CN102204390B - 用于与旧式设备的lpi兼容性的过渡phy解决方案 - Google Patents

用于与旧式设备的lpi兼容性的过渡phy解决方案 Download PDF

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Abstract

在一个实施例中，修改的本地PHY适合于将旧式主机设备耦合到实现高效能以太网的链路伙伴。修改的本地PHY包括缓冲器，并且如果当修改的本地PHY处于低能耗闲置(LPI)状态时旧式主机发送数据，则该数据被存储在缓冲器中并且发送被暂停直至修改的本地PHY从LPI状态转变到活动状态。

Description

用于与旧式设备的LPI兼容性的过渡PHY解决方案
技术领域
本公开一般地涉及当实施IEEE 802.3az(高效能以太网)时向旧式设备提供向后兼容性。
背景技术
以太网收发器包括由媒体独立接口(MII)耦合的媒体访问控制设备(MAC)和物理层设备(PHY)。MAC层负责控制对媒体的访问等，PHY层负责通过链路传输信息比特。在以太网中，MAC和PHY之间的接口由IEEE 802.3规定并且已从用于10/100以太网的10针MII(媒体独立接口)发展到用于GE的20针GMII(千兆比特媒体独立接口)，再到用于10GE的36针XGMII(10千兆比特媒体独立接口)，并且还有其他的变体，如SMII、SGMII、XAUI等等。
IEEE 802.3az目前定义了一种用于多以太网PHY的操作的新的高效能以太网(Energy Efficient Ethernet)模式。具体地，100BASE-TX、1000-BASE-T、10GBASE-T和某些底板PHY将被修改以支持低能耗闲置(LowPower Idle)(LPI)模式，该LPI模式使得PHY和其他***组件能在低网络流量负载时段期间节省能量。
这种能量的节省是在使用LPI状态时实现的，这是因为符合802.3az的PHY的活动水平在被指示进入LPI状态之后可以降低，并且在充足的(live)网络流量被预期之前，它将收到足够的警告以从符合802.3az的主机侧硬件(例如，符合802.3az的MAC和主机ASCI)退出LPI。
附图说明
图1例示了实现高效能以太网的***的示例；
图2例示了本发明的示例实施例；
图3例示了本地PHY的示例实施例；
图4A例示了示例实施例的操作；并且
图4B例示了示例实施例的操作。
具体实施方式
[概述]
缓冲器被包含在第一物理层设备(PHY)中，并且当第一PHY处于高效能以太网低能耗闲置(LPI)状态时，该缓冲器适合于从不被设计成符合高效能以太网的主机媒体访问控制设备(MAC)接收数据。
第一PHY中包含的控制电路适合于控制第一PHY以使其通过发信号通知主机MAC暂停数据发送第一暂停时段、将本地MAC暂停数据发送之前从本地MAC发送的数据写入缓冲器、并在唤醒(wake up)时段期间使本地PHY从LPI状态转变到活动状态，来对当第一PHY处于LPI状态时从主机MAC发送的数据作出响应。
控制电路还适合于控制所述第一PHY，以在唤醒时段结束后和第一暂停时段结束前将数据从缓冲器发送到链路伙伴并在暂停时段结束后将从主机MAC被接收到第一PHY的数据发送到链路伙伴。
[说明]
现在将详细参考本发明的各个实施例。这些实施例的示例被例示于附图中。虽然将结合这些实施例来描述本发明，但是将理解，不打算使发明限于任何实施例。相反，打算涵盖可以被包含在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围中的替代、修改和等同物。在以下描述中，许多具体细节是为了提供对各个实施例的通透理解而提出的。然而，本发明可以不用这些具体细节的某些或全部来实施。在其他实例中，为了不使本发明被不必要地模糊，公知的处理操作未被详细描述。另外，说明书中各处每次出现的短语“示例实施例”不一定指代同一示例实施例。
