DE4224072A1 - Datenuebertragungsprozessor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Datenübertra­ gungsprozessor und insbesondere auf einen Ein-Chip-Datenverarbei­ tungs- bzw. -Kommunikationsprozessor zum Ausführen einer Proto­ kollverarbeitung einer Mehrzahl von Ebenen in einem hierarchischen Netz-System, in dem Datenübertragungsfunktionen in einer Mehrzahl hierarchisch angeordneter Ebenen vorgesehen sind.

OSI (Open Systems Interconnection) stellt den internationalen Standard einer Vernetzungsarchitektur, den Standard, der derzeit hauptsächlich durch die ISO (International Organization for Standardization) entwickelt wird, dar. Die Aufgabe des OSI ist es, einen freien Datenaustausch zwischen Endgeräten und Rechnern ver­ schiedener Typen zu ermöglichen.

Um eine wechselseitige Kommunikation bzw. Datenübertragung ver­ schiedener Anwendungsprozesse in einem Computernetz zu ermög­ lichen, müssen Regeln bezüglich des Datentransfers über ein repeateroffenes System, des Dialogs zwischen Anwendungsprozessen, des Zugriffs auf verschiedene Quellen (Dateien o. ä.) usw. als Protokolle auf der Grundlage eines Datentransfers zwischen offenen Systemen, die mittels eines physikalischen Mediums direkt gekop­ pelt sind, definiert werden. Weiterhin ist es nötig, diese Proto­ kolle durch geeignete Kombination derselben entsprechend dem An­ wendungsfeld und der Strukturen des Rechnernetzes verfügbar zu machen.

In einem grundlegenden Referenzmodell der OSI sind daher die Kommunikations- bzw. Datenübertragungsfunktionen des offenen Systems einschließlich der Funktion der Steuerung der Datenüber­ tragungsschaltungen und einer Reihe von Datenübertragungs-Verar­ beitungsfunktionen (Verschlüsselung, Kode-Umwandlung, Endgerät­ steuerung, Datentransfer und -zugriff, Datenbasenzugriff o. ä.) in sieben funktional hierarchische Ebenen aufgeteilt, die in einer den Kommunikationsprozessen entsprechenden Ordnung arbeiten (siehe Fig. 6). Die erforderlichen Protokolle sind für jede Stufe der funktionellen Hierarchie so definiert, daß die der jeweiligen Ebene zugeordnete Funktion realisiert wird. Dies ist das Konzept der Protokollhierarchie, und jede funktionelle Ebene wird als Protokollebene oder einfacher als Ebene bezeichnet.

Durch diese Protokollhierarchie kann ein Protokoll zur Realisierung der jeder Ebene zugeordneten Kommunikationsfunktion in jener Ebene abgeschlossen werden, wodurch die Unabhängigkeit des Protokolls in den jeweiligen Ebenen maximal wird. Infolgedessen kann der Einfluß der Einführung neuer Technologien und der aus einer Ausdehnung bzw. Modifikation der Kommunika­ tionsfunktionen, die auf neuerwachsene Benutzerbedürfnisse zurückgeht, herrührende Einfluß auf Ebenen begrenzt werden, zu denen sie in direktem Bezug stehen. Damit kann die Aufrecht­ erhaltbarkeit bzw. "Lebensdauer" von Protokollen und Proto­ kollprodukten verbessert werden. Jede Ebene kann bei Bedarf in Unterebenen aufgeteilt werden.

Nachfolgend werden kurz sieben in Fig. 6 gezeigte Ebenen be­ schrieben:

(1) Physikalische Ebene (erste Ebene)

Verschiedene physikalische Medien - etwa Kommunikations-Satelliten und optische Fasern - werden zur Datenübertragung verwendet. Die physikalische Ebene sichert die Funktion der Übertragung von Bit­ folgen bzw. -strings mittels solcher physikalischer Medien. Ins­ besondere werden physikalische Bedingungen, elektrische Bedingun­ gen o. ä., die für die Bitübertragung erforderlich sind, definiert.

(2) Datenverbindungsebene (zweite Ebene)

Unter Nutzung der Bitübertragungsfunktion der physikalischen Ebene wird eine transparente und hochgradig zuverlässige Datenübertra­ gung zwischen benachbarten Systemen (Knoten) ausgeführt. Diese Ebene entspricht einer herkömmlichen Übertragungssteuerprozedur auf hohem Niveau (HDLC) und weist eine Datenübertragungsfehler-Steu­ erprozedur o. ä. auf.

(3) Netzebene (dritte Ebene)

Der Austausch von Daten zwischen Systemen an beiden Enden wird über verschiedene Kommunikations- bzw. Datenübertragungsnetze, etwa das öffentliche Paketvermittlungsnetz, ermöglicht. Zu diesem Zweck sind eine Wegleitungsfunktion zur Bestimmung des Datenüber­ tragungsweges zur Übertragung von Daten zum Bestimmungsort und eine Funktion des Durchlassens von Daten (Datenrelaisfunktion) zwischen Knoten erforderlich.

