DE10245112A1

DE10245112A1 - Verfahren zur Datenkommunikation zwischen mehreren MAC-Steuereinheiten

Info

Publication number: DE10245112A1
Application number: DE2002145112
Authority: DE
Inventors: Thomas Hiestand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: DE10245112B4

Abstract

Jeder MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) ist eine Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) zugeordnet, die über einen mehrere Datenleitungen (ds1-L bis dsn-L) und mindestens eine Steuerleitung (bb-L, rq-L) umfassenden Datenbus (DB) miteinander verbunden sind. Die Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) werden über ein Synchronisierungssignal (sync) synchronisiert und jeder Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) wird ein Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bs4) zugeteilt. Des Weiteren wird den Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) über ein Steuersignal (bb) der Belegungszustand des Datenbusses (DB) signalisiert, mit dessen Hilfe durch die Anpassungseinheit im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bs4) der Belegungszustand des Datenbusses (DB) ermittelt wird. Bei einem einen freien Datenbus (DB) signalisierenden Steuersignal (bb) wird der angeschlossenen MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) eine Sendeberechtigung zugeteilt und bei einem einen belegten Datenbus (DB) signalisierenden Steuersignal (bb) wird keine Sendeberechtigung zugeteilt. Die Datenkommunikation zwischen jeweils einer MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) und der zugeordneten Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) wird über eine RMII-(Reduced Media Independent Interface)-Schnittstelle (RMII1 bis RMII4) durchgeführt.

Description

In bestehenden und zukünftigen digitalen Kommunikationseinrichtungen werden mit Hilfe von auf Kommunikationsbaugruppen angeordneten Layer-2-Steuereinheiten, insbesondere MAC-(Media Access Control)-Steuereinheiten, Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen den MAC-Steuereinheiten und der physikalischen Schicht („physical layer") gemäß dem ISO/OSI-Modell, beispielsweise einer physikalischen 100 BT-Schnittstelle, über die standardisierte MII-(Media Independent Interface)-Schnittstelle oder die standardisierte RMII-(Reduced Media Independent Interface)-Schnittstelle aufgebaut, aufrechterhalten und beendet. Als MAC-Steuereinheiten können beispielsweise Kommunikationscontroller, FPGAs (Field Programmal Gateaway) oder ASICs (Applications Specific Integrated Circuit) eingesetzt werden, welche auf unterschiedlichen Boards-, Subracks- oder Backplane-Ebenen einer Kommunikationseinrichtung angeordnet sein können. Das „Media Access Protocol" ist im Standard IEEE 802.3 definiert.

Hierbei wird zur Datenkommunikation zwischen beispielsweise einer MAC-Steuereinheit und der physikalischen Schicht gemäß dem ISO/OSI-Modell von der MAC-Steuereinheit über die standardisierte RMII-Schnittstelle eine Verbindung zum dem „physical layer" des OSI-Modells hergestellt. Die RMII-Schnittstelle ist insbesondere dazu vorgesehen, den IEEE 802.3u CSMA/CD Data Link Layer (MAC-, Ethernet-Controller bzw. -Steuereinheit) mit dem „physical layer" des OSI-Modells zu verbinden. Die RMII-Schnittstelle ist beispielsweise durch die vom RMII-Consortium definierte „RMII^TM-Specification" spezifiziert.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10028370 ist bereits ein Verfahren zur Datenkommunikation zwischen mehreren MAC- Steuereinheiten bekannt, bei dem die MAC-Steuereinheiten jeweils über eine MII-(Media Independent Interface)-Schnittstelle an eine Anpassungseinheit angeschlossen sind. Die Anpassungseinheiten sind hierbei über eine mehrere Datenleitungen und mindestens eine Steuerleitung umfassenden Datenbus verbunden. Gemäß dem Verfahren werden die Anpassungseinheiten über ein Synchronisierungssignal synchronisiert und jeder Anpassungseinheit wird ein Berechtigungszeitschlitz zugeteilt. Des Weiteren wird den Anpassungseinheiten über ein Steuersignal der Belegungszustand des Datenbusses signalisiert und durch die Anpassungseinheit im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz anhand des Steuersignals der Belegungszustand des Datenbusses ermittelt. Anschließend wird bei einem einen freien Datenbus signalisierenden Steuersignal der angeschlossenen MAC-Steuereinheit eine Sendeberechtigung zugeteilt oder bei einem einen belegten Datenbus signalisierenden Steuersignal der angeschlossenen MAC-Steuereinheit keine Sendeberechtigung zugeteilt.