通常，IEEE 802.3az中描述的机制的实施将会需要MAC和PHY二者的完整的重新架构(re-architecture)。一般地，重新设计在高密度交换***中支持MAC功能的定制硅设备的处理是通常很少进行的大工程(majorproject)。然而，最大的节能机会在诸如桌面电脑、服务器、IP电话和类似设备之类的边缘设备中显露出来。这种边缘设备的开发者想要产生节能实现方式但是他们在新标准被诸如以太网交换机之类的高密度汇聚***(high density aggregation system)支持之前，无法利用该新标准。
下面描述在对高密度汇聚***仅进行微小改变的情况下在边缘设备中实现节能的各种示例实施例。
图1是采用符合高效能以太网的典型实现方式的***的框图。在图1中，第一以太网PHY 10具有线路侧接口(以太网端口)12和耦合到第一MAC 12的主机侧接口(GMII端口)14。第二以太网PHY 20具有线路侧接口(以太网端口)22和耦合到第二MAC 22的主机侧接口(GMII端口)24。第一和第二PHY以及MAC已被重新架构以便符合IEEE802.3az。两个PHY的线路侧接口12和22被耦合到以太网链路30并且主机侧接口14和24被耦合以通过各自的GMII总线从MAC接收消息。
现在将描述典型实现方式的操作。当第二PHY 20在其GMII 24接口上接收睡眠代码(sleep code)时，其转变到LPI模式并通过链路30向第一PHY 10发送通知。然后第一PHY 10将转变到LPI模式并将其GMII接口14上的睡眠代码发送到第一MAC 12。
在LPI模式期间，各种***被切换到低能耗状态。这些***在恢复通过以太网链路的数据通信之前，必须被切换回活动状态。因此，在符合的***中，连接到PHY的本地主机MAC必须实施唤醒时段以使PHY能从LPI模式恢复。在唤醒时段过去并且PHY从LPI模式恢复之前，本地主机不尝试发送数据。
图2是利用修改的本地PHY的示例实施例来实现高效能以太网(IEEE 802.3az)的以太网链路对的框图。在图2中，修改的本地PHY 40具有通过链路30耦合到符合的链路伙伴的线路侧接口42，其中该链路伙伴包括符合的第二PHY 20以及支持硬件例如符合的MAC 22。修改的本地PHY 40的主机侧接口由GMII总线连接到旧式(legacy)MAC 42并连接到不被设计成符合IEEE 802.3az的其他旧式硬件，如交换结构(switchfabric)ASIC。
在图2所描绘的示例中，修改的本地PHY 40的线路侧接口的接收电路在链路伙伴看来是完全符合IEEE 802.3az的。本地PHY 40的线路侧接口42的接收电路接收链路伙伴的发送电路进入LPI模式的通知。在本地PHY 40接收链路伙伴的发送电路为了发送数据而希望离开闲置模式的指示之前，可能跟随有周期性的“刷新”活动。用于转变的指定的延迟被涉及。附加的延迟可被施加到链路伙伴发送侧，以防止数据在PHY层唤醒时段后某些额外时间过去之前被发送。本地PHY 40可在不与其主机***进行任何交互的情况下支持这种闲置操作。
如上所述，如果本地***是符合802.3az的并且处于LPI状态，则当本地主机MAC希望发送数据时，本地PHY和链路伙伴都必须转变到活动状态。本地主机MAC将会通知本地PHY开始转变，并且本地PHY将会发送唤醒信号给链路伙伴。在足够的时间过去以使本地PHY和链路伙伴能从LPI状态转变到活动状态之前，本地主机MAC将不会尝试发送任何数据。这些操作将会需要来自本地***的交换结构ASIC和MAC以及新PHY的硬件支持。