(4) Transportebene (vierte Ebene)

Ein transparenter und hochgradig zuverlässiger Datentransfer wird zwischen Prozessen von Systemen an beiden Enden ausgeführt. Wenn die Qualität der Dienste, die durch die unteren Netzebenen bereit­ gestellt wird, nicht die seitens der Anwendung benötigte Dienst­ qualität erreicht (beispielsweise bezüglich der Rate der Daten­ übertragungsfehler), kompensiert die Transportebene den Mangel an Dienstqualität.

(5) Sitzungsebene (fünfte Ebene)

Um einen effizienten Dialog zwischen Anwendungsprozessen auf beiden Seiten bzw. an beiden Enden zu gewährleisten, liefert diese Ebene die Synchronisation und die Auswahl des Übertragungsmodus und steuert die Prioritäten der Übertragung.

(6) Präsentations- bzw. Darbietungsebene (sechste Ebene)

Diese Ebene steuert die Form der Daten o. ä., so daß die durch den Anwendungsprozeß gehandhabten Daten genau und effizient übertragen werden können.

(7) Anwendungsebene (siebente Ebene)

In dieser Ebene werden Anwendungsdienstelemente, etwa Dateitrans­ fer, Dateizugriff und Dateiverwaltung (FTAM), ein Datenhandha­ bungs-Verarbeitungssystem (MHS = Message Handling Processing System), ein virtuelles Endgerät (VT) und der Zugriff auf nicht­ lokale Datenbasen (RDA = Remote Data Base Access) entsprechend den durch den Benutzer ausgeführten verschiedenen Anwendungen durch­ geführt. Das dienstintegrierte digitale Netz (Integrated Services Digital Network, im folgenden als "ISDN" bezeichnet) ist als eines der Datennetze bekannt, die das oben beschriebene 7-Ebenen-Modell der OSI verwenden. ISDN integriert digital Übertragungswege und Schaltvorrichtungen, um auf vereinigte Weise verschiedene Kommu­ nikationsdienste, etwa Telefon, Daten- und Bildübertragung, be­ reitzustellen. Beim herkömmlichen Kommunikationssystem vor ISDN ist eine Schnittstelle zwischen einem Endgerät eines Nutzers und einem Kommunikations- bzw. Datenübertragungsnetz an einen festge­ legten Verwendungszweck, etwa für ein Telefon oder für die Daten­ kommunikation, angepaßt. Bei ISDN ist demgegenüber eine inte­ grierte Schnittstelle für die verschiedenen, oben erwähnten Dienste definiert. Diese Schnittstelle wird als Benutzer-Netz-Schnitt­ stelle für allgemeine Zwecke bezeichnet, die durch das International Telegraph and Telephone Consultative Committee (im folgenden als "CCITT" bezeichnet) festgelegt ist.

Ein Anwendungsbeispiel des ISDN ist in Fig. 7 gezeigt. Wie Fig. 7 zeigt, ist im ISDN eine ISDN-Schalteinrichtung 18, die in einer Telefonvermittlung angeordnet ist, mit einem ISDN-Endgerät (TE) bei einem Benutzer mittels einer Telefonleitung 28 verbunden. Ein Netzanschluß (NT) 100 ist in der Wohnung des Benutzers vorgesehen, und die Telefonleitung 28 und ein 4-Leitungs-Bus sind damit verbunden. Ein Übertragungs-/Empfangsapparat 27 zum Übertragen und Empfangen von Datensignalen über den 4-Leitungs-Bus 19 ist jeweils als Schnittstellenschaltung am Eingangs/Ausgangs-Abschnitt sowohl des Netzanschlusses 100 als auch des ISDN-Endgerätes vorgesehen.

Fig. 8 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Telefons 20 als Beispiel für ein ISDN-Endgerät. Wie Fig. 8 zeigt, enthält das Telefon 20 einen Übertragungs-/Empfangsapparat 27, der über einen Transformator 29 zwecks Signalübertragung/-empfang mit dem 4-Lei­ tungs-Bus 19 verbunden ist, eine Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene zum Realisieren der Funktionen der zweiten Ebene der ISDN-Basis-Schnittstelle, eine Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene zum Realisieren der Funktionen der dritten Ebene der ISDN-Basis-Schnittstelle, einen Tastaturanschluß 24, einen CODEC (Kodierer/Dekoder)-Apparat 25 zum Kodieren/Dekodieren von Audio­ signalen, einen Handapparat 26 und einen Schalter 30.

Der Übertragungs-/Empfangsapparat 27 ist zum Realisieren der Funk­ tionen der ersten Ebene der ISDN-Basis-Schnittstelle vorgesehen. Der 4-Leitungs-Bus 19 enthält einen Übertragungs-Bus 19a zum Über­ tragen von Signalen vom Telefon 20 und einen Empfangs-Bus 19b zum Übertragen von an das Telefon 20 anzulegenden Signalen.

Wenn ein Ruf ankommt, wird das über den Empfangs-Bus 19b übertra­ gene Empfangssignal über den Transformator 29 durch den Übertra­ gungs-/Empfangsapparat 27 aufgenommen. Das empfangene Signal wird in der Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene einer Verar­ beitung - etwa einem Fehlernachweis - unterzogen und dann an die Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene angelegt. Die Ver­ arbeitungeinrichtung 23 der dritten Ebene identifiziert die Tele­ fonnummer und den Umfang bzw. Inhalt des angeforderten Dienstes. Während in das Telefon 20 gesprochen wird, schaltet die Verarbei­ tungseinrichtung 23 der dritten Ebene den Schalter 30 ein, um einen Datenübertragungsweg zwischen dem Übertragungs-/Empfangs­ apparat 27 und dem CODEC-Apparat 25 zu schaffen. Infolgedessen empfängt der CODEC-Apparat 25 das Signal, das durch den Übertra­ gungs-/Empfangsapparat 27 empfangen wurde, wandelt dieses in ein Audiosignal um und legt das umgewandelte Audiosignal an den Hand­ apparat 26 an.

