JP3630739B2 - ローカルエリア・ネットワークシステムおよびスイッチング方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、半導体回路に関し、さらに詳しくは、FDDI(fiber data distributed interface)回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、FDDIコンセントレータ・システムは、個別部品からなるELM(elastic buffer and layer management) 回路,不適切な個別部品からなる多重化相互接続(multiplexed interconnection) 回路および他の個別的な部品から設計・構築されている。この種の設計により、多くの問題が生じている。個別部品で構成されるELMが用いられているだけでなく、スイッチング・マトリックス,スイッチング・マトリクスを制御する論理およびこれらのシステムを結合するすべてのバスは個別的に構築される。現在のFDDIコンセントレータ(concentrator)の基板寸法は、個別部品を用いているため極めて大きい。大きな基板寸法およびコンポーネントの数により、コンセントレータ・システムは極めて高価になっている。さらに、不適切な個別部品からなる多重化相互接続回路のため、包括的で柔軟性のあるFDDI仕様対応の相互接続をあらゆるFDDI環境で利用できない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、現在のコンセントレータにおけるスイッチング・マトリクスは、マルチプレクサによって構成されている。これらのマルチプレクサは個別部品で構成するには高価であり、その柔軟性は限られている。SMT(Station Management)ソフトウェアのあらゆる条件を満たすためには、非常に多くのマルチプレクサが必要になる。個別的システムでは一般に妥協が行われ、限られた相互接続の柔軟性を提供する限られた数のマルチプレクサを有する。これらのシステムは、SMTの条件と完全な整合性がない。
【0004】
スイッチング・マトリクスを一般に構成する多重化構造は、制御するのが極めて難しい。従って、個別的に構築される制御回路は複雑で、これらを制御するソフトウェアも困難である。これらの問題に対処することは、コンセントレータの設計時間を増加する。ハードウェア設計に時間がかかるのみならず、複雑な制御ソフトウェアは設計サイクル時間も増加する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の欠点は本発明によって克服され、他の利点が実現される。1つの形態では、本発明は、トークン・パッシング(token passing) ローカル・エリア・ネットワーク通信を可能にする集積回路によって構成される。この集積回路は、第1回路と、第2回路と、スイッチング用回路とを有する。第1回路は、第1入力,第2入力,第1出力および第2出力を有する。第1入力は、集積回路の外部から第1群のビットを受けるために用いられる。第1回路は、第1群のビットをデータ・フレームにまとめ、このデータ・フレームを第1回路の第1出力に与える。第2出力は、集積回路の外部にデータを与える。第2回路は、第1入力,第2入力,第1出力および第2出力を有する。第1入力は、集積回路の外部から第2群のビットを受けるために用いられる。第2回路は、第2群のビットをデータ・フレームにまとめ、このデータ・フレームを第2回路の第1出力に与える。第2出力は、集積回路の外部にデータを与えるために用いられる。スイッチング用回路は、第1回路の第1出力に結合された第1入力と、第2回路の第1出力に結合された第2入力と、集積回路の外部からデータを受ける第3入力と、第1回路の第2入力に結合された第1出力と、第2回路の第2入力に結合された第2出力と、集積回路の外部にデータを与える第3出力とを有する。
【0006】
別の形態では、本発明は、N個の回路と、1つのクロスバ・スイッチング回路(crossbar switching circuit)とを有するローカル・エリア・ネットワーク(LAN)で用いられる集積回路によって構成される。Nを2以上の有限整数とすると、各N個の回路は、集積回路の外部からの固有の入力と、集積回路の外部への固有の出力とを有する。各N個の回路は、集積回路を通過するビットを符号/復号し、受信されたバイナリ・ビットをデータ・フレーム構造からまたはデータ・フレーム構造にまとめ、固有入力と固有出力との間で着信データ(incoming data) と発信データ(outgoing data) との間のクロック許容差(clock tolerance) を調整し、集積回路内で符号化データにおける誤りを検出するために用いられる。クロスバ・スイッチング回路は、(1)少なくともN+1本の入力、ただしN+1入力のNはそれぞれN個の回路の固有の1つに結合され;(2)少なくともN+1本の出力、ただしN+1出力のNはそれぞれN個の回路の固有の1つに結合され;(3)第1外部集積回路端子に結合された少なくとも1つの入力;および(4)第2外部集積回路端子に結合された少なくとも1つの出力を有し、このクロスバ・スイッチにより任意のN+1入力をプログラマブル・アドレス・ビットを介して任意のN+1出力に結合できる。
