專利名稱：將8線/4線以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換為2線以太網(wǎng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以太網(wǎng)系統(tǒng)，具體地，涉及通過二線傳輸信道而非四線或者八線傳輸信道在局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的裝置。
在正常數(shù)據(jù)交換之前，局域網(wǎng)(LAN)卡10和交換式集線器20先通過UTP電纜30的第一，第二，第三和第六條信號(hào)線交換正常鏈接脈沖(NLP)信號(hào)，以便完成鏈接狀態(tài)檢測(cè)。通過鏈接狀態(tài)檢測(cè)，就能夠檢測(cè)鏈接雙方是否彼此相互鏈接并處于正常的工作模式。
在這里，局域網(wǎng)(LAN)卡10看作為交換式集線器20的鏈接方，反過來也一樣。如果發(fā)現(xiàn)鏈接狀態(tài)的檢測(cè)結(jié)果為正常，以太網(wǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)以準(zhǔn)備在鏈接雙方之間交換以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。然后，局域網(wǎng)(LAN)卡10和交換式集線器20通過UTP電纜30的第一，第二，第三和第六條信號(hào)線協(xié)作完成所謂的“自動(dòng)識(shí)別”(Auto-Negotiation“AN”)，以便確定最佳數(shù)據(jù)速率，例如，10Mbps或100Mbps，以及選擇雙工模式，比如，半雙工模式或全雙工模式，等等。
同時(shí)，由于高速數(shù)據(jù)通信的要求，比如幾個(gè)Mbps的要求，日益增多，就要尋求各種不僅能為新建的大廈也能為已經(jīng)建成的，諸如，公寓樓、辦公樓、酒店之類的建筑物提供這種高速數(shù)據(jù)通信。如同這些方法中的一個(gè)方法那樣，租用線路是一個(gè)較好的方案。但是，租用線路有一些缺點(diǎn)它所能提供的數(shù)目受到限制；有時(shí)無法安裝；并且，最重要的是它要價(jià)太高。作為相反的措施，已經(jīng)有人提出采用普通電話線來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的方法。使用普通的電話線來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的常用方法有其一是非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)線(ADSL)系統(tǒng)；另一個(gè)是采用4條信號(hào)線的以太網(wǎng)系統(tǒng)。ADSL系統(tǒng)使用DSL調(diào)制解調(diào)器而以太網(wǎng)系統(tǒng)采用局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器。

圖1示出了一個(gè)典型的以太網(wǎng)系統(tǒng)。
盡管這兩套系統(tǒng)的速度比起常規(guī)的調(diào)制解調(diào)器典型具有的56Kbps快了數(shù)十倍，但是這兩套系統(tǒng)有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。另外，DSL調(diào)制解調(diào)器與以太網(wǎng)系統(tǒng)相比過于昂貴。
因此，如果以太網(wǎng)能夠采用兩條信號(hào)線，那么甚至在家中就能方便地獲得高速數(shù)據(jù)通信。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供一種用來完成局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)系統(tǒng)，所述的局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器中的每一個(gè)都具有物理層接口(PHY)并且與鏈接方相關(guān)，所述的系統(tǒng)包括第一和第二轉(zhuǎn)換控制器，位于局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間，用來仲裁與各自對(duì)應(yīng)的鏈接方之間的數(shù)據(jù)通信；和一對(duì)信號(hào)線，用來連接第一和第二轉(zhuǎn)換控制器；其中第一和第二轉(zhuǎn)換控制器看作為其各自對(duì)應(yīng)的鏈接方的子鏈接方，并且第一和第二轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)都包括第一物理層接口(PHY)和第二物理層接口(PHY)，其中第一物理層接口(PHY)通過非屏蔽雙絞線(UTP)電纜與相對(duì)應(yīng)的鏈接方相連，并且第二物理層接口(PHY)包含兩個(gè)輸出終端TX+和TX-以及兩個(gè)輸入終端RX+和RX-，以便使其與子鏈接方相連，其中輸出終端TX+和輸入終端RX+鏈接在信號(hào)線之一上，而輸出終端TX-和輸入終端RX-鏈接在另一條信號(hào)線上，其中第一和第二PHY具有用來存儲(chǔ)特定值的基本寄存器和輔助寄存器；與媒體無關(guān)接口控制器(MIIC)，位于第一PHY和第二PHY之間，以便建立要存儲(chǔ)在第一和第二PHY中的鏈接模式、數(shù)據(jù)傳輸速度、雙工模式、和自動(dòng)識(shí)別(AN)狀態(tài)；和轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，位于第一PHY和第二PHY之間，以便防止從一個(gè)第二PHY傳輸?shù)搅硪粋€(gè)第二PHY的數(shù)據(jù)被返回到一個(gè)第二PHY。
本發(fā)明提供一種能在以太網(wǎng)環(huán)境中通過使用二線傳輸信道代替四線傳輸信道和八線傳輸信道來完成高速數(shù)據(jù)通信的裝置。
現(xiàn)在結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參考圖2，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以太網(wǎng)系統(tǒng)的方框圖。