Beim Telefonieren wird notwendige Information - etwa die Telefon­ nummer - über den Tastaturanschluß 24 an die Verarbeitungseinrich­ tung 23 der dritten Ebene gegeben. Die Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene wandelt die erhaltene Information in Daten eines vorbestimmten Formats um und gibt diese an die Verarbeitungsein­ richtung 22 der zweiten Ebene weiter. Die Verarbeitungsebene 22 der zweiten Ebene fügt den angelegten Daten eine Information wie etwa eine Fehlerkorrektur hinzu und überträgt die Daten an den Übertragungs-/Empfangsapparat 27. Der Übertragungs-/Empfangsappa­ rat 27 liefert die angelegten Daten über den Transformator 29 an den Übertragungsbus 19a. Wenn von der anderen Partei bzw. Seite in Reaktion auf die vom Telefon 20 übermittelten Daten ein Kommuni­ kationserlaubnissignal gegeben wird, wird das Erlaubnissignal über den Transformator 29 vom Übertragungs-/Empfangsapparat 27 aufge­ nommen. Das aufgenommene Signal wird durch die Verarbeitungsein­ richtung 22 der zweiten Ebene Verarbeitungen wie etwa einer Feh­ lerkorrektur unterzogen und dann an die Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene angelegt. Die Verarbeitungsebene 23 der dritten Ebene erkennt das Kommunikationserlaubnissignal und schal­ tet den Schalter 30 ein. Damit wird ein Kommunikations- bzw. Über­ tragungsweg zwischen dem Übertragungs-/Empfangsapparat 27 und dem CODEC-Apparat 25 eingerichtet. Das vom Handapparat 26 erzeugte Audiosignal wird mittels des CODEC-Apparats 25 in ein digitales Audiosignal umgewandelt. Das umgewandelte digitale Audiosignal wird über den Schalter 30 an den Übertragungs-/Empfangsapparat 27 angelegt. Der Übertragungs-/Empfangsapparat 27 liefert das umge­ wandelte digitale Audiosignal über den Transformator 29 als Über­ tragungssignal an den Übertragungs-Bus 19a.

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das den genaueren Aufbau der Ver­ arbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene und der Verarbeitungs­ einrichtung 23 der dritten Ebene nach Fig. 8 zeigt. Die Verarbei­ tungseinrichtung 22 der zweiten Ebene enthält einen Kommunika­ tionsdatenkonverter 1, einen FIFO (First-In-First-out-Speicher) 2 zur Datenaufnahme, einen FIFO 3 zur Datenübertragung, einen inter­ nen Bus 4, eine Signalleitung 5, die den Kommunikationsdatenkon­ verter 1 mit dem Übertragungs-/Empfangsapparat 27 verbindet (siehe Fig. 8), eine Verarbeitungsschaltung 6, die beispielsweise durch eine CPU gebildet ist, eine DAMC (Direct Memory Access Con­ troller, Steuerung für direkten Speicherzugriff) 7, eine Bus-Schnittstelle 8 und einen ROM (Nur-Lese-Speicher) 9 zum Speichern von Befehlen für die Protokollverarbeitung der zweiten Ebene. All­ gemein ist die Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene durch einen Chip gebildet. Demgegenüber enthält die Verarbeitungsein­ richtung 23 der dritten Ebene einen ROM 10 zum Speichern von Be­ fehlen für die Protokollverarbeitung der dritten Ebene und einen Mikroprozessor 12 zum Ausführen der Protokollverarbeitung der dritten Ebene. Da der ROM 10 eine größere Speicherkapazität als der ROM 9 hat, ist der ROM 10 in der Regel auf einem anderen Chip als der Mikroprozessor 12 angeordnet. Die Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene und die Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene sind mit einem Systembus 13 verbunden, so daß Daten von einer zur anderen übertragen werden können. Weiter ist mit dem Systembus 13 ein externer RAM (Direktzugriffsspeicher) 11 ver­ bunden.

Nachfolgend wird der Betrieb der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 9 beschrieben. In der Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene wird ein von der Verarbeitungseinrichtung der ersten Ebene (dem Übertragungs-/Empfangsapparat 27) aufgenommenes Signal über die Signalleitung 5 in den Kommunikationsdatenkonverter 1 eingegeben. Der Kommunikationsdatenkonverter 1 führt eine Flag- Erkennung, eine Nullöschung bzw. -unterdrückung und eine Paket-bzw. Rahmenfehlererkennung aus. Vom Kommunikationsdatenkonverter 1 ausgegebene Daten werden im FIFO 2 gespeichert. Die Verarbeitungs­ schaltung 6 übernimmt die zunächst im FIFO 2 gespeicherten Daten und führt eine Protokollverarbeitung der zweiten Ebene entspre­ chend den aus dem ROM 9 ausgelesenen Befehlen aus. Die verbleiben­ den, mit der dritten und oberen Ebenen verbundenen Daten werden über die Bus-Schnittstelle 8 und den Systembus 13 unter Steuerung durch die DMAC 7 in den externen RAM 11 übertragen. Der Mikro­ prozessor 12 in der Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene holt sukzessive die im externen RAM 11 gespeicherten Daten heraus und führt eine Protokollverarbeitung der dritten Ebene entspre­ chend den aus dem ROM 10 gelesenen Befehlen aus.

