關(guān)于常用通信接口技術(shù)的探討

在過(guò)去兩年里，用于消除IC、電路板和系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸瓶頸的接口標(biāo)準(zhǔn)層出不窮，本文將就通信應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)部件的某些最流行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，并研究眾多新標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)的原因，此外還探討設(shè)計(jì)者如何解決互用性的難題。

與串并行轉(zhuǎn)換器相連的光電器件

在高速光纖通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，即在光纖傳輸時(shí)的串行格式及在電子處理時(shí)的并行格式之間轉(zhuǎn)換。串行器-解串器(一般被稱作串并行轉(zhuǎn)換器)就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的。串并行轉(zhuǎn)換器與光電傳感器間的接口通常為高速串行數(shù)據(jù)流，利用一種編碼方案實(shí)現(xiàn)不同信令，這樣可從數(shù)據(jù)恢復(fù)嵌入時(shí)鐘。根據(jù)所支持的通信標(biāo)準(zhǔn)，該串行流可在1.25Gb/s(千兆以太網(wǎng))、2.488Gb/s(OC-48/STM-16)、9.953Gb/s(OC-192/STM-64)或10.3Gb/s(10千兆以太網(wǎng))條件下傳輸。

串并行轉(zhuǎn)換器至成幀器接口

在Sonet/SDH的世界中，光纖中的數(shù)據(jù)傳輸往往采用幀的形式。每幀包括附加信息(用于同步、誤差監(jiān)視、保護(hù)切換等)和有效載荷數(shù)據(jù)。傳輸設(shè)備必須在輸出數(shù)據(jù)中加入幀的附加信息，接收設(shè)備則必須從幀中提取有效載荷數(shù)據(jù)，并用幀的附加信息進(jìn)行系統(tǒng)管理。這些操作都會(huì)在成幀器中完成。

由于成幀器需要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的數(shù)字邏輯，因而決定了串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間所用的接口技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造的高集成度IC。目前的CMOS工藝不能支持10Gb/s串行數(shù)據(jù)流，因此串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間需要并行接口。目前最流行的選擇是由光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)論壇(OpticalInternetworkingForum)開(kāi)發(fā)的SFI-4，該接口使用兩個(gè)速度達(dá)622Mb/s的16位并行數(shù)據(jù)流(每個(gè)方向一個(gè))。SFI-4與目前很多新型接口一樣，使用源同步時(shí)鐘，即時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)共同由傳輸器件傳輸。源同步時(shí)鐘可顯著降低時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)間的偏移，但它不能完全消除不匹配PCB線路長(zhǎng)度引起的偏移效應(yīng)。16個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)均使用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS信令。該接口僅需在串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)，距離較短，因此無(wú)須具備復(fù)雜的流控制或誤差檢測(cè)功能。

以太網(wǎng)中也存在類似接口。在10千兆以太網(wǎng)PHY的物理編碼子層(PCS)與物理介質(zhì)連接(PMA)層之間，IEEE-802.3ae規(guī)范提供了一種被稱作XSBI的接口。這種10千兆16位接口在每個(gè)方向都具有16位并行數(shù)據(jù)流及源同步時(shí)鐘。數(shù)據(jù)和時(shí)鐘均使用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS信令。數(shù)據(jù)通道使用64b/66b編碼方案，其時(shí)鐘頻率為644MHz。

該10千兆以太網(wǎng)規(guī)范使用串行接口連接MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制)層和PHY(物理)層。這個(gè)被稱作XAUI的接口，也被稱為10千兆連接單元接口，這是一種使用四通道的串行接口，每個(gè)通道傳輸2.5Gb/s有效載荷數(shù)據(jù)，8b/10b編碼使每個(gè)通道的比特率高達(dá)3.125Gb/s。該接口一般用于連接MAC和包含PHY及光器件的獨(dú)立模塊。根據(jù)幾家制造商的多源協(xié)議開(kāi)發(fā)的Xenpak光模塊使用XAUI接口。

后文還將提到XAUI也用于系統(tǒng)背板。 成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器及其他元件間的接口