本發(fā)明的以太網(wǎng)系統(tǒng)包括至少一個(gè)局域網(wǎng)(LAN)卡210、交換式集線器220、一組第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和2404/8線UTP電纜250和260以及UTP電纜的或者是電話線的一對(duì)2線信號(hào)線270。局域網(wǎng)(LAN)卡210連接在第一轉(zhuǎn)換控制器230上，第一轉(zhuǎn)換控制器230連接于第二轉(zhuǎn)換控制器240并且第二轉(zhuǎn)換控制器240連接于交換式集線器220。4/8線UTP電纜250將局域網(wǎng)(LAN)卡210連接到第一轉(zhuǎn)換控制器230上，同時(shí)4/8線UTP電纜260將第二轉(zhuǎn)換控制器240到交換式集線器220上。相反，UTP電纜的或者是電話線的一對(duì)2線信號(hào)線270將第一轉(zhuǎn)換控制器230連接到第二轉(zhuǎn)換控制器240上。為了說明的目的，設(shè)定局域網(wǎng)(LAN)卡210為交換式集線器220的鏈接方，反過來也一樣；另外，第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230、240的每一個(gè)還與其對(duì)應(yīng)的鏈接方的子鏈接方有關(guān)系。
在圖2中，為了簡(jiǎn)化說明，盡管其中僅僅簡(jiǎn)單地示出了用于和交換式集線器220進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所涉及的兩個(gè)局域網(wǎng)(LAN)卡210，但也很容易理解交換式集線器220具有能夠適應(yīng)多個(gè)局域網(wǎng)(LAN)卡的多個(gè)端口。
局域網(wǎng)(LAN)卡210是比如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)中的典型網(wǎng)絡(luò)接口卡，并且基本地包括物理層接口(PHY)(未示出)。根據(jù)規(guī)范，比如IEEE802.3，局域網(wǎng)(LAN)卡210還包括用于實(shí)現(xiàn)控制物理層接口的媒體訪問控制器(MAC)(未示出)。
同時(shí)，交換式集線器220從局域網(wǎng)(LAN)卡210或者外部路由器(未給出)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，并且在另一方面，將接收的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組分發(fā)給局域網(wǎng)(LAN)卡210或者外部路由器。為了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組的交換，交換式集線器220采用物理層接口(PHY)(未示出)和用于物理層接口的交換控制器(未出)。
在題為“用于數(shù)字用戶線通信的二線以太網(wǎng)系統(tǒng)(TWO-WIREETHERNET SYSTEM FOR DIGITAL SUBSCRIBER LINECOMMUNICATION)”的U.S.S.N.09/969,259中示出了對(duì)PHY，MAC，和交換控制器的詳細(xì)描述，該申請(qǐng)于2001年10月1日由Kyu-Ho Park和Hyun-Jin Choi提交，這里作為參考而引入。
下面參考包括3A和3B的圖3，其中示出了如圖2所示的第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240的詳細(xì)方框圖。
如圖所示，第一轉(zhuǎn)換控制器230和第二轉(zhuǎn)換控制器240中的每一個(gè)都分別包括一對(duì)第一和第二PHY 310和320、PHY 350和360。在這里，每一個(gè)第一和第二PHY實(shí)質(zhì)上完成局域網(wǎng)(LAN)卡210中PHY的確認(rèn)功能，并且能使用與媒體無關(guān)接口(MII)，所述的與媒體無關(guān)接口遵循例如IEEE80.3標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。
分別在第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240中的第一PHY 310和350通過2線UTP電纜或者2線電話線270的一對(duì)第一和第二信號(hào)線372和374相互連接，通過它可以完成與鏈接方的數(shù)據(jù)通信。在連接時(shí)，每個(gè)第一PHY 310或者350的輸出終端TX+和輸入終端RX-一起連接在第一信號(hào)線372上，而每個(gè)第一PHY 310或者350的輸出終端TX-和輸入終端RX+一起連接在第二信號(hào)線374上。同時(shí)，第二PHY 320和360分別與各自相對(duì)應(yīng)的鏈接方相連，比如，通過4/8線UTP電纜250和260分別與局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220相連。
另外，轉(zhuǎn)換控制器230和240中的每個(gè)第一和第二PHY 310，320、PHY 350，360都包含如圖4A和4B詳細(xì)示出的基本寄存器410和輔助寄存器420，所述的寄存器遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。
參考圖4A和4B，基本寄存器410包括用來存儲(chǔ)確定是否在鏈接雙方完成自動(dòng)識(shí)別過程的值的自動(dòng)識(shí)別(AN)建立扇區(qū)412，用來選擇特定的傳輸速度的速度選擇扇區(qū)414和存儲(chǔ)特定的值以設(shè)置在鏈接雙方210和220之間傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組時(shí)雙工模式的雙工模式扇區(qū)416。存儲(chǔ)在扇區(qū)412，414和416中的值由預(yù)定的默認(rèn)值來初始化。
同時(shí)，輔助寄存器420包括用來存儲(chǔ)確定是否檢查鏈接雙方210和220之間傳輸?shù)恼ｆ溄用}沖(NLP)特定值的鏈接通道建立扇區(qū)(link passestablishment sector)422。存儲(chǔ)在鏈接通道建立扇區(qū)(link pass establishmentsector)422的值由默認(rèn)值來初始化。
參考圖3，每一個(gè)第一轉(zhuǎn)換控制器230和第二轉(zhuǎn)換作控制器240還分別包括位于PHY 310和PHY 320之間，PHY 350和PHY 360之間用來以特定的值設(shè)置寄存器410和420的與媒體無關(guān)接口控制器(MIIC)330和370；分別通過一對(duì)信號(hào)線372和374，用來在子鏈接方230和240之間進(jìn)而在鏈接方210和220之間控制數(shù)據(jù)傳遞和識(shí)別數(shù)據(jù)碰撞的轉(zhuǎn)換控制電路340和380。根據(jù)本發(fā)明，由于局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220通過第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240相互連接，并且所述的第一和第二轉(zhuǎn)換控制器然后僅僅通過信號(hào)線372和374相互連接，若沒有適當(dāng)?shù)慕涌诳刂破?，則局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間的數(shù)據(jù)通信就會(huì)隔斷。鑒于此，每個(gè)MIIC 330和370完成一系列使用特定的值在第一和第二PHY 310和320、350和360中設(shè)置寄存器410和420的過程，以便于通過一對(duì)信號(hào)線372和374來在局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間傳遞以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。