Die herkömmliche Kommunikations- bzw. Datenübertragungs-Verarbei­ tungseinrichtung ist so aufgebaut, wie oben beschrieben wurde. Eine eigene Verarbeitungseinrichtung (z. B. der Übertragungs-/ Empfangsapparat 27, die Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene und die Verarbeitungseinrichtung 23 der dritten Ebene nach Fig. 8) ist für jede der Ebenen vorgesehen. Die Verarbeitungsein­ richtungen in jeweiligen Ebenen arbeiten jedoch nicht immer konstant vom Beginn bis zum Ende der Datenübertragung. Beispiels­ weise arbeitet beim Beginn der Datenübertragung, wenn durch die Verarbeitungseinrichtung der zweiten Ebene die Verbindung einge­ richtet wird, die Verarbeitungseinrichtung der dritten Ebene nicht, da die Verarbeitung in der dritten Ebene nach dem Ende der Verarbeitung in der zweiten Ebene stattfindet. Dadurch wurde in den herkömmlichen Datenübertragungs-Verarbeitungseinrichtungen die Hardware der Verarbeitungseinrichtungen in der jeweiligen Ebene nicht effizient ausgenutzt.

Bei herkömmlichen Datenübertragungseinrichtungen war eine externe Speichereinrichtung (z. B. der externe RAM 11, der zwischen der Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene und der Verarbei­ tungsebene 23 der dritten Ebene nach Fig. 9 angeordnet ist) zum Austausch von Daten zwischen zwei benachbarten Ebenen erforder­ lich. Solche externe Speichereinrichtungen sind zwischen den je­ weiligen Ebenen erforderlich, was die Speicherkapazität des gesam­ ten Systems erhöht.

Außerdem muß bei herkömmlichen Datenübertragungs-Verarbeitungsein­ richtungen der Datenübertragungsweg zwischen entsprechenden Ebenen (z. B. der Systembus 13 nach Fig. 9) infolge der Datenübertragung zwischen den jeweiligen Ebenen häufig benutzt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Datenübertra­ gungs- bzw. Kommunikationsprozessor bereitzustellen, mit dem die Häufigkeit der Benutzung von Systembussen, der Umfang der erfor­ derlichen Hardware und die Kapazität der Speichereinrichtungen zur Ausführung der Protokollverarbeitung von zwei oder mehreren Ebenen verringert werden können.

Der erfindungsgemäße Datenübertragungsprozessor enthält eine Empfangseinrichtung, eine Übertragungseinrichtung, eine Speicher­ einrichtung und eine Verarbeitungseinrichtung. Die Empfangsein­ richtung empfängt Daten von außen (externe Daten). Die Übertra­ gungseinrichtung überträgt Daten nach außen. Die Speichereinrich­ tung speichert einige oder alle der zur Protokollverarbeitung einer Mehrzahl von Ebenen erforderlichen Befehlsgruppen. Die Ver­ arbeitungseinrichtung führt die Protokollverarbeitung der Mehr­ zahl von Ebenen entsprechend den aus der Speichereinrichtung aus­ gelesenen Befehlen aus.

Entsprechend der Erfindung kann die Protokollverarbeitung einer Mehrzahl von Ebenen durch einen Ein-Chip-Datenübertragungspro­ zessor ausgeführt werden. Damit kann im Vergleich zu einer her­ kömmlichen Lösung, bei der Verarbeitungs-Hardware für jede Ebene vorgesehen ist, der Hardware-Umfang beträchtlich verringert werden. Außerdem kann, da einige oder alle der zur Protokollver­ arbeitung einer Mehrzahl von Ebenen erforderlichen Befehlsgruppen in der auf dem Chip des Datenübertragungsprozessors vorgesehenen Speichereinrichtung gespeichert sind, die Zugriffsgeschwindigkeit erhöht und die Häufigkeit der Benutzung des Systembus verringert werden. Außerdem kann auf die externe Speichereinrichtung für den Datenaustausch zwischen den Ebenen verzichtet werden, was die Kosten der gesamten Einrichtung verringert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das den Gesamtaufbau einer Ausführungsform der Erfindung darstellt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die ein Speicherge­ biet eines internen RAM 14 nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für einen Auf­ bau der in Fig. 1 gezeigten Speichersteuerung 15 zeigt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen reellen Adressen und virtuellen Adressen im RAM 14 und zwischen Adressen des externen ROM nach Fig. 1,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Beziehungen zwischen reellen Adressen und virtuellen Adressen des RAM 14 und der Adressen des externen ROM nach Fig. 1,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, die die Hierarchie der durch OSI definierten Protokolle zeigt,