【0007】
さらに別の形態では、本発明は、ローカル・エリア・ネットワークにおいて複数の出力導線に対する複数の入力導線の相互接続を制御する方法によって構成される。この方法は、複数の制御レジスタにおける各制御レジスタにアドレス値を書き込むことからなり、複数の制御レジスタにおける各制御レジスタは、少なくとも1つの出力導線に相当し、各制御レジスタに書き込まれた各アドレス値は入力導線を識別する。スイッチング回路は、複数の制御レジスタに格納されたアドレス値に基づいて、任意の1つの入力導線を任意の1つの出力導線に接続するためスイッチングされる。
【0008】
さらに別の形態では、本発明は、Nを2以上の有限整数とするN個の個別回路と、1つのクロスバ・スイッチング回路とを有するローカル・エリア・ネットワーク・システムによって構成される。
【0009】
さらに別の形態では、本発明は、ローカル・エリア・ネットワーク・システムで用いられるコンセントレータ・システムによって構成される。コンセントレータは、コンセントレータ・システムの動作を管理するためのプロセッサを有する。このプロセッサは、アドレス・バス,データ・バスおよび少なくとも1つの制御信号を有する。コンセントレータは、各アドレス・バス,データ・バスおよび少なくとも1つの制御信号に結合された集積回路を有する。この集積回路は、集積回路内にM個の回路を有し、ここでMは2以上の正の有限整数であり、各M個の回路はコンセントレータ・システム内で複数のデータ・ビットを受け、これら複数のデータ・ビットをデータ・フレームにまとめる。M個の回路はスイッチング回路を介して選択的に相互接続され、ローカル・エリア・ネットワーク内でデータ・フレームを転送する。コンセントレータは、コンセントレータ・システムの外部から与えられた第1データ・ストリームからデータ・ビットを抽出する第1回路を有する。この第1回路は、データを集積回路に送出するために結合された第1端子と、集積回路からデータを送信するための第2端子とを有する。コンセントレータは、コンセントレータ・システムの外部から与えられた第2データ・ストリームからデータ・ビットを抽出する第2回路を有する。この第2回路は、データを集積回路に送出するために結合された第1端子と、集積回路からデータを送信するための第2端子とを有する。
【0010】
さらに別の形態では、本発明は、ELM回路と、ビットをスクランブルおよびアンスクランブルするための暗号回路(cipher circuit)とを集積回路内で有する単一集積回路によって構成される。
【0011】
本発明は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかになろう。
【0012】
【実施例】
図面を簡単かつわかりやすくするため、図面における要素は必ずしも原寸通りではない。例えば、わかりやすいようにある要素の寸法は他の要素に対して誇張されている。さらに、適切と考えられる場合には、対応するまたは同様な要素を示すため参照番号は複数の図面を通じて繰り返し用いられている。
【0013】
一般に、本発明は、固有のカッド(quad)ELM集積回路,カッドELM集積回路設計,カッドELM集積回路を利用するローカル・エリア・ネットワーク(LAN),カッドELM集積回路を利用するFDDI,1つ以上のカッドELM集積回路を利用するコンセントレータ,およびカッドELMデバイスの他の効率的な利用についてクロスバ・スイッチングを行う方法および装置を提供する。カッドELMデバイスおよびスイッチング方法は、3つのバスおよび1つのクロスバ・スイッチを有する単一集積回路上で4つのELMデバイスを集積することによって達成され、これによりユーザは、4つのELMおよび3つのバスを多くのさまざまな構成に配列できる。カッドELM集積回路を利用する任意の設計は、SMT(Station Management)ソフトウェアの条件に完全に準拠できる。
【0014】