現(xiàn)在詳細(xì)說明MIIC 330和370的工作方式。由于第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240的構(gòu)成實(shí)質(zhì)上完全相同，出于簡(jiǎn)化說明的目的，下文僅僅描述第一轉(zhuǎn)換控制器230的MIIC 330的工作方式。
根據(jù)本發(fā)明，MIIC 330為第二PHY 320提供信號(hào)，比如圖5A所描述的MDC和MDI信號(hào)，所述的信號(hào)用來設(shè)置AN建立扇區(qū)412以便定義“AN激活狀態(tài)”，用來設(shè)置速度選擇扇區(qū)414以便定義“10Mbps或者100Mbps”，和用來設(shè)置雙工模式扇區(qū)416以便通過如圖3所描述的管理數(shù)據(jù)時(shí)鐘(MDC)終端和管理數(shù)據(jù)輸入/輸出(MDIO)終端定義“半雙工模式”。在這種全雙工模式連接中，子鏈接雙方230和240之間的數(shù)據(jù)傳遞可以雙向地、同時(shí)地進(jìn)行，而在半雙工模式中，數(shù)據(jù)傳遞交替進(jìn)行。
然后，在基本寄存器410中設(shè)置的數(shù)據(jù)傳輸速度的狀態(tài)和雙工模式的狀態(tài)通過使用AN過程報(bào)告給局域網(wǎng)(LAN)(未給出)卡210中的PHY和交換式集線器(未給出)220中的PHY，以便設(shè)置與基本寄存器410中相同的值。
因此，由于第二PHY 320的雙工模式設(shè)置為半雙工模式，可以保證在局域網(wǎng)(LAN)卡210通過UTP電纜250接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組的同時(shí)局域網(wǎng)(LAN)卡210不能傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，所以能夠防止子鏈接雙方230和240之間的數(shù)據(jù)碰撞。
另一方面，轉(zhuǎn)換控制器230的第一PHY 310和轉(zhuǎn)換控制器240的第一PHY 350交換NLP信號(hào)，以便于執(zhí)行鏈接狀態(tài)檢驗(yàn)過程，通過所述的檢驗(yàn)過程，就能夠檢測(cè)出第一PHY 350是否鏈接上并且是否工作正常。
但是，如圖3所示，由于轉(zhuǎn)換控制器230和240的輸入終端RX+(或者RX-)和輸出終端TX+(或者TX-)通過一條信號(hào)線372(或者374)相互連接，因此第一PHY 310接收回其輸出的NLP信號(hào)，也接收來自第一PHY 350的NLP信號(hào)，這樣就會(huì)誤認(rèn)為所接收的信號(hào)是由轉(zhuǎn)換控制器240的第一PHY 350傳輸出的NLP信號(hào)，PHY 310就不能僅僅通過檢測(cè)由輸入終端RX+(或者RX-)輸入到其中的NLP信號(hào)來成功地執(zhí)行鏈接狀態(tài)檢驗(yàn)過程。
同樣，如上所提及，由于第一PHY 310和350的輸入終端RX+(或者RX-)和輸出終端TX+(或者TX-)通過信號(hào)線372(或者374)相互連接，所以第一轉(zhuǎn)換控制器230的第一PHY 310可能接收回其輸出的AN信號(hào)并且會(huì)將其誤認(rèn)為是從第二轉(zhuǎn)換控制器240的第一PHY 350中傳輸出的AN信號(hào)。因此，不適合通過使用AN過程的結(jié)果來確定子鏈接方230和240之間的最大數(shù)據(jù)傳輸速度和雙工模式。
因此，根據(jù)本發(fā)明，MIIC 330為第一PHY 310提供信號(hào)，比如如圖5B所描述的MDC信號(hào)和MDIO信號(hào)，其目的是為了通過第一PHY 310的MDC終端和MDIO終端來設(shè)置鏈接通道建立扇區(qū)422使之總具有表示“鏈接通道”(link pass)狀態(tài)的值。因此，第一轉(zhuǎn)換控制器230中的第一PHY 310能夠確定其對(duì)應(yīng)者，比如，第二轉(zhuǎn)換控制器240中的第一PHY 350，總與其連接并且工作正常而不必檢驗(yàn)從第二轉(zhuǎn)換控制器240的第一PHY 350傳輸出的AN信號(hào)。因此能夠保證子鏈接雙方230和240之間的鏈接總處于激活狀態(tài)而不管子鏈接雙方230和240是否相互鏈接并工作正常。
而且，根據(jù)本發(fā)明，MIIC 330為第一PHY 310提供信號(hào)，比如圖5C所描述的MDC和MDIO信號(hào)，所述的信號(hào)用來設(shè)置AN建立扇區(qū)412以定義“AN激活狀態(tài)”，用來設(shè)置速度選擇扇區(qū)414以便定義“10Mbps或者100Mbps”，和用來設(shè)置雙工模式扇區(qū)416以便通過第一PHY 310的管理數(shù)據(jù)時(shí)鐘(MDC)終端和管理數(shù)據(jù)輸入/輸出(MDIO)終端定義“半雙工模式”。
因此，來自局域網(wǎng)(LAN)卡210的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組能夠通過UTP電纜250傳遞到第一轉(zhuǎn)換控制器230，并且進(jìn)而通過信號(hào)線372傳遞到第二轉(zhuǎn)換控制器240，并最終通過UTP電纜260傳遞到交換式集線器220。同樣，來自交換式集線器220的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組可以沿著與上述相反的路徑，比如，沿著UTP電纜260、第二轉(zhuǎn)換控制器240、信號(hào)線374、第一轉(zhuǎn)換控制器230、UTP電纜250，然后到達(dá)局域網(wǎng)(LAN)卡210。
如上所述，位于第一和第二PHY 310和320(或者350和360)之間的MIIC 330的主要任務(wù)是設(shè)置寄存器410和420。因此，MIIC 330(或者370)通過使用一對(duì)信號(hào)線372和374使得本發(fā)明可以在鏈接方210和220之間完成數(shù)據(jù)通信，并且因此在子鏈接雙方230和240之間完成數(shù)據(jù)通信。