然而，对于旧式***，这种来自本地MAC和交换结构ASIC的支持不可获得。本地PHY 40必须控制进入LPI模式的决策(decision)，必须与链路伙伴20交互，并且必须避免MAC和交换结构ASIC受到高效能以太网操作的详细要求的影响。在被设计成符合802.3az高效能以太网的***中，进入低能耗闲置状态的决策是由标准限定以外的管理实体做出的。假设实现最优节能算法将需要对***状态和流量模式的复杂分析。在不具有来自本地MAC和交换结构ASIC的硬件支持的旧式***中，本地PHY40可以仅接收来自***软件的背景支持以辅助决策制定算法。
在一个实施例中，本地PHY 40在分组被发送的结束后等待固定时间间隔。如果没有下一个分组要在固定时间间隔结束前被发送，则本地PHY40进入低能耗闲置模式并且将状态的改变发信号通知给链路伙伴20。网络流量的固有突发性(burstiness)(特别是在网络边缘处)导致了另一分组需要被发送的可能性随着分组被发送的结束后的时间而减少。
在另一实施例中，本地PHY 40将等待由本地***的管理软件确定的时间间隔。该时间间隔可依据诸如一天中的时间和观测到的历史流量模式之类的因素来变化。
在又一实施例中，本地PHY 40可实现允许其依据其自己对历史流量的观测来变化其在分组之后等待的时间的算法。该算法的精确性可变化。
此外，当本地PHY 40已进入低能耗闲置状态时，旧式主机MAC 42可能开始发送数据而不考虑从LPI状态转变到活动状态所需的指定延迟。数据将会在***转变到活动状态之前到达本地PHY 40，并且数据将会丢失。
图3描绘了修改的PHY 40的示例实施例。修改的PHY包括缓冲器60和用于在从主机接收到数据并且本地PHY处于LPI状态时生成流控制指示并用于执行下述其他功能的控制电路62。
现在将参考图4A的流程图来描述图3所示的示例实施例的操作。如图4A所示，如果本地PHY处于LPI状态，则当主机开始向本地PHY发送数据时，该数据将被保持在缓冲器60中，并且本地PHY的控制电路62将控制本地PHY以使其发出令主机停止发送数据的第一流控制信号。缓冲器的深度由主机MAC对修改的PHY所发出的流控制信号的响应等待时间(latency)来确定。***具有从MII(或等同物)输入到MII输出的已知的暂停响应等待时间。至少，在对第一流控制信号起作用并且主机MAC暂停发送数据指定的暂停时段之前，缓冲器必须吸收主机发送的所有数据。
在示例实施例中，流控制信号包括指定暂停时段的持续时间的字段。在图4A所示的示例实施例中，暂停时段的持续时间被指定为包括从LPI状态转变本地PHY 40和链路伙伴PHY 20所需的唤醒时段以及从缓冲器读取数据所需的缓冲器读取时段。缓冲器读取时段必须足以从满的缓冲器读取数据，这是因为缓冲器60中存储的数据量无法事先确定。
然后修改的PHY 40向链路伙伴PHY 20发信号通知唤醒，并且在唤醒时段期间将所有***转变出LPI模式。在适当的唤醒时段到期后，修改的PHY 40从缓冲器60向链路伙伴PHY 20发送数据，并为恢复从本地主机发送数据做准备。一旦唤醒时段到期，主机就恢复对修改的PHY 40的数据发送以通过链路进行发送。
本地PHY 40支持在其802.3az端口上暂停发送的流控制机制。在示例实施例中，流控制是利用IEEE 802.3x(PAUSE，暂停)来实现的，但是其他机制将会同样有效。如本领域所知，PAUSE信号由接收端点发送到发送端点，以在接收端点无法接受更多数据时施加反向压力(backpressure)。在接收到PAUSE信号后，发送端点就向发送端点的MAC发送指定暂停时段的持续时间的暂停帧。在暂停时段到期前，没有数据被发送。
在图4A的示例实施例中，如果本地PHY处于LPI状态，则控制电路62在从本地MAC接收到数据后，令本地PHY 40通过GMII总线向本地MAC发送暂停帧。因此，本地PHY 40“欺骗(fake out)”本地MAC，表现得好像从链路伙伴PHY接收到了暂停信号。