Fig. 7 eine idealisierte Darstellung eines ISDN-Netzes,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines in Fig. 7 gezeigten Telefons und

Fig. 9 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer herkömmlichen Datenübertragungs-Verarbeitungseinrichtung.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau nach einer Aus­ führungsform der Erfindung zeigt. Ein Ein-Chip-Datenverarbeitungs­ prozessor 50 enthält - ähnlich wie die Verarbeitungseinrichtung 22 der zweiten Ebene nach Fig. 9 - einen Kommunikationsdatenkonver­ ter 1, einen FIFO 2 für den Empfang, einen FIFO 3 für die Übertra­ gung, einen internen Bus 4, eine Signalleitung 5, eine Verarbei­ tungsschaltung 6, eine DMAC 7 und eine Bus-Schnittstelle 8. Der Datenübertragungsprozessor 50 enthält weiter einen internen RAM, der Daten für die Speichersteuerung 15 speichert, und eine Spei­ chersteuerung 15, die den internen RAM 14 steuert. Außerhalb des Datenübertragungsprozessors 50 sind ein externer ROM 9 zum Spei­ chern des Protokollverarbeitungsprogramms für die zweite Ebene und der Registerwerte für die Speichersteuerung 15, ein externer ROM 10 zum Speichern des Protokollverarbeitungsprogramms für die dritte Ebene und der Registerwerte für die Speichersteuerung 15 und ein externer RAM 11 zum Austausch von Daten zwischen dem Datenverarbei­ tungsprozessor 50 und einem externen Gerät (z. B. den Verarbei­ tungseinrichtungen der vierten und folgenden Ebenen) angeordnet. Der Datenübertragungsprozessor 50, die externen ROMs 9 und 10 und der externe RAM 11 sind miteinander über einen Systembus 13 ver­ bunden. Der Datenübertragungsprozessor 50, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist so aufgebaut, daß er die Verarbeitung in der zweiten und dritten Ebene übernimmt. Die Verarbeitung der vierten und folgen­ den Ebenen wird daher durch andere Datenübertragungsprozessoren ausgeführt. Jedoch kann die Verarbeitung der vierten und der nach­ folgenden Ebenen auch durch einen Ein-Chip-Datenübertragungspro­ zessor ausgeführt werden.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Speichergebiet des in Fig. 1 gezeigten internen RAM darstellt. Der interne RAM enthält, wie in der Abbildung gezeigt, Gebiete 14a bis 14f. Das Gebiet 14a speichert die Ergebnisse der Verarbeitung der zweiten und der dritten Ebene, die durch die Verarbeitungsschaltung 6 vor­ genommen wurde. Das Gebiet 14b speichert einige häufig benutzte Befehle aus der das Protokollverarbeitungsprogramm bildenden (im externen ROM 9 gespeicherten) Mehrzahl von Befehlen der zweiten Ebene. Das Gebiet 14c speichert einige häufig benutzte Befehle aus der Mehrzahl der das Protokollverarbeitungsprogramm der dritten Ebene bildenden (im externen ROM 10 gespeicherten) Befehle. Das Gebiet 14e speichert Registerwerte, die in entsprechenden Re­ gistern der Speichersteuerung 15 für die Verarbeitung der zweiten Ebene vorzugeben bzw. einzustellen sind. Das Gebiet 14f speichert Registerwerte, die in entsprechenden Registern der Speichersteue­ rung 15 für die Verarbeitung der dritten Ebene einzustellen sind.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Aufbaus der Speichersteuerung 15 in Fig. 1 zeigt. Wie die Abbildung zeigt, weist die Speichersteuerung 15 eine Adreßbestimmungsschaltung 151, Addierschaltungen 152 und 153, eine Zugriffsanforderungsschaltung 154 und eine Registersteuerschaltung 155 auf. Die Adreßbestim­ mungsschaltung 151 enthält Register R1 bis R3. Die Addierschaltung 152 enthält Register R4 und R5. Die Addierschaltung 153 enthält Register R6 und R7. Die von der Verarbeitungsschaltung 6 angeleg­ ten Registerwerte BC werden in die Register R3, R4 und R6 gegeben. Die Registersteuerschaltung 155 gibt Registerwerte VSI, VEI, BPO und BPI, die aus den Gebieten 14e oder 14f des internen RAM 14 ausgelesen werden, in die Register R1, R2, R5 bzw. R7. Die Re­ gistersteuerschaltung 155 verändert auch in Reaktion auf einen Be­ fehl zum Austausch der von der Verarbeitungsschaltung 6 angelegten Registerwerte die in den entsprechenden Registern R1, R2, R5 und R7 eingegebenen Werte von denen der zweiten Ebene in diejenigen der dritten Ebene oder von denen der dritten Ebene in diejenigen der zweiten Ebene.