如圖6A所示，MIIC 330(或者370)包括用來完成如圖6B所示的控制過程的FSM(有限狀態(tài)機(jī))，用來存儲(chǔ)在PHY 310和320(或者350和360)中建立寄存器410和420的特定值的數(shù)據(jù)的第一和第二數(shù)據(jù)ROM620和630，和地址計(jì)數(shù)器640。如圖6B所示，在開始狀態(tài)，MIIC 330向每個(gè)第一和第二PHY 310和320的MDIO終端的32個(gè)時(shí)鐘提供具有高邏輯狀態(tài)或者邏輯“1”狀態(tài)的前同步信號(hào)。然后，MICC 330分別提供使計(jì)數(shù)器640和第一和第二數(shù)據(jù)ROM 620、630啟動(dòng)的CE(計(jì)數(shù)器啟動(dòng))信號(hào)和OE(輸出啟動(dòng))信號(hào)。地址計(jì)數(shù)器640，響應(yīng)CE信號(hào)，開始對(duì)ROM 620和630產(chǎn)生地址信號(hào)，以便使存儲(chǔ)在第一和第二數(shù)據(jù)ROM620和630中的特定值傳遞到PHY 310和320中的寄存器410和420。然后，檢查傳遞的比特?cái)?shù)目。當(dāng)數(shù)據(jù)傳遞完畢時(shí)，通過MDIO的所有輸出被移開。這樣，PHY 310和320中的寄存器410和420就被初始化。
另一方面，再參考圖3，轉(zhuǎn)換控制器230(或者240)還包括轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340(或者380)，所述的控制邏輯電路340(或者380)位于第一PHY 310和第二PHY 320(或者350和360)之間，以便提供防止數(shù)據(jù)碰撞的機(jī)構(gòu)。
由于第一轉(zhuǎn)換控制器230的轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340的結(jié)構(gòu)和工作方式實(shí)際上與第二轉(zhuǎn)換控制器240的轉(zhuǎn)換控制邏輯電路380完全相同，所以，為了說明的目的，下面僅僅說明其中的一個(gè)，比如轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340。
首先，如上所述，由于第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240中的第一PHY310和350分別通過與其相應(yīng)的MIIC 330和370來設(shè)置為全雙工模式，所以，對(duì)于每一個(gè)PHY310和350都能同時(shí)相互傳遞以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。也就是說，即使在PHY310從子鏈接方350中接收數(shù)據(jù)時(shí)，也允許PHY 310向其子鏈接方350中傳輸數(shù)據(jù)，反過來也一樣。在已有技術(shù)中使用了兩對(duì)信號(hào)線，由于輸入線和輸出線是分離的，所以在數(shù)據(jù)傳輸中沒有數(shù)據(jù)碰撞。但是，本發(fā)明中使用了一對(duì)信號(hào)線372和374，其中輸入終端和輸出終端相互焊接在一起，由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)在同一條線上碰撞，所以碰撞會(huì)破壞傳遞的數(shù)據(jù)。
除了碰撞問題以外，在局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間充當(dāng)中介的第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240之間可能會(huì)涉及到所謂的回環(huán)現(xiàn)象，這是由于其輸入終端和輸出終端通過一對(duì)信號(hào)線372和374來連接。這就是說，由于回環(huán)現(xiàn)象，第一轉(zhuǎn)換控制器230或者第二轉(zhuǎn)換控制器240在其向子鏈接方傳輸數(shù)據(jù)期間可能回收由其所傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)分組。因此，局域網(wǎng)(LAN)卡210或交換式集線器220就會(huì)將從其中傳輸給鏈接方的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組誤認(rèn)為從其鏈接方傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)分組。
因此，如上所述，為了防止數(shù)據(jù)碰撞，MIIC將第二PHY 320設(shè)置為半雙工模式，從而避免了子鏈接雙方之間的數(shù)據(jù)碰撞。
第二，為了排除回環(huán)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340除去了在第一PHY310的數(shù)據(jù)傳輸期間通過輸入終端RX+回環(huán)到第二PHY 320中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。防止回環(huán)可以通過使用接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)RXDV的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)RXDV使其在從PHY 310到PHY 350的數(shù)據(jù)傳輸期間保持為邏輯高狀態(tài)“1”，其中轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340截獲接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)RXDV，以便第二PHY 320不接收回環(huán)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，從而使第二PHY 320免于接收由第一PHY 310提供的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。