Nachteilig wird hierbei die Datenkommunikation zwischen der MAC-Steuereinheiten und den Anpassungeinheiten jeweils über eine MII-(Media Independent Interface)-Schnittstelle durchgeführt, die aus 16 Schnittstellenleitungen aufgebaut ist und somit zu einer erhöhten Leitungsanzahl in der Kommunikationseinrichtung führt. Ein derartiger Bedarf an Verbindungsleitungen ist insbesondere bei der Realisierung von Kommunikationseinrichtungen extrem kostenintensiv und erschwert das Auffinden von Fehlkonfigurationen innerhalb der digitalen Kommunikationseinrichtung.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Datenkommunikation zwischen einer ersten MAC-Steuereinheit und mindestens einer weiteren MAC-Steuereinheit zu verbessern. Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß zur Datenkommunikation zwischen mehreren MAC-Steuereinheiten jeder MAC-Steuereinheiten jeweils eine Anpassungseinheiten zugeordnet, die über einen mehrere Datenleitungen und mindestens eine Steuerleitung umfassenden Datenbus (DB) miteinander verbunden sind. Die Anpassungseinheiten werden über ein Synchronisierungssignal synchronisiert und jeder Anpassungseinheit wird ein Berechtigungszeitschlitz zugeteilt. Des Weiteren wird den Anpassungseinheiten über ein Steuersignal der Belegungszustand des Datenbusses signalisiert und durch die Anpassungseinheit im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz anhand des Steuersignals der Belegungszustand des Datenbusses ermittelt. Anschließend wird bei einem einen freien Datenbus signalisierenden Steuersignal der angeschlossenen MAC-Steuereinheit eine Sendeberechtigung zugeteilt oder bei einem einen belegten Datenbus signalisierenden Steuersignal der angeschlossenen MAC-Steuereinheit keine Sendeberechtigung zugeteilt. Die Datenkommunikation zwischen jeweils einer MAC-Steuereinheit und der zugeordneten Anpassungseinheit wird über eine RMII-(Reduced Media Independent Interface)-Schnittstelle durchgeführt. Vorteilhaft wird die Datenkommunikation zwischen jeweils einer MAC-Steuereinheit und der zugeordneten Anpassungseinheit wird über eine RMII(Reduced Media Independent Interface)-Schnittstelle durchgeführt, welche eine verringerte Anzahl von 7 Datenleitungen aufweist. Hierdurch kann besonders vorteilhaft diese Datenkommunikation ressourcenschonend und kostengünstig realisiert werden. Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung der RMII-(Reduced Media Independent Interface)-Schnittstelle eine Vergrößerung der Anzahl von Busteilnehmer.

Vorteilhaft kann die RMII-Schnittstelle im Half-Duplex-Mode betrieben werden und weist eine Taktfrequenz von 50 MHz auf. Hierdurch wird eine im Vergleich zur MII-Schnittstelle höhere bzw. zumindest gleichhohe Übertragungsgeschwindigkeit unter Verringerung der Ressourcen sowie Kosten erzielt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von einem Prinzipschaltbild und zwei Ablaufdiagrammen näher erläutert.
1 zeigt beispielhaft in einem Prinzipschaltbild eine Kommunikationseinrichtung mit mehreren Kommunikationsbaugruppen, die über den Datenbus miteinander verbunden sind,
2 zeigt beispielhaft in einem Signalablaufdiagramm die Steuerung der Datenkommunikation über den Datenbus,
3 zeigt beispielhaft in einem weiteren Signalablaufdiagramm eine Variante für die Steuerung der Datenkommunikation über den Datenbus, und
4 zeigt beispielhaft in einem weiteren Prinzipschaltbild die Verbindung zweier Kommunikationseinrichtungen über eine Ethernetschnittstellenleitung.
In 1 ist in einem Prinzipschaltbild beispielhaft eine Kommunikationseinrichtung KE dargestellt, welche eine erste und zweite Kommunikationsbaugruppe KB1, KB2 sowie eine Sychronisationseinheit SU aufweist. Die erste und zweite Kommunikationsbaugruppe KB1, KB2 sowie die Sychronisationseinheit SU sind an einen Datenbus DB angeschlossen, der beispielhaft eine Taktsignalleitung clk-L, eine Sychronsisierungsleitung sync-L, eine erste Steuersignalleitung bb-L, eine zweite Steuersignalleitung rq-L und ein bis n-te Datenleitungen ds1-L bis dsn-L aufweist. Des Weiteren sind beispielhaft in der ersten Kommunikationsbaugruppe KB1 eine erste, zweite und dritte Kommuikationseinheit KU1,KU2,KU3 sowie in der zweiten Kommunikationsbaugruppe KB2 eine vierte Kommunikationseinheit KU4 angeordnet, welche an den erfindungsgemäßen Datenbus DB angeschlossen sind. Die Anzahl der Kommunikationsbaugruppen KB1, KB2 und der Kommunikationseinheiten KU1 bis KU4 ist abhängig von der eingesetzen Übertragungstechnologie bzw. dem Übertragungsmedium. Bei einer hohen Anzahl von Kommunikationseinheiten KU pro Kommunikationsbaugruppe KB kann je nach verwendeter Übertragungstechnologie zusätzliche Hardware, beispielsweise Repeater, erforderlich sein, um die Kommunikationsbaugruppe KB bzw. deren Kommunikationseinheiten KU an den erfindungsgemäßen Datenbus DB anschließen zu können.