Nachfolgend werden die in die entsprechenden Register R1 bis R7 eingegebenen Registerwerte beschrieben. Der Registerwert PC ist der Wert eines Programmzählers (enthalten in der Verarbeitungs­ schaltung 6), der eine Adresse eines als nächstes von der Verar­ beitungsschaltung 6 auszuführenden Befehls angibt. Dieser Wert PC ist ein virtueller Adreßwert, der von 0 beginnt und für jedes Pro­ gramm entsprechend einer Ebene oder einer Subebene so bestimmt wird, daß die Präparation des Programms erleichtert wird. Die Re­ gisterwerte VSI und VEI sind Minimal- bzw. Maximalwerte der virtu­ ellen Adressen, die einem im Speichergebiet 14b oder 14c des internen Speichers 14 vorhandenen Befehlssatz entsprechen. Der Re­ gisterwert BPE ist eine Adressenumwandlungskonstante zur Umwand­ lung der virtuellen Adresse in eine reelle Adresse des internen RAM 14. Der Registerwert BPI wird durch Subtraktion des Minimal­ wertes VSI der virtuellen Adresse vom Minimalwert der reellen Adresse des im Gebiet 14b oder 14c des internen RAM 14 befind­ lichen Befehlssatzes gewonnen. Der Registerwert BPO ist eine Adressenumwandlungskonstante zum Umwandeln der virtuellen Adresse in eine reelle Adresse der externen ROMs 9 oder 10.

Die Adreßbestimmungsschaltung 151 bestimmt, ob der Registerwert PC zwischen den Registerwerten VSI und VEI liegt, d. h., ob der durch die Verarbeitungsschaltung 6 als nächstes auszuführende Befehl im Gebiet 14b oder 14c des internen RAM 14 gespeichert ist. Die Addierschaltung 152 addiert den Registerwert PC zum Registerwert BPO, um die virtuelle Adresse PC in eine reelle Adresse des exter­ nen ROM 9 oder 10 umzuwandeln. Die Addierschaltung 153 addiert den Registerwert PC zum Registerwert BPI, um die virtuelle Adresse PC in eine reelle Adresse des internen RAM 14 umzuwandeln. Die Zu­ griffsanforderungsschaltung 154 arbeitet in Reaktion auf das Er­ gebnis der Bestimmung durch die Adreßbestimmungsschaltung 151. Ge­ nauer gesagt, wenn durch die Adreßbestimmungsschaltung 151 be­ stimmt wurde, daß der nächste Befehl im internen RAM 14 gespei­ chert ist, liefert die Zugriffsanforderungsschaltung 154 die reelle Adresse im internen RAM 14, die das durch die Addierschal­ tung 153 gelieferte Ergebnis ist, an den internen RAM 14, um ein Holen des Befehls anzufordern. Wenn durch die Adreßbestimmungs­ schaltung 151 bestimmt wurde, daß der nächste Befehl nicht im in­ ternen RAM 14 gespeichert ist, liefert die Zugriffsanforderungs­ schaltung 154 die reelle Adresse des externen ROM 9 oder 10, die das Ergebnis der durch die Addierschaltung 152 vorgenommenen Addition ist, an die DMAC 7, um ein Holen des Befehls vom externen ROM 9 oder 10 anzufordern.

Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Ausführungs­ form beschrieben. Zuerst, in Reaktion auf das Einschalten der Stromversorgung des Systems, wird aus den externen ROMs 9 und 10 ein Teil des Protokollverarbeitungsprogramms der zweiten und dritten Ebene gelesen, um in den Speichergebieten 14b bzw. 14c des internen RAM 14 gespeichert zu werden. Die Registerwerte für die zweite und dritte Ebene werden aus den externen ROMs 9 und 10 gelesen, um in den Gebieten 14e bzw. 14f des internen RAM 14 ge­ speichert zu werden. Die über die Datenübertragungsleitung 4 von der Ebenenverarbeitungseinrichtung (z. B. dem Übertragungs-/ Empfangsapparat 27 nach Fig. 8) aufgenommenen Daten werden einer Flag-Erkennung, einer Nullöschung bzw. -unterdrückung, einer Paket- bzw. Rahmenfehlererkennung usw. im Kommunikationsdatenkon­ verter 1 unterzogen und dann im FIFO 2 für den Empfang gespei­ chert. Die Verarbeitungsschaltung 6 nimmt die im FIFO 2 für den Empfang gespeicherten Daten heraus und fordert von der Speicher­ steuerung 15 an, welcher der Befehle für die Protokollverarbeitung der zweiten Ebene benötigt wird. Genauer gesagt, schreibt die Ver­ arbeitungsschaltung 6 den Zählwert PC eines (nicht gezeigten) Pro­ grammzählers, der darin enthalten ist, in die Register R3, R4 und R6 der Speichersteuerung 5 und legt an die Registersteuerschaltung 155 eine Zweite-Ebene-Verarbeitungsanforderung an. In Reaktion da­ rauf liest die Registersteuerschaltung 155 die entsprechenden Re­ gisterwerte aus dem Gebiet 14e des internen RAM 14 und über­ schreibt die Inhalte der Register R1, R2, R5 und R7 mit dem gele­ senen Registerwert, d. h. dem der zweiten Ebene entsprechenden Wert, wenn die in den entsprechenden Registern R1, R2, R5 und R7 eingeschriebenen Werte nicht der zweiten Ebene entsprechen. Danach bestimmt die Adreßbestimmungsschaltung 151 der Speichersteuerung 15, ob der durch die Verarbeitungsschaltung 6 angeforderte Befehl im internen RAM 14 vorhanden ist. Wenn er vorhanden ist, fordert sie vom internen RAM 14 ein Auslesen des Befehls an. Anderenfalls fordert sie über die DMAC 7 vom externen ROM 9 ein Auslesen des Befehls an. Der aus dem internen RAM 14 oder dem externen ROM 9 ausgelesene Befehl wird in die Verarbeitungsschaltung 6 übernommen und in der Verarbeitungsschaltung 6 eine Datenverarbeitung ent­ sprechend dem Befehl ausgeführt. Das Ergebnis der Verarbeitung durch die Verarbeitungsschaltung 6 (das Ergebnis der Verarbeitung entsprechend dem aus dem internen RAM 14 oder dem externen ROM 9 ausgelesenen Befehl) wird im Gebiet 14a des internen RAM 14 ge­ speichert. Wenn die Protokollverarbeitung der zweiten Ebene ent­ sprechend den empfangenen Daten nach Wiederholen der oben be­ schriebenen Reihe von Schritten beendet ist, überschreibt die Ver­ arbeitungsschaltung 6 die Registerwerte in den Registern R1, R2, R5 und R7 der Speichersteuerung 7 durch die im Gebiet 14f des in­ ternen RAM 14 gespeicherten Registerwerte, d. h. die der dritten Ebene entsprechenden Registerwerte. Dann wird bezüglich der im Speichergebiet 14a des internen RAM 14 gespeicherten Daten die Protokollverarbeitung der dritten Ebene ausgeführt. Zu dieser Zeit liest die Verarbeitungsschaltung 6 die Befehle aus dem Gebiet 14c des internen RAM 14 oder aus dem externen ROM 10 aus und führt diese Befehle aus. Das Ergebnis der Verarbeitung durch die Verar­ beitungsschaltung 6 wird im Gebiet 14a des internen RAM 14 gespei­ chert. Wenn die Protokollverarbeitung der dritten Ebene beendet ist, wird das im Gebiet 14a des internen RAM 14 gespeicherte Er­ gebnis der Verarbeitung über den Systembus 13 in den externen RAM 11 übertragen.

