GBIC-Modus
- A. Erkennen des Betriebsmodus eines MAC/Switches
- B. Angleichen des Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung an den Betriebsmodus
des MAC/Switches
- C. SGMII-Modus
- D. Verfahren zum Erkennen des Betriebsmodus einer Verbindungsvorrichtung
und zum Angleichen des Betriebsmodus einer PHY-Vorrichtung an den
Betriebsmodus des MAC/Switches
- III. Schlussbemerkung
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I. Einführung
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Herkömmliche
PHY-Vorrichtungen und MACs bilden über eine medienunabhängige Schnittstelle
("MII") oder eine Gigabit-MII
("GMII") eine Schnittstelle
miteinander. Die Standards für
MIIs und GMIIs sind zum Beispiel in IEEE 802.3 definiert. GMIIs/MIIs
unterstützen
drei Geschwindigkeiten: 10, 100 und 1.000 Gigabaud ("GBaud"). Für eine GMII sind
in der Regel wenigstens 22 Pins erforderlich, die zum Beispiel 8 Übertragungs-Pins
und 8 Empfangs-Pins umfassen.
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Um
die Anzahl der Pins zu verringern und Platz auf der Karte sowie
Kosten zu sparen und eine gegenseitige Verbindung mit anderen Chips
zu vermeiden, wurden neue differenzielle serielle Schnittstellen
entwickelt, welche die SGMII (serielle GMII-Schnittstelle) und die
GBIC-Schnittstelle (Gigabit-Schnittstellenwandler) umfassen. Für GBIC ist kein
separater Takt-Pin erforderlich. Stattdessen wird ein Taktsignal
aus den Daten zurückgewonnen. GBIC
ist nur für
eine Geschwindigkeit vorgesehen, nämlich 1.000 GBaud, und ist
daher nicht mit Systemen für
10 oder 100 GBaud abwärtskompatibel. SGMII
ist ähnlich
wie GBIC, mit der Ausnahme, dass SGMII einen separaten Takt-Pin
umfasst und die Geschwindigkeiten 10/100/1.000 unterstützt. Auf
der Seite des MAC bilden SGMII und GBIC mit MACs/Switches eine serielle
und keine parallele Schnittstelle. Auf der Seite der PHY-Vorrichtung
können
SGMII und GBIC verwendet werden, um eine Schnittstelle mit physischen
Kupferverbindungsmedien zu bilden.
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Bei
den meisten SGMII-Anwendungen ist die PHY-Vorrichtung auf derselben
Karte mit dem MAC verbunden und kann so programmiert werden, dass sie
in einer gewünschten
Geschwindigkeit/mit einer gewünschten
Duplex-Einstellung betrieben wird. Die PHY-Vorrichtung und der MAC
führen
im Allgemeinen keine Auflösung
hinsichtlich der gewünschten Geschwindigkeit
und Duplex-Einstellungen durch. Stattdessen fungiert die PHY-Vorrichtung
als Master-Vorrichtung. Bei den meisten GBIC-Anwendungen befindet
sich die PHY-Vorrichtung jedoch auf einer einsteckbaren GBIC-Karte
mit einer 20-Pin-Schnittstelle. Die Schnittstelle unterstützt lediglich
ein Differenzialpaar von Signalen in jeder Richtung ohne Softwareunterstützung. Ein
Nachteil herkömmlicher
Ethernet-Transceiver besteht darin, dass zur Unterstützung von
GBIC und SGMII getrennte Konstruktionen erforderlich sind.
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Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung auf eine Ethernet-Transceiver-Vorrichtung
der Bitübertragungsschicht
(PHY-Vorrichtung) gerichtet, die sowohl eine Funktionalität für SGMII
(serielle, medienunabhängige
Gigabit-Schnittstelle) als auch für GBIC (Gigabit-Schnittstellenwandler)
umfasst. Die Erfindung bestimmt, ob ein PHY-Verbindungspartner (zum
Beispiel ein MAC oder ein Switch) in dem SGMII-Modus oder in dem
GBIC-Modus betrieben wird. Die Erfindung ändert den Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung
nach Bedarf, wobei sie optional automatische Kupfer-Aushandlungsfunktionen
ohne Eingriff einer Software umfasst. Die Erfindung kann mit einer
Verbindungsvorrichtung funktionieren, die ebenfalls zwischen dem
SGMII-Modus und dem GBIC-Modus umschalten kann.