In der ersten Kommunikationseinheit KU1 ist eine erste Anpassungseinheit AU1 und eine erste MRC-Steuereinheit MAC1 angeordnet, wobei die erste Anpassungseinheit AU1 und die erste MAC-Steuereinheit MAC1 über eine erste RMII-Schnittstelle RMII1 miteinander verbunden sind. Des weiteren weist die erste Anpassungseinheit AU1 einen ersten Zähler C1 auf und ist an den Datenbus DB angeschlossen. In der zweiten Kommunikationseinheit KU2 ist eine zweite, einen zweiten Zähler C2 aufweisende Anpassungseinheit AU2 und eine zweite MAC-Steuereinheit MAC2 vorgesehen, die über eine zweite RMII-Schnittstelle RMII2 verbunden sind. Analog hierzu weist die dritte Kommunikationseinheit KU3 eine dritte, einen dritten Zähler C3 aufweisende Anpassungseinheit AU3 und eine dritte MAC-Steuereinheit MAC3 auf, welche über eine dritte RMII-Schnittstelle RMII3 miteinander verbunden sind. Die dritte Anpassungseinheit AU3 ist zusätzlich an den Datenbus DB angeschlossen.
Die in der zweiten Kommunikationsbaugruppe KB2 angeordnete vierte Kommunikationseinheit KU4 weist eine an den Datenbus DB angeschlossene vierte Anpassungseinheit AU4 und eine vierte MAC-Steuereinheit MAC4 auf, die über eine vierte RMII-Schnittstelle RMII4 miteinander verbunden sind. Des Weiteren ist die vierte Anpassungseinheit AU4 an den Datenbus DB angeschlossenen und weist einen vierten Zähler C4 auf.
Die erste bis vierte RMII-Schnittstellen RMII1 bis RMII4 der ersten und zweiten Kommunikationsbaugruppe KB1, KB2 werden hierbei mit einer Taktfrequenz von 50 MHZ betrieben. Darüber hinaus weisen die RMII-Schnittstellen RMII1 bis RMII4 jeweils 7 Verbindungsleitungen für die Kommunikation zwischen der jweiligen MAC-Steuereinheit MACx und der Anpassungseinheit Aux auf – siehe hierzu RMII^TM-Specification.
Über die Taktsignalleitung clk-L des Datenbusses DB wird ein beispielsweise in der Synchronisationseinheit SU erzeugtes Taktsignal clk an die erste bis vierte Kommunikationseinheit KU1 bis KU4 übertragen. Des Weiteren wird zur erfindungsgemäßen Synchronisation der ersten bis vierten Kommunikationseinheit KU1 bis KU4 in der Synchronisationseinheit SU ein Synchronisierungssignal sync erzeugt und über die Sychronsisierungsleitung sync-L an die erste bis vierte Kommunikationseinheiten KU1 bis KU4 bzw. an die erste und zweite Kommunikationsbaugruppe KB1, KB2 übertragen. Die Taktsignalleitung clk-L sowie die Synchronisationssignalleitung sync-L sind nicht zwingend erforderlich, zumal beispielsweise das Taktsignal clk per Recovery aus den Datensignalen bzw. den Daten D rückgewonnen werden kann und das Sychronisationssignal sync ebenfalls durch einen in den Daten D enthaltenen Sychronisationsimpuls ermittelt werden kann. Zusätzlich wird über die erste bzw. zweite Steuersignalleitung bb-L, rq-L ein erstes bzw, zweites Steuersignal bb, rq an die erste bis vierte Kommunikationseinheit KUl bis KU2 bzw. an die erste bis vierte Anpassungseinheit AU1 bis AU4 geführt. Über die ein bis n-te Datenleitungen ds1-L bis dsn-L des Datenbusses DB werden Daten D von beispielsweise der ersten MAC-Steuereinheit MAC1 der ersten Kommunikationseinheit KU1 über die erste RMII-Schnittstelle RMII1 und die erste Anpassungseinheit AU1 an die zweite Kommunikationsbaugruppe KB2 bzw. die vierte Kommunikationseinheit KU4 übertragen.