Die Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen, die die Korrespondenz von Adressen des internen RAM 14, der externen ROMs 9 und 10 oder des OS (Betriebssystems) darstellen. Fig. 4 zeigt den Fall, daß ein durch eine virtuelle Adresse PC bestimmter Befehl im internen RAM 14 gespeichert ist. Fig. 5 zeigt den Fall, daß ein durch die virtuelle Adresse PC bestimmter Befehl nicht im in­ ternen RAM gespeichert ist und auf die externen ROMs 9 oder 10 zugegriffen wird. Der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsform wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben.

Die Speichersteuerung 15 bestimmt, wenn sie die virtuelle Adresse PC des durch die Verarbeitungseinheit 6 als nächstes auszuführen­ den Befehls empfängt, in der Adreßbestimmungsschaltung 151, ob die virtuelle Adresse PC zwischen den Registerwerten VSI und VEI vor­ handen ist. Genauer gesagt, bestimmt sie, ob der durch die Verar­ beitungsschaltung 6 angeforderte Befehl in dem im internen RAM 14 vorhandenen Befehlssatz enthalten ist. Wenn die virtuelle Adresse PC zwischen den Registerwerten VSI und VEI vorhanden ist, d. h. wenn der durch die Verarbeitungsschaltung 6 angeforderte Befehl im Befehlssatz im RAM 14 enthalten ist, empfängt der RAM 14 die reelle Adresse des Befehls von der Addierschaltung 153 und liefert den nächsten Befehl an die Verarbeitungsschaltung 6, wie in Fig. 4 gezeigt. Demgegenüber empfängt, wenn der Wert der virtuellen Adresse PC nicht zwischen den Registerwerten VSI und VEI vorhanden ist, d. h., wenn der durch die Verarbeitungsschaltung 6 angefor­ derte Befehl nicht im Befehlssatz im RAM 14 enthalten ist, der externe ROM 9 oder 10 die reelle Adresse des Befehls von der Addierschaltung 152 und liefert den nächsten Befehl an die Verar­ beitungsschaltung 6, wie in Fig. 5 gezeigt. Obgleich die Fig. 4 und 5 die Speichersteuerung für die zweite Ebene zeigen, wird der oben beschriebene Vorgang ähnlich auch für die zweite und dritte Ebene ausgeführt.

Obgleich die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform so aufgebaut ist, daß Protokollverarbeitungen der zweiten und dritten Ebene ausge­ führt werden, ist es möglich, daß der Datenübertragungsprozessor 50 Protokollverarbeitungen anderer Ebenen ausführt, wenn das in den ROMs 9 und 19 gespeicherte Programm während des Entwurfes gegen eines für die anderen Ebenen ausgetauscht wird. Außerdem kann der Datenübertragungs- bzw. Kommunikationsprozessor 50 so aufgebaut sein, daß er die Protokollverarbeitungen für drei oder mehr Ebenen ausführt.