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1A ist
ein Blockdiagramm eines Ethernet-Transceivers oder -Moduls 100,
wobei ein MAC/Switch 102 über eine serielle Schnittstelle 104 eine
Schnittstelle mit einer PHY-Vorrichtung 106 bildet. Bei
der seriellen Schnittstelle 104 kann es sich um eine serielle
SGMII- oder GBIC-Schnittstelle handeln, wie weiter unten noch beschrieben
wird. Die PHY-Vorrichtung 106 ist über einen Anschluss 114 mit
einem Kupferverbindungsmedium 116 (zum Beispiel vier Twisted-Pair-Kabeln)
gekoppelt.
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Auf
der Seite des MAC/Switches 102 empfängt die PHY-Vorrichtung 106 Übertragungssignale von
dem MAC/Switch 102. Die PHY-Vorrichtung 106 decodiert
die Übertragungssignale,
um die übertragenen
Daten zurückzugewinnen.
Die zurückgewonnenen
Daten werden dann auf dem Kupferverbindungsmedium 116 versendet.
Auf der Seite des Kupferverbindungsmediums 116 empfängt die
PHY-Vorrichtung 106 Daten
von dem Kupferverbindungsmedium 116, codiert oder paketiert
sie und sendet sie an den MAC/Switch 102.
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1B ist
ein ausführliches
Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels des Ethernet-Moduls 100,
wobei die PHY-Vorrichtung 106 ein SGMII-Modul 120 und
ein GBIC-Modul 122 umfasst. Das SGMII-Modul 120 und
das GBIC-Modul 122 umfassen Unterschichten vom Typ PCS
(Physical Coding Sublayer), PMA (Physical Medium Attachment Sublayer)
und PMD (Physical Medium Dependent Sublayer). Die Funktionen und
der Betrieb der PCS-, PMA- und PMD-Unterschichten sind Fachleuten
auf dem bzw. den entsprechenden Gebiet(en) allgemein bekannt.
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Das
in 1A und 1B veranschaulichte beispielhafte
Ethernet-Modul 100 wird zum Zweck der Veranschaulichung
bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in 1A und 1B veranschaulichten
Beispiele beschränkt.
Auf der Grundlage der Beschreibung in diesem Dokument ist es einem
Fachmann auf dem bzw. den entsprechenden Gebiet(en) verständlich,
dass die Erfindung auch in anderen Typen von Ethernet-Modulen implementiert
werden kann.
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II. Kupfer-PHY-Vorrichtung mit Funktionalität für den SGMII-
und den GBIC-Modus
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Erfindungsgemäß umfasst
die PHY-Vorrichtung 106 sowohl SGMII- als auch GBIC-Funktionalität. Die PHY-Vorrichtung 106 bestimmt,
ob der MAC/Switch 102 in dem SGMII-Modus oder in dem GBIC-Modus
betrieben wird. Der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung wird nach
Bedarf ohne Eingriff einer Software geändert, damit er mit dem Modus
des MAC/Switches 102 übereinstimmt.
Die PHY-Vorrichtung 106 kann mit einer Verbindungsvorrichtung
mit ähnlichen
Funktionen zum Umschalten betrieben werden.
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2 ist
ein Blockdiagramm des Ethernet-Transceivers 100, wobei
die PHY-Vorrichtung 106 ein
SGMII-Modul 202, ein GBIC-Modul 204, ein Modussteuerungsmodul 206,
ein Modul für
die automatische PHY/MAC-Aushandlung 212 und ein Modul für die automatische
Kupfer-Aushandlung 216 umfasst. Das SGMII-Modul 202 kann
eines oder mehrere der in dem SGMII-Modul 120 in 1B veranschaulichten
Merkmale umfassen. Auf ähnliche
Weise kann das SGMII-Modul 204 eines oder mehrere der in
dem GBIC-Modul 122 in 1B veranschaulichten
Merkmale umfassen.