Der Datenbus DB stellt ein logisches Multi-Masterbussystem dar, der eine Datenkommunikation zwischen beispielsweise einer ersten MAC-Steuereinheit MAC1 mit mindestens einer weiteren, beispielsweise der dritten MAC-Steuereinheit MAC3, kol lisionsfrei ermöglicht. Der Datenbus DB ist unabhängig vom physikalischen Übertragungsmedium sowie von der Übertragungstechnologie und weist eine Übertragungsrate von beispielsweise 100 Mbit/s auf, wobei unterschiedliche Übertragungsraten durch den Datenbus DB unterstützt werden. Des Weiteren ist der Datenbus DB als bidirektionaler Datenbus mit gemeinsamen Sende- und Empfangssignalen – in 1 nicht dargestellt – ausgestaltet. Aus physikalischen Gründen werden die Sende- und Empfangsleitungen des erfindungsgemäßen Datenbusses getrennt geführt und unidirektional betrieben. Aufgrund des festgelegten Half-Duplex-Betriebes der RMII-Schnittstellen RMII1 bis RMII4 ist kein gleichzeitiges Senden und Empfangen von Daten D über den Datenbus DB möglich, d.h. werden beispielsweise von der ersten MAC-Steuereinheit MAC1 Daten D an den Datenbus DB gesteuert, so sind die weiteren an den Datenbus DB angeschlossenen MAC-Steuereinheiten MAC2 bis MRC4 auf Empfang geschaltet.
Zur Steuerung der Datenkommunikation zwischen mehreren MAC-Steuereinheiten MAC1 bis MAC4 sind die über jeweils eine RMII-Schnittstelle RMII1 bis RMII4 angeschlossenen, ersten bis vierten Anpassungseinheiten AU1 bis AU4 vorgesehen, welche über das von der Signalisierungseinheit SU erzeugte und über den Datenbus DB bzw. die Signalisierungsleitung sync-L übertragene Signalisierungssignal sync zueinander sychronisiert werden.
Mit Hilfe des Sychronisierungssignals sync werden die in der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 angeordneten ersten bis vierten Zähler C1 bis C4 zurückgesetzt, so daß diese synchron zueinander zählen und ein Auseinanderlaufen der ersten bis vierten Zähler C1 bis C4 vermieden wird. Den ersten bis vierten Zähler C1 bis C4 wird beispielsweise die Länge von N+1 Zählschritten zugewiesen, wobei N die Anzahl der an den Datenbus DB angeschlossenen Anpassungseinheiten AU1 bis AU4 entspricht, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl der Zählschritte der ersten bis vierten Zähler C1 bis C4 jeweils 5. Der zusätzliche, fünfte Zählschritt ist für die Synchronisation des ersten bis vierten Zählers C1 bis C4 vorgesehen.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Zählschrittes ein Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bs5 definiert, der einen Berechtigungs-Zeitbereich für die Auswertung der über den Datenbus DB übertragenen ersten und zweiten Steuersignale bb,rq durch die erste bis vierte Anpassungseinheit AU1 bis AU4 oder für die Sychronisation der ersten bis vierten Zähler C1 bis C4 angibt. Hierzu wird erfindungsgemäß der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 ein erster bis vierter Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bs4 zugeteilt, wodurch eine fest vorgegebene Zugriffsreihenfolge auf den erfindungsgemäßen Datenbus DB definiert wird, d.h. im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bs4 werden durch die jeweilige Anpassungseinheit AU1 bis AU4 das erste und/oder zweite Steuersignal bb, rq ausgewertet. Durch die Anpassungseinheiten AU1 bis AU4 wird sozusagen „selbständig" im jeweiligen Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bs4 ein Buszugriff durchgeführt.