參考圖7A和7B詳細(xì)說明轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340(或者380)。如圖7A所示，轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340(或者380)包括存儲(chǔ)器710，第一數(shù)據(jù)接收邏輯電路(FDRL)720和第二數(shù)據(jù)接收邏輯電路(SDRL)730。存儲(chǔ)器710用于在傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組之前暫存接收的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞時(shí)，傳輸暫存在存儲(chǔ)器710中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，從而防止了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的丟失。更特別地，當(dāng)FDRL 720從第一PHY 310中接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組而SDRL 730試圖向第一PHY 310傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，第一PHY 310感知數(shù)據(jù)碰撞并且產(chǎn)生表示數(shù)據(jù)碰撞的“COL”信號(hào)。由于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器710中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組因在向第二PHY320傳輸數(shù)據(jù)期間發(fā)生的數(shù)據(jù)碰撞而丟失，所以SDRL 730延遲傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組并且在延遲之后重傳存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器710中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，從而使因碰撞而丟失的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組達(dá)到最小。另外，每一個(gè)FDRL 720和SDRL730向與其對(duì)應(yīng)的第一PHY 310和第二PHY 320提供接收的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組與“前同步信號(hào)”，以便將前同步信號(hào)恢復(fù)至原始長(zhǎng)度。
FDRL 720從第一PHY 310接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組并且將接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組傳輸給第二PHY 320，同時(shí)，SDRL 730從第二PHY 320接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，并將接收到的數(shù)據(jù)分組傳輸給第一PHY 310。由FDRL 720完成的操作和由SDRL 730完成的操作實(shí)際上完全相同，因此，下面僅僅參照?qǐng)D7C對(duì)FDRL 720進(jìn)行說明。
在由FDRL 720重新設(shè)置的初始狀態(tài)決定SDRL 730現(xiàn)在是否處于緩沖狀態(tài)。如果確定SDRL 730處于緩沖狀態(tài)，則FDRL 720向與其相對(duì)應(yīng)的第二PHY 320傳輸無用數(shù)據(jù)以使局域網(wǎng)(LAN)卡210免于傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。但是，如果SDRL 730沒有處于緩沖狀態(tài)，則檢測(cè)現(xiàn)在FDRL 720正在從第一PHY 310接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。當(dāng)FDRL 720從第一PHY 310接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，則FDRL 720通過將接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組存入存儲(chǔ)器710來初始化數(shù)據(jù)緩沖。如果數(shù)據(jù)緩沖完畢，F(xiàn)DRL 720開始向第二PHY 320傳輸緩存在存儲(chǔ)器710中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。如果在數(shù)據(jù)傳輸期間發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，F(xiàn)DRL 720產(chǎn)生JAM信號(hào)并且試圖再傳輸出以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。如果數(shù)據(jù)再傳輸出成功結(jié)束，則FDRL 720返回初始狀態(tài)等待來自第一PHY 310的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組。
每個(gè)FDRL 720和SDRL 730的結(jié)構(gòu)實(shí)際上完全相同，因此下面僅僅參考圖7B對(duì)FDRL 720進(jìn)行說明。
FDRL 720包括FSM 740；讀地址計(jì)數(shù)器742，用來在FSM 740和存儲(chǔ)器710(見圖7A)之間實(shí)現(xiàn)接口并且在存儲(chǔ)器讀模式下尋址存儲(chǔ)器710；寫地址計(jì)數(shù)器744，用來在存儲(chǔ)器寫模式下尋址存儲(chǔ)器；寫數(shù)據(jù)鎖存器746，用來在存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器710之前暫時(shí)存儲(chǔ)從第一PHY 310的端口RXD[3...0]接收的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，讀數(shù)據(jù)鎖存器748，用來暫時(shí)存儲(chǔ)要傳輸?shù)降诙HY 320的端口TXD[3...0]的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分組，其中OE信號(hào)用來激活存儲(chǔ)器710的讀操作，WE信號(hào)用來啟動(dòng)存儲(chǔ)器710的寫操作，鎖定信號(hào)用來在FDRL 720執(zhí)行數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)禁止SDRL730的緩沖操作。
在表1中給出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的性能和使用兩對(duì)信號(hào)線的背景技術(shù)的性能比較結(jié)果，在數(shù)據(jù)傳輸速度為10Mbps，雙工模式為全雙工模式的條件下使用FTP(文件傳輸協(xié)議)傳輸160M字節(jié)。