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Das
Modussteuerungsmodul 206 bildet eine selektive Schnittstelle
zwischen dem MAC/Switch 102 und entweder dem SGMII-Modul 202 oder
dem GBIC-Modul 204. In dem Beispiel von 2 ist
das Modussteuerungsmodul 206 funktionell mit einem Modussteuerungs-Auswahlmodul 208 veranschaulicht,
das durch Logik zur Modusauswahl 210 gesteuert wird. Diese
Funktionalität
kann auf eine Vielzahl von Arten implementiert sein, die Logik und/oder
eingebettete Software umfassen.
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Das
Modul für
die automatische PHY/MAC-Aushandlung 212 ist mit einer
elektrischen Verbindung 214 gekoppelt. Die elektrische Verbindung 214 transportiert Übertragungs-
und Empfangsdaten sowie Daten für
die automatische Aushandlung zwischen dem MAC/Switch 102 und dem
Modussteuerungsmodul 206. Das Modul für die automatische PHY/MAC-Aushandlung 212 ist
im Allgemeinen gemäß IEEE 802.3,
Klausel 37, ausgelegt. In dem GBIC-Modus ist nur eine Geschwindigkeit vorgesehen,
nämlich
1.000. In dem GBIC-Modus braucht daher das Modul für die automatische PHY/MAC-Aushandlung 212 dem
MAC/Switch 102 keine Funktionen hinsichtlich der Betriebsgeschwindigkeit
bereitzustellen. In dem SGMII-Modus sendet das Modul für die automatische
Aushandlung 212 jedoch die Informationen zu der Betriebsgeschwindigkeit
und zu der Duplex-Einstellung sowie die Verbindungsinformationen
von der PHY-Vorrichtung 106 an den MAC/Switch 102,
wie weiter unten noch beschrieben wird. Dies erlaubt es dem MAC/Switch 102 und/oder
der PHY-Vorrichtung 106, die Daten 10-mal zu replizieren,
wenn die Geschwindigkeit 100 ist und 100-mal, wenn die Geschwindigkeit 10 ist,
wie weiter unten noch beschrieben wird. Der MAC/Switch 102 und/oder
die PHY-Vorrichtung 106 (führen diese Replikation durch,
weil die Taktfrequenz zwischen der PHY-Vorrichtung 106 und
dem MAC/Switch 102 in der Regel für alle Geschwindigkeiten gleich
bleibt.
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Das
Modul für
die automatische Kupfer-Aushandlung 216 ist mit dem Kupferverbindungsmedium 116 gekoppelt.
Das Modul für
die automatische Kupfer-Aushandlung 216 ist im Allgemeinen
gemäß IEEE 802.3,
Klauseln 28 und 40, ausgelegt.
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A. Erkennen des Betriebsmodus eines MAC/Switches
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Nun
wird das Erkennen des Betriebsmodus eines MAC/Switches 102 beschrieben.
Die PHY-Vorrichtung 106 und der MAC/Switch 102 stellen
eine Verbindung zueinander her, indem sie während der automatischen Aushandlung
grundlegende Seitenverbindungs-Codewörter austauschen. Die Logik
zur Modusauswahl 210 liest durch das Modul für die automatische
Aushandlung 212 das grundlegende Seitenverbindungs-Codewort,
das von dem MAC/Switch 102 empfangen wurde. In der Regel
setzt die PHY-Vorrichtung 106, nachdem sie das grundlegende
Seitenverbindungs-Codewort von dem MAC/Switch 102 empfangen
hat, ein "Seite-Empfangen-Bit", sowie sie einen "Zustand der vollständigen Bestätigung" erreicht hat.
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Das
grundlegende Seitenverbindungs-Codewort von dem MAC/Switch 102 umfasst
ein Modusauswahl-Bit. Wenn das Modusauswahl-Bit gesetzt ist, wird
der MAC/Switch 102 in dem SGMII-Modus betrieben. Die Logik
zur Modusauswahl 210 innerhalb des Modussteuerungsmoduls 206 liest
das Modusauswahl-Bit aus dem von dem MAC/Switch 102 empfangenen
grundlegenden Seitenverbindungs-Codewort. Die Logik zur Modusauswahl 210 vergleicht
das Modusauswahl-Bit von dem MAC/Switch 102 mit einem aktuellen
Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung 106. Funktionell gesehen
vergleicht die Logik zur Modusauswahl 210 das Modusauswahl-Bit von dem MAC/Switch 102 mit
dem aktuellen Zustand des Modussteuerungs-Auswahlmoduls 208.