In 2 ist beispielhaft in einem Signalablaufdiagramm die Steuerung des Datenbusses DB dargestellt, daß den zeitlichen Verlauf des Taktsignals clk, des Signalisierungsignals sync, des ersten Steuersignals bb und eines in der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 intern ermitteltes Regelungssignales nslot in den ersten bis vierten und schließlich im n-ten Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bsn zeigt. Der n-te Berechtigungszeitschlitz bsn ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dem für die Synchronisation der ersten bis vierten Anpassungseinheiten AU1 bis AU4 vorgesehenen fünften Berechtigungszeitschlitz bs5 gleichzusetzen. Wie aus 2 hervorgeht weist das Signalisierungssignal sync jeweils im n-ten Berechtigungszeitschlitz bsn den logischen „High"-Zustand auf, wodurch die ersten bis vierten Zähler C1 bis C4 in der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 nahezu gleichzeitig zurückgesetzt und somit synchroni siert werden. In den ersten bis vierten Berechtigungszeitschlitzen bs1 bis bs4 weist das Signalisierungssignal sync jeweils den logischen „Low"-Zustand auf.
Durch das erste Steuersignal bb wird der Belegungszustand des Datenbusses DB angezeigt, d.h. weist das erste Steuersignal bb den logischen „High"-Zustand auf, so ist der Datenbus DB belegt, und weist das erste Steuersignal bb den logischen „Low"-Zustand auf, so ist der Datenbus DB frei. Ein belegter Datenbus DB ist einer einzelnen, beispielsweise der zweiten MRC-Steuereinheit MAC2 zugeteilt und diese hat somit die Berechtigung ihre Daten D über die zweite RMII-Schnittstelle RMII2 und die zweite Anpassungseinheit RU2 an den Datenbus DB durchzuschalten. Anhand des in der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 jeweils intern ermittelten und in der jeweiligen ersten bis vierten Anpassungseinheit vorliegenden Regelungssignals nslot wird der an die MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 angeschlossenen Anpassungseinheit AU1 bis Au4 angezeigt, welche Anpassungseinheit AU1 bis AU4 beim Freiwerden des Datenbusses DB als nächste auf den Datenbus DB zugreifen darf. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt das Regelsignal nslot bei freiem Datenbus DB den nächsten Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bs4 an. Bei aktuellen ersten Berechtigungszeitschlitz bs1 und somit einem aktuell den zweiten Berechtigungszeitschlitz bs2 anzeigenden Regelsignal nslot wird im nächsten Berechtigungszeitschlitz bs2 der Datenbus DB durch die zweite Anpassungseinheit AU2 belegt. Bei einem belegten Datenbus DB wird das Regelsignal nslot konstant gehalten, um die durch die Zuteilung der Berechtigungszeitschlitze bs1 bis bs4 getroffenen Zugriffsreihenfolge Aufrecht zu erhalten. Wird beispielsweise durch die zweite Anpassungseinheit AU2 der Datenbus DB2 im Berechtigungszeitschlitz bs2 der Datenbus DB belegt, so ist das Regelungssignal nslot konstant mit dem den dritten Berechtigungszeitschlitz bs3 anzeigenden Wert belegt. Die Auswertung des Steuersignals bb kann beispielsweise während des zugehörigen Berechtigungszeitschlitzes bs1 bis bs4 oder ständig durchgeführt werden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise durch die zweite Anpassungseinheit AU2 im zugehörigen zweiten Berechtigungszeitschlitz bs2 der Belegungszustand des Datenbusses DB anhand des zuvor anliegenden ersten Steuersignals bb ermittelt und bei einem freien Datenbus DB signalisierenden ersten Steuersignal bb, d.h. das erste Steuersignal bb weist den logischen „Low"-Zustand auf, wird der angeschlossenen zweiten MAC-Steuereinheit MAC2 über die zweite RMII-Schnittstelle RMII2 eine Sendeberechtigung erteilt und dem ersten Steuersignal bb der logische „High"-Zustand zugewiesen. Solange durch beispielsweise die zweite MAC-Steuereinheit MAC2 Daten D an die weiteren MAC-Steuereinheiten MRC1, MAC3, MAC4 übertragen werden, weist das erste Steuersignal bb den logischen „High"-Zustand auf. Nach Beendigung der Übertragung von Daten D an die weiteren MAC-Steuereinheiten MAC1, MAC3, MAC4 wird durch die an die zweite MAC-Steuereinheit MAC2 angeschlossene zweite Anpassungseinheit AU2 das erste Steuersignal bb in den logischen „Low"-Zustand gesteuert und somit der Datenbus DB wieder freigegeben. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden von der zweiten MAC-Steuereinheit MAC2 von Beginn an des zweiten Berechtigungszeitschlitzes bs2 sowie über den Zeitraum des dritten, vierten, n-ten sowie wiederum ersten Berechtigungszeitschlitz bs3,bs4,bsn,bs1 hinaus Daten D von der zweiten MAC-Steuereinheit MAC2 an den Datenbus DB übertragen. Nach der Datenübertragung, beispielsweise nach der Übertragung von einen oder mehreren Datenpaketen, durch die zweite MAC-Steuereinheit MAC2 wird mit Hilfe der zweiten Anpassungseinheit AU2 das erste Steuersignal bb nach dem ersten Berechtigungszeitschlitz bs1 in den logischen „Low"-Zustand gesteuert und somit der Datenbus DB freigegeben.