表1

如同從表1中看到的一樣，在采用MIIC和轉(zhuǎn)換控制邏輯電路的以太網(wǎng)系統(tǒng)中，使用一對(duì)信號(hào)線的數(shù)據(jù)通信的性能與已有技術(shù)的很相近。
在本發(fā)明中，每一個(gè)第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240分別包括一對(duì)第一和第二PHY 310和320、350和360；MIIC 330和360，轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340和380，它們分別符合比如，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。在第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240使用一對(duì)信號(hào)線372和374的條件下，每一個(gè)第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230和240能夠在局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間以半雙工模式完成數(shù)據(jù)通信。
圖8示出了轉(zhuǎn)換控制器的模擬型800，所述的模擬轉(zhuǎn)換控制器800既可以替換圖3中的230又可以替換240。
模擬轉(zhuǎn)換控制器800包括用來檢測(cè)從局域網(wǎng)(LAN)卡210或者交換式集線器220傳輸出的傳輸數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)檢測(cè)器810；用來放大傳輸數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)放大器820；用來放大從交換式集線器20或者局域網(wǎng)(LAN)卡210接收到的數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)放大器830；用來檢測(cè)接收放大器830的輸出的接收數(shù)據(jù)檢測(cè)器840。在從任何一個(gè)鏈接方到其鏈接對(duì)方的數(shù)據(jù)傳輸期間，傳輸數(shù)據(jù)檢測(cè)器810檢測(cè)傳輸數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生邏輯狀態(tài)“高”以將接收數(shù)據(jù)放大器830設(shè)置為截止?fàn)顟B(tài)。相反，從任何一個(gè)鏈接方到其鏈接對(duì)方的數(shù)據(jù)接收期間，接收數(shù)據(jù)檢測(cè)器840檢測(cè)接收數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生邏輯狀態(tài)“高”以將傳輸數(shù)據(jù)放大器820設(shè)置為截止?fàn)顟B(tài)。在每一個(gè)數(shù)據(jù)檢測(cè)器810和840產(chǎn)生邏輯“低”的情況下，每一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的放大器830和820正常完成其放大操作。對(duì)除了不能提供如圖7A所示的相同的存儲(chǔ)器710以進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖之外，模擬轉(zhuǎn)換控制器800執(zhí)行與第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230或者240相似的操作。當(dāng)轉(zhuǎn)換控制器230和240中的之一由模擬轉(zhuǎn)換控制器800替換時(shí)，通過保留轉(zhuǎn)換控制器230和240中的其一來完成緩沖操作。
同時(shí)，每一組PHY 310和320，350和360分別能夠按照不同的頻率進(jìn)行操作。倘若不是本發(fā)明的以太網(wǎng)系統(tǒng)，例如，局域網(wǎng)(LAN)卡210和第一轉(zhuǎn)換控制器230之間的數(shù)據(jù)通信用10MHz，第一轉(zhuǎn)換控制器230和第二轉(zhuǎn)換控制器240之間的數(shù)據(jù)通信用2.5MHz，并且第二轉(zhuǎn)換控制器240和交換式集線器220之間的數(shù)據(jù)通信用10MHz。在這些情況下，通常在第一和第二PHY之間按照不同頻率進(jìn)行操作會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。
但是在本發(fā)明的以太網(wǎng)系統(tǒng)中，使用了上面提及的數(shù)據(jù)緩沖的原理，以致第一和第二轉(zhuǎn)換控制器230或240中的轉(zhuǎn)換邏輯電路340或380在數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶渔溄臃街皶簳r(shí)將一定量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(未給出)中，從而使得局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間的數(shù)據(jù)通信無差錯(cuò)。例如，如果假設(shè)局域網(wǎng)(LAN)卡210傳輸?shù)降谝晦D(zhuǎn)換控制器230的數(shù)據(jù)用10MHz，同時(shí)通過一對(duì)信號(hào)線從第一轉(zhuǎn)換控制器230傳輸?shù)降诙D(zhuǎn)換控制器240的數(shù)據(jù)用2.5MHz，第一轉(zhuǎn)換控制器230中的轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340暫時(shí)存儲(chǔ)速度為10MHz的數(shù)據(jù)然后以2.5MHz的速度將之讀出以提供給第二轉(zhuǎn)換控制器240。
因此，盡管第一轉(zhuǎn)換控制器230和第二轉(zhuǎn)換控制器240之間的數(shù)據(jù)通信的頻率低于局域網(wǎng)(LAN)卡210和第一轉(zhuǎn)換控制器230之間的數(shù)據(jù)通信頻率，也低于第二轉(zhuǎn)換控制器240和交換式集線器220之間的數(shù)據(jù)通信頻率，那也能夠完成局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間的數(shù)據(jù)通信。第一轉(zhuǎn)換控制器230和第二轉(zhuǎn)換控制器240之間頻率降低的主要原因是要增長(zhǎng)局域網(wǎng)(LAN)卡210和交換式集線器220之間的距離。