现在将参考图4B的流程图来描述第二示例实施例的操作。在该实施例中，第一和第二流控制信号由修改的PHY 40发出。第一流控制信号指定具有长持续时间的第一暂停时段。暂停时段可以与图4A的实施例的暂停时段相等。
如图4A的实施例中那样，在唤醒时段之后，控制电路62令本地PHY40从缓冲器读取数据并将数据发送到链路伙伴PHY 20。在该实施例中，第二流控制信号在所有数据已被从缓冲器读取并发送时立即被发送。第二流控制信号被接收后，本地MAC立即恢复数据发送。
图4B的示例实施例降低了在缓冲器在暂停响应等待时间期间未被充满的情况中由从LPI状态转变所造成的等待时间。来自MAC的发送在缓冲器腾空时被立即恢复，而不等待指定腾空满的缓冲器的时间的缓冲器读取时段的到期。
已描述了可以在高密度交换***中采用以便不需重新架构交换设备的核心硅(core silicon)的修改的PHY的各个示例实施例。修改的PHY可被用作高密度交换设备的包含MAC和交换结构ASIC在内的旧式硅(legacy silicon)与诸如PC和服务器之类的边缘设备之间的接口。
现在已参考示例实施例描述了本发明。替代和替换现在将对本领域技术人员显而易见。例如，非IEEE 802.2PAUSE帧的流控制信号可被采用，如果旧式硬件支持这些信号的话。另外，虽然采用GMII或XGMII总线来在PHY和MAC之间通信的示例实施例被描述，但是其他总线结构可以被采用。因此，除所附权利要求设置的之外，不打算限制本发明。

Claims (19)

1.一种用于以太网收发器的设备，包括：
缓冲器，被包含在第一物理层设备PHY中，所述缓冲器适于在所述第一PHY处于高效能以太网低能耗闲置LPI状态时、从不被设计为符合高效能以太网的主机媒体访问控制设备MAC接收数据；以及
控制电路，被包含在所述第一PHY中，所述控制电路适于控制所述第一PHY以使其通过发信号通知所述主机MAC暂停数据发送第一暂停时段、将本地MAC暂停数据发送之前从所述本地MAC发送的数据写入所述缓冲器、并在唤醒时段期间使本地PHY从LPI状态转变到活动状态，来对当所述第一PHY处于所述LPI状态时从所述主机MAC发送的数据作出响应，并且所述控制电路还适于控制所述第一PHY，以使其在所述唤醒时段结束后和所述第一暂停时段结束前将数据从所述缓冲器发送到链路伙伴并在暂停时段结束后把在所述第一PHY处从所述主机MAC接收到的数据发送到所述链路伙伴。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路还被配置成控制所述第一PHY以使其：
发送第一流控制信号以便所述主机MAC在所述第一暂停时段结束前暂停发送，所述第一流控制信号包括指定与所述第一暂停时段的持续时间相等的时间段的信息。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路还被配置成控制所述第一PHY以使其：
发送第一流控制信号，所述第一流控制信号包括指定比所述第一暂停时段长的时间段的持续时间的信息；并且
当来自所述缓冲器的所有数据已被发送时，发送指定零时间段的第二流控制信号，以向所述主机MAC发信号通知所述第一暂停时段的结束。
4.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述缓冲器具有足够的容量来存储在来自所述主机MAC的发送被暂停之前由主机发送的所有词。
5.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述第一流控制信号是IEEE802.3x的PAUSE帧。
6.根据权利要求3所述的设备，其中：
所述第一流控制信号和所述第二流控制信号是IEEE802.3x的PAUSE暂停帧。