Wie bereits zuvor beschrieben, wird anhand des in der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 jeweils intern ermittelten und in der jeweiligen ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 aktuell vorliegenden Regelungssig nals nslot der an die MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 angeschlossenen Anpassungseinheit AU1 bis AU4 angezeigt, welche Anpassungseinheit AU1 bis AU4 beim Freiwerden des Datenbusses DB als nächste auf den Datenbus DB zugreifen darf. Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nach der zweiten Anpassungseinheit AU2 die dritte Anpassungseinheit im dritten Berechtigungszeitschlitz bs3 berechtigt auf den Datenbus zuzugreifen, zumal das erste Steuersignal bb den einen freien Datenbus DB signalisierenden Zustand, d.h. den logischen „Low"-Zustand, aufweist. Da die dritte MAC-Steuereinheit MAC3 nicht sendebereit ist, wird im dritten Berechtigungszeitschlitz bs3 das erste Steuersignal bb von der dritten Anpassungseinheit AU3 nicht in den „High"-Zustand gesteuert, sondern unverändert gelassen. Im Anschluß daran wird mit Hilfe des in den Anpassungseinheiten Au1 bis AU4 aktuell vorliegenden Regelungssignals nslot der an die vierte MAC-Steuereinheit MAC4 angeschlossenen Anpassungseinheit AU4 angezeigt, daß gemäß der erfindungsgemäßen festen Zugriffsreihenfolge im vierten Berechtigungszeitschlitz bs4 durch die vierte Anpassungseinheit AU4 der Belegungszustand des Datenbusses DB4 ermittelt wird und abhängig vom Belegungszustand des Datenbusses DB der vierten MAC-Steuereinheit MAC4 die Sendeberechtigung bzw. die Buszugriffsberechtigung zugeteilt wird. Demgemäß wird in 2 im vierten Berechtigungszeitschlitz bs4 dem ersten Steuersignal bb der logische „High"-Zustand, d.h. der Datenbus DB ist belegt, durch die vierte Anpassungseinheit AU4 zugewiesen.
3 zeigt beispielsweise in einem weiteren Signalablaufdiagramm eine Variante für die Steuerung der Datenkommunikation über den Datenbus DB, wobei in 3 insbesondere der zeitliche Verlauf des Taktsignals clk, des Signalisierungsignals sync, des ersten Steuersignals bb, des zweiten Steuersignals rq und des in der ersten bis vierten Anpassungseinheit AU1 bis AU4 intern ermittelten Regelungssignals nslot über den ersten bis vierten und schließlich den n-ten Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bsn dargestellt ist. Die Steuerung der Datenkommunikation über den Datenbus DB erfolgt analog zu 2, wobei mit Hilfe des in 3 dargestellten zweiten Steuersignals rq im Unterschied zur 2 eine Vorreservierung des aktuell belegten Datenbusses DB durch mindestens eine Anpassungseinheit AU1 bis AU4 signalisiert wird. Hierzu kann durch an eine sendebereite MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 angeschlossene Anpassungseinheit AU1 bis AU4 das zweite Steuersignal rq im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz bs1 bis bs4 in den „High"-Zustand gesteuert werden und somit eine Vorreservierung des aktuell belegten Datenbusses DB durchgeführt werden. Die Vorreservierung des Datenbusses DB durch das zweite Steuersignal rq wird bei der Ermittlung des Regelsignals nslot in jeder Anpassungseinheit AU1 bis AU4 berücksichtigt, indem als nächste zugriffsberechtigte MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 bzw. deren vorgeschaltete Anpassungseinheit AU1 bis AU4 die vorreservierte und sendebereite MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 bzw. deren vorgeschaltete Anpassungseinheit AU1 bis AU4 angezeigt wird, d.h. die durch die Berechtigungszeitschlitze bs1 bis bs4 fest vorgegebene Zugriffsreihenfolge wird zu Gunsten der Vorreservierung abgeändert.