但實(shí)際上，當(dāng)兩個(gè)PHY 310和320，350和360分別以不同的頻率進(jìn)行操作時(shí)，不能保證完全防止數(shù)據(jù)碰撞。
例如，當(dāng)以2.5MHz從第二PHY 320接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中時(shí)，由于沒有使用UTP電纜250，局域網(wǎng)(LAN)卡210可能試圖以10MHz將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡滏溄臃?20，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)碰撞。
為了克服這種數(shù)據(jù)碰撞，在第二PHY 320接收數(shù)據(jù)的期間，轉(zhuǎn)換控制邏輯電路340向第一PHY 310發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸延遲的命令，從而避免了數(shù)據(jù)碰撞。
盡管對(duì)本發(fā)明的說明參考了特定的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚對(duì)其作出各種變換和修改而不脫離如下面權(quán)利要求請(qǐng)求的本發(fā)明的精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用來完成局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)系統(tǒng)，所述的局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器中的每一個(gè)都具有物理層接口(PHY)并且與鏈接方相關(guān)，所述的系統(tǒng)包括第一和第二轉(zhuǎn)換控制器，位于局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間，用來仲裁與各自對(duì)應(yīng)的鏈接方之間的數(shù)據(jù)通信；和一對(duì)信號(hào)線，用來連接第一和第二轉(zhuǎn)換控制器；其中第一和第二轉(zhuǎn)換控制器分別看作為局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器的各自對(duì)應(yīng)的鏈接方的子鏈接方，以便通過一對(duì)信號(hào)線來執(zhí)行鏈接雙方之間的通信，并且第一和第二轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)都包括第一PHY和第二PHY，其中第一PHY通過非屏蔽雙絞線(UTP)電纜與相對(duì)應(yīng)的鏈接方相連，并且第二PHY包含兩個(gè)輸出終端TX+和TX-以及兩個(gè)輸入終端RX+和RX-，其中輸出終端TX+和輸入終端RX+連接在一條信號(hào)線上，并且輸出終端TX-和輸入終端RX-連接在另一條信號(hào)線上；與媒體無關(guān)接口控制器(MIIC)，位于第一PHY和第二PHY之間，以便建立要存儲(chǔ)在第一和第二PHY中的鏈接模式、數(shù)據(jù)傳輸速度、雙工模式和自動(dòng)識(shí)別(AN)狀態(tài)；和轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，位于第一PHY和第二PHY之間，通過一對(duì)信號(hào)線使用第一和第二PHY來傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，以避免發(fā)生在第一和第二轉(zhuǎn)換控制器中的數(shù)據(jù)碰撞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于MIIC分別設(shè)置第一PHY的AN狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸速度、獲得AN激活狀態(tài)的雙工模式、10Mbps或者100Mbps的速度、和半雙工模式與鏈接通道模式；和MIIC分別設(shè)置AN狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸速度、和設(shè)置AN非激活狀態(tài)的第二PHY的雙工模式、10Mbps或者100Mbps的速度、和全雙工模式與鏈接通道模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于MIIC通過將相對(duì)應(yīng)的PHY設(shè)置為半雙工模式來防止從第一PHY中選出的任何一個(gè)PHY的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)脚c其對(duì)應(yīng)的PHY，以致在選定的第一PHY接收來自其對(duì)應(yīng)的第一PHY的數(shù)據(jù)、并且同時(shí)選定的第一PHY通過一對(duì)信號(hào)線向與其對(duì)應(yīng)的第一PHY傳輸數(shù)據(jù)的期間避免發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)從第二PHY中選定的任何一個(gè)PHY向與其對(duì)應(yīng)的PHY傳輸數(shù)據(jù)時(shí)轉(zhuǎn)換控制邏輯電路忽略回環(huán)的數(shù)據(jù)，從而防止由于回環(huán)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)碰撞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于轉(zhuǎn)換控制邏輯電路包括存儲(chǔ)器，所述的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)第二PHY傳出的數(shù)據(jù)并且在發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞時(shí)將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降谝籔HY，從而減小傳輸速度。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于第一和第二轉(zhuǎn)換控制器可以由模擬轉(zhuǎn)換控制器來代替，所述的模擬轉(zhuǎn)換控制器包括用來檢測(cè)要從鏈接方傳輸出的傳輸數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)檢測(cè)器，用來放大傳輸數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)放大器，用來放大要從鏈接方接收到的數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)放大器，用來檢測(cè)接收放大器的輸出的接收數(shù)據(jù)檢測(cè)器，其中當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)檢測(cè)器檢測(cè)到傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)檢測(cè)器使接收放大器處于截止(OFF)狀態(tài)，而當(dāng)接收數(shù)據(jù)檢測(cè)器檢測(cè)到接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收數(shù)據(jù)檢測(cè)器使傳輸放大器處于截止(OFF)狀態(tài)。