7.根据权利要求1所述的设备，所述控制电路还被配置成控制所述第一PHY以使其：
在所述主机MAC的控制下利用推理算法来开始所述第一PHY中的睡眠模式。
8.一种用于以太网收发器的方法，包括：
在第一物理层设备PHY上存储数据，其中当所述第一PHY处于低能耗闲置LPI状态时，所述数据从不被设计为符合高效能以太网的主机媒体访问控制设备MAC被发送到所述第一PHY；
当数据在所述第一PHY处被接收时，发信号通知所述主机MAC暂停数据发送第一暂停时段；
在唤醒时段期间将所述第一PHY从所述LPI状态转变到活动状态；
在所述唤醒时段结束后和所述第一暂停时段结束前，将所述第一PHY上存储的数据发送到链路伙伴PHY；以及
在所述第一暂停时段结束后将从所述主机MAC发送并在所述第一PHY上接收的数据发送到所述链路伙伴PHY。
9.根据权利要求8所述的方法，其中发信号通知所述主机MAC包括：
发送第一流控制信号以便所述主机MAC在所述第一暂停时段结束前暂停发送，所述第一流控制信号包括指定与所述第一暂停时段的持续时间相等的时间段的信息。
10.根据权利要求8所述的方法，其中发信号通知所述主机MAC包括：
发送第一流控制信号，所述第一流控制信号包括指定比所述第一暂停时段长的时间段的持续时间的信息；以及
当来自缓冲器的所有数据已被发送时，发送指定零时间段的第二流控制信号，以向所述主机MAC发信号通知所述第一暂停时段的结束。
11.根据权利要求9所述的方法，其中发送第一流控制信号包括：
发送IEEE802.3x的PAUSE帧。
12.根据权利要求10所述的方法，其中发送第一流控制信号和第二流控制信号包括：
发送IEEE802.3x的PAUSE暂停帧。
13.根据权利要求8所述的方法，还：
在所述主机MAC的控制下利用推理算法来开始所述第一PHY中的睡眠模式。
14.一种用于以太网收发器的设备，包括：
用于在第一物理层设备PHY上存储数据的装置，其中当所述第一PHY处于低能耗闲置LPI状态时，所述数据从不被设计为符合高效能以太网的主机媒体访问控制设备MAC被发送到所述第一PHY；
用于当数据在所述第一PHY处被接收时，发信号通知所述主机MAC暂停数据发送第一暂停时段的装置；
用于在唤醒时段期间将所述第一PHY从所述LPI状态转变到活动状态的装置；
用于在所述唤醒时段结束后和所述第一暂停时段结束前，将所述第一PHY上存储的数据发送到链路伙伴PHY的装置；以及
用于在所述第一暂停时段结束后将从所述主机MAC发送并在所述第一PHY上接收的数据发送到所述链路伙伴PHY的装置。
15.根据权利要求14所述的设备，其中用于发信号通知所述主机MAC的装置包括：
用于发送第一流控制信号以便所述主机MAC在所述第一暂停时段结束前暂停发送的装置，所述第一流控制信号包括指定与所述第一暂停时段的持续时间相等的时间段的信息。
16.根据权利要求14所述的设备，其中用于发信号通知所述主机MAC的装置包括：
用于发送第一流控制信号的装置，所述第一流控制信号包括指定比所述第一暂停时段长的时间段的持续时间的信息；以及
用于当来自缓冲器的所有数据已被发送时，发送指定零时间段的第二流控制信号，以向所述主机MAC发信号通知所述第一暂停时段的结束的装置。
17.根据权利要求15所述的设备，其中用于发送第一流控制信号的装置包括：
用于发送IEEE802.3x的PAUSE帧的装置。
18.根据权利要求16所述的设备，其中用于发送第一流控制信号和第二流控制信号的装置包括：
用于发送IEEE802.3x的PAUSE暂停帧的装置。
19.根据权利要求18所述的设备，还包括：
用于在所述主机MAC的控制下利用推理算法来开始所述第一PHY中的睡眠模式的装置。
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