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Wenn
der Modus des MAC/Switches 102 und der PHY-Vorrichtung 106 übereinstimmen,
werden der MAC/Switch 102 und die PHY-Vorrichtung 106 in
demselben Modus betrieben. In diesem Fall belasst die Logik zur
Modussteuerung das Modussteuerungs-Auswahlmodul208 unverändert. Wenn die
Zustände
des MAC/Switches 102 und der PHY-Vorrichtung 106 nicht übereinstimmen,
stellt die Logik zur Modusauswahl 210 eine Nichtübereinstimmung
fest.
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B. Angleichen des Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung
an den Betriebsmodus des MAC/Switches
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Nun
wird das Angleichen des Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung 106 an
den Betriebsmodus des MAC/Switches 102 beschrieben. In
dem Fall einer Nichtübereinstimmung
kann die Logik zur Modusauswahl 210 das Modussteuerungs-Auswahlmodul 208 von
dem SGMII-Modus in den GBIC-Modus umschalten und umgekehrt. Alternativ
steuert die Logik zur Modusauswahl 210 den Zustand des
Modussteuerungs-Auswahlmoduls 208 zufällig oder halb zufällig. Dies
ist zum Beispiel hilfreich, wenn der MAC/Switch 102 ebenfalls
eine Möglichkeit
zum Ändern
der Modi umfasst. Wenn die PHY-Vorrichtung 106 und der
MAC/Switch einfach von einem Zustand zum anderen umschalten, könnten sie
in einem solchen Fall dauerhaft Nichtübereinstimmungen des Modus
antreffen. Durch zufälliges
oder halb zufälliges
Steuern wenigstens des Modussteuerungs-Auswahlmoduls 208 wird
der Modus der PHY-Vorrichtung 106 schließlich mit
dem Modus des MAC/Switches 102 übereinstimmen.
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Die
Logik zur Modusauswahl 210 kann zufällig oder halb zufällig das
Modussteuerungs-Auswahlmodul 208 auf eine oder mehr einer
Vielzahl von Arten steuern. Beispielsweise kann die Logik zur Modusauswahl 210 ein
Schieberegister mit linearer Rückkopplung
("LFSR") umfassen, das mit
Werten initialisiert ist, wenn die PHY-Vorrichtung 106 versucht, eine
Verbindung zu dem MAC/Switch 102 herzustellen. LFSRs und
das Initialisieren von LFSRs sind den Fachleuten auf dem bzw. den
entsprechenden Gebiet(en) allgemein bekannt. Wo mehrere Vorrichtungen
eine Möglichkeit
zum Umschalten zwischen dem SGMII-Modus und dem GMII-Modus umfassen
und wo die mehreren Vorrichtungen LFSRs verwenden, sollte das Initialisieren
der LFSRs für
jede Vorrichtung eindeutig sein, da die Vorrichtungen durch ein Glasfaserkabel
oder ein anderes Medium angeschlossen sein können, das entfernt und/oder
angeschlossen werden kann, ohne dass hierzu die Vorrichtung heruntergefahren
wird.
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Bei
einem LFSR in der Logik zur Modusauswahl 210 kann es sich
zum Beispiel um ein 13-Bit-LFSR handeln. Es wird nun eine beispielhafte Implementierung
eines 13-Bit-LFSR beschrieben. Das LFSR wird bei der ersten und
bei jeder folgen den dreizehnten Nichtübereinstimmung erneut geladen. Das
LFSR wird nach jeder Nichtübereinstimmung weitergeschoben.