In 3 wird während der Belegung des Datenbusses DB durch die erste MRC-Steuereinheit MAC1 die Sendebereitschaft der zweiten MAC-Steuereinheit MAC2 durch das zweite Steuersignal rq im zugehörigen zweiten Berechtigungszeitschlitz bs2 angezeigt, worauf hin durch das jeweilige Regelsignal nslot bereits im dritten Berechtigungszeitschlitz bs3 die Vorreservierung des Datenbusses durch die zweite MAC-Steuereinheit MAC2 angezeigt wird. Diese Vorreservierung wird solange aufrecht erhalten – in 3 über den Zeitraum des dritten, vierten, n-ten, und ersten Berechtigungszeitschlitz bs3, bs4, bsn, bs1 – bis der zweiten MAC-Steuereinheit MAC2 durch die zweite Anpassungseinheit AU2 der Datenbus DB bzw. die Sendeberechtigung zugeteilt wird. Liegt bereits eine Vorreservierung wie in 3 dargestellt durch die zweite Anpassungseinheit AU2 vor, so kann eine weitere Vorreservierung wie ebenfalls in 3 dargestellt im vierten Berechtigungszeitschlitz bs4 beispielsweise durch die vierte Anpassungseinheit AU4 erst dann mit Hilfe des jeweiligen Regelungssignals nslot berücksichtigt werden, wenn der Datenbus der zweiten Anpassungseinheit AU2 (ursprünglich reserviert) zugeteilt ist. Das bedeutet, mit Hilfe des Regelsignals nslot kann insbesondere nur eine MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 den Datenbus DB vorreservieren.
Die Steuerung des Buszugriffes in der jeweiligen Anpassungseinheit AU1 bis AU4 wird beispielsweise mit Hilfe einer auf einem Mikrokontroller oder in einem FPGA implementierten „Finite-State-Machine" realisiert. Die „Finite-State-Machine" weist hierfür im wesentlichen drei Zustände bzw. „States" auf: „Idle", „Request" und „Owner".
Im „Idle"-Zustand ist die erste bis vierte Anpassungseinheit AU1 bis AU4 inaktiv, d.h. die jeweils über die RMII-Schnittstelle RMII1 bis RMII2 angeschlossene MRC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 ist nicht sendebereit. Im „Request"-Zustand ist die jeweilige MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 sendebereit. Jedoch werden durch die Anpassungseinheit AU1 bis AU4 das Aussenden von Daten D durch die MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 solange verzögert und keine Daten D an den Datenbus D weitergeschaltet bis die „Finite-State-Machine" den Zustand „Owner" annimmt. Im „Owner"-Zustand hat die Anpassungseinheit AU1 bis AU4 und somit die angeschlossene MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 die Berechtigung zum Buszugriff und die Daten D der MAC-Steuereinheit MAC1 bis MAC4 werden über die erste bis n-te Datensignalleitung ds1 bis dsn an die weiteren MAC-Steuereinheiten MAC1 bis MAC4 übertragen.
Ist eine kollisionsfreie Datenkommunikation nicht erforderlich kann als weitere Variante die Zugriffsteuerung auf den Datenbus DB durch die Anpassungseinheiten AU1 bis AU4 teilweise vernachlässigt werden, d.h. die Zuordnung von Berechtigungszeitschlitzen bs1 bis bs4 zu den einzelnen MAC-Steuer einheiten MAC1 bis MAC4 kann dahingehend vereinfacht werden, daß auftretende Kollisionen durch die Anpassungseinheiten AU1 bis AU4 ermittelt und an die MAC-Steuereinheiten signalisiert werden.
In 4 ist in einem weiteren Prinzipschaltbild beispielhaft eine erste und zweite Kommunikationseinrichtung KE1, KE2 dargestellt, die über eine Ethernetschnittstellenleitung ENS verbunden sind. Die erste Kommunikationseinrichtung KE1 in analog zu der in 1 dargestellten Kommunikationseinrichtung KE aufgebaut, weist jedoch zusätzliche eine an den Datenbus DB angeschlossene Ethernetanpassungseinheit EAU auf. Die zweite Kommunikationseinrichtung KE2 weist eine dritte und vierte Kommunikationsbaugruppe KB4, KB5 sowie eine weitere Sychronisationseinheit SU* auf, die an den Datenbus DB angeschlossen sind. Desweiteren sind beispielhaft in der dritten Kommunikationsbaugruppe KB3 eine fünfte und sechste Kommuikationseinheit KU5,KU6 sowie in der vierten Kommunikationsbaugruppe KB4 eine siebte Kommunikationseinheit KU7 angeordnet, welche ebenfalls an den Datenbus DB angeschlossen sind.