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于MIIC還包括存儲(chǔ)器，所述的存儲(chǔ)器用來緩存在第一和第二PHY按一定的計(jì)劃使用不同頻率傳遞的數(shù)據(jù)，其中有局域網(wǎng)(LAN)卡和第一轉(zhuǎn)換控制器之間的數(shù)據(jù)通信，第一轉(zhuǎn)換控制器和第二轉(zhuǎn)換控制器之間的數(shù)據(jù)通信，第二轉(zhuǎn)換控制器和交換式集線器之間的數(shù)據(jù)通信。
8.一種用來完成局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器中的每一個(gè)都具有物理層接口(PHY)和與鏈接方相關(guān)，所述的系統(tǒng)包括第一和第二轉(zhuǎn)換控制器，位于局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間，用來仲裁與各自對(duì)應(yīng)的鏈接方之間的數(shù)據(jù)通信；和一對(duì)信號(hào)線，用來鏈接第一和第二轉(zhuǎn)換控制器，其中第一和第二轉(zhuǎn)換控制器看作為其各自對(duì)應(yīng)的鏈接方的子鏈接方，并且第一和第二轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)都包括第一PHY和第二PHY，其中第一PHY通過非屏蔽雙絞線(UTP)電纜與相對(duì)應(yīng)的鏈接方相連，并且第二PHY包含兩個(gè)輸出終端TX+和TX-以及兩個(gè)輸入終端RX+和RX-，以便使其與子鏈接方相連，其中輸出終端TX+和輸入終端RX+連接在一條信號(hào)線上，而輸出終端TX-和輸入終端RX-連接在另一條信號(hào)線上，其中第一和第二PHY具有用來存儲(chǔ)特定值的基本寄存器和輔助寄存器；與媒體無關(guān)接口控制器(MIIC)，位于第一PHY和第二PHY之間，以便建立要存儲(chǔ)在第一和第二PHY中的鏈接模式、數(shù)據(jù)傳輸速度、雙工模式、和自動(dòng)識(shí)別(AN)狀態(tài)；和轉(zhuǎn)換控制邏輯電路，位于第一PHY和第二PHY之間，以便防止從一個(gè)第二PHY傳輸?shù)搅硪粋€(gè)第二PHY的數(shù)據(jù)被返回到一個(gè)第二PHY。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于MIIC在第一PHY設(shè)置基本寄存器以便設(shè)置AN非激活狀態(tài)、10Mbps或者100Mbp的數(shù)據(jù)傳輸速度和全雙工模式，在第一PHY設(shè)置輔助寄存器以便設(shè)置鏈接通道模式；和MIIC分別在第二PHY設(shè)置基本寄存器以便設(shè)置AN激活狀態(tài)、10Mbps或者100Mbps的速度、在第二PHY設(shè)置輔助寄存器以便設(shè)置鏈接通道模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于MIIC通過將相對(duì)應(yīng)的PHY設(shè)置為半雙工模式來防止從第一PHY中選出的任何一個(gè)PHY輸出的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)狡鋵?duì)應(yīng)的PHY，以致在選定的第一PHY接收其對(duì)應(yīng)的第一PHY的數(shù)據(jù)、并且同時(shí)選定的第一PHY通過一對(duì)信號(hào)線向與其對(duì)應(yīng)的第一PHY傳輸數(shù)據(jù)的期間避免發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)從第二PHY中選定的任何一個(gè)PHY向與其對(duì)應(yīng)的PHY傳輸數(shù)據(jù)時(shí)轉(zhuǎn)換控制邏輯電路忽略回環(huán)的數(shù)據(jù)，從而防止由于回環(huán)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)碰撞。
12.根據(jù)前面權(quán)利要求8到11中任何一項(xiàng)中所述的以太網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于MIIC還包括存儲(chǔ)器，所述的存儲(chǔ)器用來緩沖在第一和第二PHY按一定的計(jì)劃使用不同頻率傳遞的數(shù)據(jù)，其中有局域網(wǎng)(LAN)卡和第一轉(zhuǎn)換控制器之間的數(shù)據(jù)通信，第一轉(zhuǎn)換控制器和第二轉(zhuǎn)換控制器之間的數(shù)據(jù)通信，第二轉(zhuǎn)換控制器和交換式集線器之間的數(shù)據(jù)通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過一對(duì)信號(hào)線而非四線或者八線傳輸信道在局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的裝置。所述的裝置包括位于局域網(wǎng)(LAN)卡和交換式集線器之間并通過一對(duì)信號(hào)線連接的第一和第二轉(zhuǎn)換控制器。每一個(gè)第一和第二轉(zhuǎn)換控制器包括第一PHY和第二PHY，位于第一PHY和第二PHY之間用來設(shè)定要存儲(chǔ)在第一和第二PHY中的鏈接模式、數(shù)據(jù)傳輸速度、雙工模式和自動(dòng)識(shí)別(AN)狀態(tài)的媒體無關(guān)接口控制器；和位于第一PHY和第二PHY之間通過一對(duì)信號(hào)線使用第一和第二PHY傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，以避免發(fā)生在第一和第二中介裝置中的數(shù)據(jù)碰撞的轉(zhuǎn)換控制邏輯電路。
文檔編號(hào)H04L12/44GK1456001SQ02800025
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者樸圭晧, 崔賢鎮(zhèn), 李澈 申請(qǐng)人:Clc軟件公司