Der interne RAM 14 der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann ganz oder teilweise durch einen internen ROM ersetzt sein. In diesem Falle ist es wünschenswert, daß der am häufigsten benutzte Befehlssatz im internen ROM gespeichert wird. Im Vergleich zu einem RAM benötigt ein ROM eine kleinere Schaltkreisfläche und ist billiger. Er trägt daher zur Verringerung der Größe der Vorrich­ tung und zur Senkung der Kosten bei. Wenn der interne RAM 14 ins­ gesamt durch einen ROM ersetzt wird und alle Protokollverarbei­ tungsprogramme für die zweite und dritte Ebene im internen ROM gespeichert werden, können die externen ROMs 9 und 10 weggelassen werden. In diesem Falle kann der Datenübertragungsprozessor nicht für allgemeine Zwecke eingesetzt werden. Es ist dann jedoch nicht erforderlich, daß die Speichersteuerung 15 auf externe Befehle zu­ greift, und damit kann die Geschwindigkeit des Zugriffs auf die Befehle erhöht werden.

Die vorliegende Erfindung kann weiter auf Netzsysteme unter Anwen­ dung der OSI angewandt werden.

Entsprechend der Erfindung kann die Protokollverarbeitung für eine Mehrzahl von Ebenen durch einen Ein-Chip-Datenübertragungsprozes­ sor ausgeführt werden. Damit wird im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, bei denen spezielle Verarbeitungseinrichtungen für die jeweiligen Ebenen vorgesehen sind, der Aufbau des gesamten Systems vereinfacht werden. Außerdem wird der Datenzugriff und die Daten­ übertragung innerhalb eines Chips ausgeführt, und damit kann ein Datenübertragungsprozessor, der zu einem Zugriff mit hoher Ge­ schwindigkeit in der Lage ist und durch den der Datenbus weniger häufig verwendet wird, bereitgestellt werden.

Claims (8)

1. Datenübertragungsprozessor zum Ausführen einer Protokollverar­ beitung einer Mehrzahl von Ebenen in einem Netz-System mit einer Hierarchie aus einer Mehrzahl von Ebenen zugeordneten Datenüber­ tragungsfunktionen mit
einer Empfangseinrichtung (1, 2, 8) zum Empfangen externer Daten, einer Übertragungseinrichtung (1, 3, 8) zum Übertragen von Daten nach außen,
einer Speichereinrichtung (14) zum Speichern eines Teiles oder eines gesamten Befehlssatzes, der für die Protokollverarbeitung der Mehrzahl von Ebenen benötigt wird, und
einer Verarbeitungseinrichtung (6) zum Ausführen der Protokoll­ verarbeitung der Mehrzahl von Ebenen entsprechend einem aus der Speichereinrichtung (14) ausgelesenen Befehl auf einem Chip.

2. Datenübertragungsprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speichereinrichtung (14) konstant einen Befehls­ satz speichert, der beim Protokollverarbeitungsprogramm für jede Ebene häufig benutzt wird.

3. Datenübertragungsprozessor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich­ net durch eine Speichersteuervorrichtung (15) zum Bestimmen dessen, ob ein durch die Verarbeitungseinrichtung (6) auszuführender Befehl in der Speichereinrichtung (14) gespeichert ist oder nicht, zum Auslesen des Befehls durch Zugriff auf die Speichereinrichtung (14), wenn er dort gespeichert ist, und zum Auslesen des Befehls durch Zugriff auf eine externe Protokollverarbeitungsprogramm-Speicher­ vorrichtung (9, 10) über die Übertragungseinrichtung (1, 3, 8), wenn er nicht gespeichert ist.

4. Datenübertragungsprozessor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet daß die Speichersteuervorrichtung (15) aufweist:
eine Registereinrichtung (R1, R2) zum Speichern von Adreßdaten, die eine Speicherposition des Befehls angeben, der konstant in der Speichereinrichtung (14) gespeichert ist,
eine Bestimmungseinrichtung (151) zum Vergleichen der von der Ver­ arbeitungseinrichtung (6) zugeführten Adreßdaten mit den in der Registereinrichtung (R1, R2) gespeicherten Adreßdaten zur Bestim­ mung dessen, ob der als nächstes durch die Verarbeitungseinrich­ tung (6) auszuführende Befehl in der Speichereinrichtung (14) ge­ speichert ist oder nicht und
eine Zugriffsanforderungserzeugungseinrichtung (154), die auf das Ergebnis der Bestimmung durch die Bestimmungseinrichtung (151) anspricht und eine Zugriffsanforderung an die Speichereinrichtung (14) oder an die externe Protokollverarbeitungsprogramm-Speicher­ vorrichtung (9, 10) erzeugt.

5. Datenübertragungsprozessor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Registereinrichtung (R1, R2) die Adreßdaten des Befehls, der konstant in der Speichereinrichtung (14) gespeichert ist, nur für eine Ebene speichert und die Verarbeitungseinrichtung (6) den Speicherinhalt der Registereinrichtung jedesmal aus­ tauscht, wenn eine zu verarbeitende Ebene geändert wird, womit Adreßdaten des der zu verarbeitenden Ebene entsprechenden Befehls durch die Verarbeitungseinrichtung (6) in die Registereinrichtung (14) gespeichert werden.

6. Datenübertragungsprozessor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (14) einen Direktzugriffsspeicher aufweist.

7. Datenübertragungsprozessor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (14) alle Befehle in einem Protokollverarbeitungsprogramm jeder Ebene spei­ chert.

8. Datenverarbeitungsprozessor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (14) einen Nur-Lese-Speicher aufweist.