Zusätzlich ist eine weitere Ethernetanpassungseinheit EAU* in der zweiten Kommunikationseinrichtung KE2 vorgesehen, die an den Datenbus angeschlossen ist. Die beiden Ethernetanpassungseinheiten EAU, EAU* sind zur Kommunikation zwischen der ersten und zweiten Kommunikationseinrichtung KE1, KE2 über die Ethernetschnittstellenleitung ENS über das Standard-Ethernetschnittstellen-Protokoll (100 BT) verbunden. Hierdurch können über den Datenbus DB übertragene Daten D an die angeschlossene Ethernetanpassungseinheiten EAU gesteuert werden. Dort werden die Daten D an das für die Übertragung über die Ethernetschnittstellenleitung ENS erforderliche Übertragungsformat angepaßt und anschließend über die Ethernetschnittstellenleitung ENS als Ethernetschnittstellensignale D_E _NS zur weiteren Ethernetanpassungseinheit EAU* übertragen. In der weiteren Ethernetanpassungseinheit EAU* werden die übertragenen Ethernetschnittstellensignale DENS wiederum in das Datenbusformat bzw. die Daten D umgesetzt und anschließend über den Datenbus DB zur der dritten oder vierten Kommunikationsbaugruppe KB3, KB4 übertragen.
Durch das Vorsehen der Ethernetanpassungseinheiten EAU, EAU* wird die Kommunikation von räumlich getrennt angeordneten ersten und zweiten Kommunikationseinrichtungen KE1, KE2 oder weiteren Kommunikationseinrichtungen über den Datenbus DB sowie über das Standard-Ethernetschnittstellen-Protokoll realisierbar.

Claims

Verfahren zur Datenkommunikation zwischen mehreren MAC(Media-Access Control)-Steuereinheiten (MAC1 bis MAC4), bei dem jeder MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) eine Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) zugeordnet ist, die über einen mehrere Datenleitungen (ds1-L bis dsn-L) und mindestens eine Steuerleitung (bb-L,rq-L) umfassenden Datenbus (DB) miteinander verbunden sind, – bei dem die Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) über ein Synchronisierungssignal (syn) synchronisiert werden und jeder Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) ein Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bs4) zugeteilt wird, – bei dem den Anpassungseinheiten über ein Steuersignal (bb) der Belegungszustand des Datenbusses (DB) signalisiert wird, – bei dem durch die Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bs4) anhand des Steuersignals (bb) der Belegungszustand des Datenbusses (DB) ermittelt wird, – bei dem bei einem einen freien Datenbus (DB) signalisierenden Steuersignal (bb) der angeschlossenen MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) eine Sendeberechtigung zugeteilt wird und – bei dem bei einem einen belegten Datenbus (DB) signalisierenden Steuersignal (bb) der angeschlossenen MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) keine Sendeberechtigung zugeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenkommunikation zwischen jeweils einer MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) und der zugeordneten Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) über eine RMII-(Reduced Media Independent Interface)-Schnittstelle (RMII1 bis RMII4) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RMII-Schnittstelle (RMII1 bis RMII4) im Half-Duplex-Mode betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die RMII-Schnittstelle (RMII1 bis RMII4) mit einer Taktfrequenz von 50 MHZ betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bs4) mit Hilfe eines in den Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) angeordneten Zählers (C1 bis C4) ermittelt wird und die Zähler (C1 bis C4) jeweils mit Hilfe des Synchronisierungssignals (sync) zurückgesetzt werden
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für N Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) den Zählern (C1 bis C4) jeweils die Länge N+1 zugewiesen wird und ein Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bsn) durch einen Zählerstand festgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) im zugehörigen Berechtigungszeitschlitz (bs1 bis bs4) vor der Zuteilung der Sendeberechtigung an die MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) durch die Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) das Steuersignal (bb) in den einen belegten Datenbus (db) signalisierendes Zustand geschaltet wird sowie die Daten (D) der sendeberechtigten MAC-Steuereinheit (MAC1 bis MAC4) an den Datenbusses (DB) durchgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Durchschalten der Daten (D) an den Datenbus (DB) das Steuersignal (bb) in den einen freien Datenbus (DB) signalisierenden Zustand geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenbus (DB) als Multi-Masterbus realisiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zuteilung eines Berechtigungszeitschlitzes (bs1 bis bs4) für genau eine Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) eine fest vorgegebene Zugriffsreihenfolge auf den Datenbus (DB) definiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Anpassungseinheiten (AU1 bis AU4) über ein weiteres Steuersignal (rq) eine Vorreservierung des aktuell belegten Datenbusses (DB) durch mindestens eine Anpassungseinheit (AU1 bis AU4) signalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenbus (DB) als bidirektionaler Bus realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß über Ethernetanpassungseinheiten (EAU, EAU*) Ethernetdatensignale (D_ENS) an den Datenbus DB anschließbar sind.