成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可代表很多不同的數(shù)據(jù)流。Sonet/SDH幀中包含的附加數(shù)據(jù)表明數(shù)據(jù)有效載荷中每個(gè)數(shù)據(jù)流的位置，該信息需要在成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器及相關(guān)器件間傳輸，如分類引擎和流量管理器。此外，網(wǎng)絡(luò)處理器和相關(guān)器件還實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的任務(wù)，如數(shù)據(jù)包傳向交換芯片的時(shí)序安排，管理數(shù)據(jù)包內(nèi)容以確保沒(méi)有非法數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，以及測(cè)量帶寬以便特定應(yīng)用或用戶享有優(yōu)先權(quán)。由于這些任務(wù)很復(fù)雜，因此需要在成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器間實(shí)施流控制方案。

成幀器、網(wǎng)絡(luò)處理器與相關(guān)器件間通常使用的接口包括Utopia接口、POS-PHY接口、SPI接口和Flexbus接口。每個(gè)接口的后綴為levelX，其級(jí)別表明標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率。Level2即指每個(gè)方向的數(shù)據(jù)速率為622Mb/s，Level3為2.488Gb/s，level4為9.953Gb/s，Level5為39.8Gb/s。因此POS-PHYLevel4的標(biāo)稱帶寬為9.953Gb/s。Utopia接口是為包含固定長(zhǎng)度ATM單元的數(shù)據(jù)流而設(shè)計(jì)的。

POS-PHY接口(Sonet物理層上的包)由PMC-Sierra和Saturn開(kāi)發(fā)，很多特性與Utopia接口相同，有一項(xiàng)改進(jìn)功能值得注意，即POS-PHY能滿足不同長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包的需要，而Utopia只適用于固定單元長(zhǎng)度。這表明POS-PHY接口是為無(wú)須ATM層，即可在Sonet/SDH傳輸層上直接傳輸長(zhǎng)度變化的IP包的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，因此被稱作Sonet上的數(shù)據(jù)包。

Flexbus接口由AMCC開(kāi)發(fā)，可處理Sonet傳輸層上的變長(zhǎng)度IP包。AMCC的FlexbusLevel4已獲光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)論壇采納，作為SPILevel4Phase1(一般縮寫為SPI-4.1)，并已經(jīng)作為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范發(fā)布。該規(guī)范在每個(gè)方向上提供64位并行點(diǎn)至點(diǎn)數(shù)據(jù)通道，它使用HSTLclass1I/O，源同步時(shí)鐘頻率為200MHz，還提供四分之一速率接口和16位并行數(shù)據(jù)通道。

POS-PHYLevel4也已經(jīng)被光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)論壇采納，命名為SPILevel4Phase2(通常縮寫為SPI-4.2)。該接口具有采用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS的16位并行數(shù)據(jù)通道，源同步雙數(shù)據(jù)速率時(shí)鐘頻率最小為311MHz。SPI-4.2的許多應(yīng)用則使用頻率更高的時(shí)鐘，因?yàn)樵摻涌诔藗鬏敂?shù)據(jù)有效載荷外，還傳送包標(biāo)簽和路由信息。因此，設(shè)計(jì)者常常采用SPI-4.2，每個(gè)信號(hào)對(duì)的數(shù)據(jù)速率高達(dá)840Mb/s，每個(gè)方向的累計(jì)帶寬可達(dá)13.4Gb/s。

盡管SPI-4.2是為Sonet上數(shù)據(jù)包而開(kāi)發(fā)，它已被通信業(yè)的其他應(yīng)用所采納。作為能支持多數(shù)據(jù)流而且每個(gè)數(shù)據(jù)流中都具有流控制的靈活接口，它可用作10千兆以太網(wǎng)的有效接口，還可用于存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。目前市場(chǎng)上有各種采用SPI-4.2接口的新產(chǎn)品，還有一些產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)之中，除了Sonet/SDH成幀器和網(wǎng)絡(luò)處理器，還包括TCP卸載引擎(TOE)和10千兆以太網(wǎng)MAC。

網(wǎng)絡(luò)處理器與交換架構(gòu)間的接口

網(wǎng)絡(luò)處理器與相關(guān)器件及交換架構(gòu)間的接口有兩種類型：一類為不需要在背板傳輸數(shù)據(jù)的接口，另一類為需要在背板傳輸數(shù)據(jù)的接口。