Das LFSR wird dann auf der Grundlage des aktuellen Modus mit den
nächsten
13 Bit geladen. Wenn der SGMII-Modus aktiv ist, wird das LFSR wie
folgt initialisiert: zufällig
[4:0] und 53 h. Wenn der GBIC-Modus
aktiv ist, wird das LFSR wie folgt initialisiert: zufällig [4:0]
und Cah. Das Initialisieren des LFSR ist bei SGMII und GBIC unterschiedlich,
damit es ähnlichen
Vorrichtungen oder einer Vorrichtung ohne automatische Erkennung
ermöglicht wird,
beim nächsten
Versuch eine Verbindung herzustellen. Das zufällige Initialisieren verwendet
eine langsam ansteigende, analoge Verzögerungslinie, um eine Zwischenspeicherung
in einem weiteren, frei laufenden LFSR vorzunehmen. Dies erlaubt
es allen Vorrichtungen, innerhalb eines endlichen Zeitraums, unabhängig von
dem Einstecken und Ausstecken von Vorrichtungen, von Modi und von
einem anfänglichen
Abgleichen von LFSR-Initialisierungen zwischen den Vorrichtungen,
eine Verbindung herzustellen.
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Die
zufällige
und halb zufällige
Modusauswahl ist jedoch nicht auf LFSRs beschränkt. Fachleute auf dem bzw.
den entsprechenden Gebiet(en) verstehen, dass andere Verfahren und
Systeme zum zufälligen
oder halb zufälligen Ändern des
Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung 106 verwendet werden
können,
damit er mit dem Betriebsmodus des MAC/Switches 102 übereinstimmt.
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Für das Umschalten
zwischen dem SGMII-Modus und dem GBIC-Modus können die Funktionen zur automatischen
Kupfer-Aushandlung innerhalb des Moduls für die automatische Kupfer-Aushandlung 216 auf
der Grundlage der Klauseln 28 und 40 der Standards IEEE 802.3 geändert werden,
um Unterschiede zwischen SGMII und GBIC zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann
die Ankündigung der
Geschwindigkeitsleistungsmerkmale 10 und 100 auf der Kupferseite
bei SGMII in dem GBIC-Modus maskiert werden.
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C. SGMII-Modus
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Nun
wird eine beispielhafte Implementierung des SGMII-Moduls 202 beschrieben.
Das SGMII-Modul 202 verwendet zwei Datensignale und 1 Taktsignal,
um Rahmendaten und Informationen zur Übertragungsgeschwindigkeit
der Verbin dung zwischen der PHY-Vorrichtung 106 und dem
MAC/Switch 102 zu übermitteln.
Die Datensignale werden mit 1,25 Gigabaud übertragen, und die Taktgeber
arbeiten bei 625 MHz mit DDR (doppelte Datenübertragungsgeschwindigkeit).
DDR nutzt sowohl die steigenden als auch die fallenden Flanken des
Taktsignals. Die Signale sind vorzugsweise als Differenzialpaare
implementiert, um die Signalintegrität zu verbessern und das Systemrauschen
zu minimieren.
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Wenn
der MAC/Switch 102 bei einer Geschwindigkeit von weniger
als 1.000 betrieben wird (zum Beispiel bei 10 Mbps oder bei 100
Mbps), verlängert
die PHY-Vorrichtung 106 einen
Rahmen, indem sie jedes Rahmen-Byte 10-mal für 100 Mbps und 100-mal für 10 Mbps
repliziert. Diese Verlängerung
des Rahmens erfolgt gemäß IEEE 802.3
z in der Regel oberhalb der PCS-Schicht (zum Beispiel PCS 108 in 1B),
so dass eine Anfangs-Rahmen-Kennzeichnung (Start Frame Delimiter)
nur einmal pro Rahmen erscheint.
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Auf
der Empfangsseite leitet die PHY-Vorrichtung 106 die Signale
von dem Kupferverbindungsmedium 116 durch die PCS 108 (1B).
Die PHY-Vorrichtung 106 serialisiert die Daten der PCS 108,
um ein SBOUT±-Pin-Signalpaar
zu erzeugen, und sendet es bei einer Datenübertragungsgeschwindigkeit
von 1,25 Gbps an den MAC/Switch 102, zum Beispiel zusammen
mit dem DDR-SCLK±-Pin-Signalpaar
bei 625 MHz.
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Auf
der Übertragungsseite
deserialisiert die PHY-Vorrichtung 106 von dem MAC/Switch 102 an dem
SGIN±-Pin
empfangene Daten, um codierte, parallele Daten wiederherzustellen.
Die PHY-Vorrichtung 106 leitet parallele Daten durch eine
Empfangs-Regelmaschine innerhalb der PCS 108 (1B),
um die Übertragungssignale
wiederherzustellen. Die decodierten Übertragungssignale werden durch
einen Übertragungsblock
geleitet und mit der vorbestimmten Geschwindigkeit oder Symbolrate
an das Kupferverbindungsmedium 116 ausgegeben.
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Wenn
die PHY-Vorrichtung 106 eine Verbindungsänderung
mit dem Kupferverbindungspartner erkennt, startet die PHY-Vorrichtung 106 einen
automatischen Aushandlungsprozess mit dem MAC/Switch 102 und
sendet aktualisierte Steuerinformationen an den MAC/Switch 102.
Das SGMII-Modul 202 verwendet das Modul für die automatische
PHY/MAC-Aushandlung 212, um Steuereinformationen an den
MAC/Switch 102 zu leiten, um den MAC/Switch 102 über die Änderung
in dem Verbindungsstatus zu informieren. Der MAC/Switch 102 empfängt und
decodiert Steuerinformationen und startet den automatischen Aushandlungsprozess.
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D. Verfahren zum Erkennen des Betriebsmodus
eines MAC/Switches und zum Angleichen des Betriebsmodus einer PHY-Vorrichtung
an den Betriebsmodus des MAC/Switches
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3 ist
ein Prozess-Ablaufdiagramm 300 zum Implementieren der vorliegenden
Erfindung. Beispielhalber ist das Prozess-Ablaufdiagramm 300 weiter
unten unter Bezugnahme auf eine oder mehrere der beispielhaften,
weiter oben beschriebenen Systemimplementierungen beschrieben. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen,
beispielhaften Systemimplementierungen beschränkt. Auf der Grundlage der
Beschreibung in diesem Dokument versteht ein Fachmann auf dem bzw.
den entsprechenden Gebiet(en), dass das Prozess-Ablaufdiagramm 300 auch
mit anderen Systemimplementierungen implementiert werden kann. Solche
anderen Implementierungen liegen im Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung.
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Das
Prozess-Ablaufdiagramm 300 stellt ein Verfahren zum Erkennen
des Betriebsmodus einer Verbindungsvorrichtung und zum Umschalten
des Betriebsmodus einer PHY-Vorrichtung bereit, damit dieser mit
dem Betriebsmodus der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt. Die PHY-Vorrichtung
ist zwischen der Verbindungsvorrichtung und einem Kupferverbindungsmedium
gekoppelt. Bei der Verbindungsvorrichtung kann es sich um einen
MAC, einen Switch, eine optische Vorrichtung oder dergleichen handeln.
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Der
Prozess beginnt mit Schritt 302, der das Erkennen des Betriebsmodus
einer Verbindungsvorrichtung umfasst. Schritt 302 kann
zum Beispiel das Erkennen umfassen, ob die Verbindungsvorrichtung in
dem SGMII-Betriebsmodus oder in dem GBIC-Betriebsmodus betrieben
wird. Schritt 302 kann ausgeführt werden, indem ein Modusauswahl-Bit
aus einem grundlegenden Seitenverbindungs-Codewort gelesen wird,
das von der Verbindungsvorrichtung empfangen wurde. Dies kann ein
Bestandteil des automatischen Aushandlungsprozesses sein, der von dem
in 2 gezeigten Modul für die automatische PHY/MAC-Aushandlung 212 durchgeführt wird.
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Schritt 304 umfasst
das Vergleichen des Betriebsmodus der Verbindungsvorrichtung mit
dem aktuellen Betriebsmodus einer PHY-Vorrichtung. In dem Beispiel
von 2 erfolgt dies durch die Logik zur Modusauswahl 210.
Wenn der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung mit dem Betriebsmodus
der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt,
wird die Verarbeitung bei Schritt 306 fortgesetzt, in dem
die PHY-Vorrichtung
weiterhin in dem aktuellen Modus betrieben wird.
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Wenn
umgekehrt der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung nicht mit dem Betriebsmodus
der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt,
wird die Verarbeitung bei Schritt 308 fortgesetzt, der
das Ändern des
Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung umfasst. In dem Beispiel von 2 wird
der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung durch das Modussteuerungsmodul 208 geändert, das
durch die Logik zur Modusauswahl 210 gesteuert wird. Zum
Beispiel kann der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung zwischen SGMII
und GBIC umgeschaltet werden. Alternativ wird der Betriebsmodus
der PHY-Vorrichtung zufällig
oder halb zufällig
geändert,
um sicherzustellen, dass die PHY-Vorrichtung eine Verbindung mit
einem Verbindungspartner herstellen wird, der ähnliche Funktionen zum Umschalten
zwischen SGMII und GBIC aufweist. Der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung
kann zum Beispiel, wie weiter oben bereits beschrieben, durch ein
Schieberegister mit linearer Rückkopplung gesteuert
geändert
werden.
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Nachdem
der Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung geändert wurde, kehrt die Verarbeitung
zu Schritt 302 zurück,
um zu bestimmen, ob der neue Betriebsmodus der PHY-Vorrichtung mit
dem Betriebsmodus der Verbindungsvorrichtung übereinstimmt.
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Das
Prozess-Ablaufdiagramm 300 wird vorzugsweise als Bestandteil
eines automatischen Aushandlungsprozesses zwischen der PHY-Vorrichtung und
der Verbindungsvorrichtung implementiert. Der automatische Aushandlungsprozess
wird vorzugsweise in Übereinstimmung
mit IEEE 802.3, Klausel 37, implementiert. In dem SGMII-Modus kann
der Prozess für
die automatische PHY/MAC-Aushandlung das Senden von Informationen
zu der Betriebsgeschwindigkeit und zu der Duplex-Einstellung sowie von Verbindungsinformationen
von der PHY-Vorrichtung 106 an die Verbindungsvorrichtung
(zum Beispiel einen MAC/Switch) umfassen. Ein automatischer Aushandlungsprozess
für Kupfer
kann außerdem
zwischen der PHY-Vorrichtung und dem Kupferverbindungsmedium in Übereinstimmung
mit IEEE 802.3, Klauseln 28 und 40, oder geänderten Versionen davon durchgeführt werden.
Die automatische Aushandlung für
Kupfer kann beispielsweise das Maskieren der Ankündigung von Geschwindigkeitsleistungsmerkmalen
10 und 100 umfassen, wenn sich die PHY-Vorrichtung in dem GBIC-Modus
befindet.
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III. Schlussbemerkung
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Die
vorliegende Erfindung wurde oben unter Zuhilfenahme von Funktionsbausteinen
beschrieben, welche die Leistung von spezifizierten Funktionen und
ihre Beziehungen zueinander veranschaulichen. Die Begrenzungen dieser
Funktionsbausteine wurden in diesem Dokument aus praktischen Gründen für die Beschreibung
willkürlich
definiert. Alternative Begrenzungen können definiert werden, solange
die spezifizierten Funktionen und deren Beziehungen zueinander auf
geeignete Weise ausgeführt
werden. Solche alternativen Begrenzungen liegen somit im Schutzumfang
der beanspruchten Erfindung. Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt,
dass diese Funktionsbausteine durch diskrete Komponenten, anwendungsspezifische
integrierte Schaltungen, Prozessoren, die geeignete Software ausführen, und dergleichen
und/oder Kombinationen aus diesen Elementen implementiert werden
können.
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In
diesem Dokument werden die Begriffe "verbunden" und/oder "gekoppelt" im Allgemeinen verwendet, um sich auf
elektrische Verbindungen zu beziehen. Bei solchen elektrischen Verbindungen kann
es sich um direkte elektrische Verbindungen ohne zwischengeschaltete
Komponenten handeln und/oder um indirekte elektrische Verbindungen,
die durch eine oder mehr Komponenten hindurch verlaufen.
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Während weiter
oben verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, versteht es
sich, dass diese nur beispielhalber und nicht beschränkungshalber
dargestellt worden sind. Somit sollen der Umfang und Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeines der oben beschriebenen
beispielhaften Ausführungsbeispiele
begrenzt werden, sondern sollen allein in Übereinstimmung mit den folgenden
Ansprüchen
definiert werden.