カッドELMデバイスの主な用途は、FDDIコンセントレータであり、カッドELMデバイス上のクロスバ・スイッチによって提供される柔軟性によって、カッドELMを利用するコンセントレータ・システムは、前述のようにFDDISMTソフトウェア条件に準拠できる。これは、図1に示すカッドELMデバイスではなく、個別的な部品で構成された従来のFDDIコンセントレータでは、不可能ではないにしても困難であった。カッドELMチップ上にクロスバ・スイッチを設けることにより、コンセントレータ設計における外部多重化方式およびそれに伴う制御回路の必要性が無くなる。このことは、4つのELMデバイスが単一集積回路上で集積されるという事実とともに、コンセントレータ設計における基板面積を低減し、柔軟性を改善し、コストを節減する。
【0015】
これらの特徴の他に、カッドELMデバイスは、ELMデバイスに結合される4つの暗号デバイス(Cipher device) (スクランブリング/デスクランブリング・デバイス/回路ともいう)を提供する。これらの暗号デバイスは、ELMデバイスによって生成されたビット・ストリームをスクランブルするために利用でき、それによりビット・ストリームを、FDDIで用いられる本来の媒体である光ファイバ・ケーブル接続ではなく、UTP(Unshielded Twisted Pair) 接続で送出できるようになる。また、暗号デバイスは、ELMデバイスへの着信ビット・ストリームのデスクランブルも行う。暗号デバイスの別の特徴は、特定のFDDI接続状態間の遷移制御の精細な細分性(granularity) を可能にするタイマのセットがあることである。
【0016】
本発明は、前述の欠点の多くを克服し、図1ないし図7を参照することによって詳しく理解される。図1は、4つのELM(elasticity buffer and layer management)回路12,14,16,18を有するカッドELMデバイスを示す。図1の4つのELM回路12,14,16,18は、クロスバ・スイッチ回路20を介して選択的に結合される。各ELM12,14,16,18は、データ・フレーミング(data framing),伸縮バッファリング(elasticity buffering),符号化,復号、平滑化(smoothing) ,ライン状態検出およびリピート・フィルタ(repeat filtering)を含む、FDDI規格の物理層機能を実行する。
【0017】
一般に、ELMデバイスは、FDDIプロトコルの物理層(PHY)の機能を実行することを目的とする。FDDIプロトコルは、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)上の分散クロックの利用を規定する。LANの各局は、LANにおけるすべての局を結合するFDDI通信リング上で、情報を送信するための局部発生クロックを有する。受信局は、自局のクロックを着信データ・ストリームに同期させる。局はこのクロックを利用してデータを復号し、ローカル・クロックをクロック源として用いてデータを送信する。
【0018】
また、ELMデバイスはLAN内の情報を符号化・復号化する。FDDIシステムにおける基本的な情報単位は「シンボル(symbol)」である。シンボル(データを送信するために用いられるデータ・シンボル;FDDI通信リング保全性を検証・維持するために用いられるライン状態シンボル(line state symbol) ;データ・フレームのステータスを示すために用いられる制御インジケータ・シンボル)は、通信リング上で局から局に送信される。データ・フレームまたは複数のグループ化されたシンボルまたはシンボルのデータ・ストリームは、ELMデバイスを介してFDDIシステムで通信される。FDDI符号および復号処理は、当技術分野で周知である。
【0019】
FDDIシステムにおける各ELMは、伸縮バッファを利用する。各局は、局部発生クロックを利用してシンボルを送信し、各クロックは厳密に同じ周波数で動作しない。よって、もし補正を行なわなければ、通信中にビットを失う可能性がある。伸縮バッファは、不整合クロック周波数によりビットが失われないようにするため用いられる。
【0020】
各ELMは、平滑処理を行う。各FDDIフレームの開始は、空きバス(idle bus)からの空きシンボル(idle symbol) を格納する。同期はこれらの空きシンボルを介して行われる。フレームが通信リングを回ると、シンボル・フレームのプリアンブル・シンボルの一部が失われ、フレーム自体が失われることがある。これを防ぐために、平滑装置(smoother)がELMデバイスによって構築され、平滑装置は通信リングでフレームを反復する前にプリアンブルにフレームを挿入または削除する。この挿入および/または削除は、リングにおける下流の隣接局がフレームを正しく受信するために十分なプリアンブルが存在するように実行される。
【0021】
ELMリピート・フィルタは、コード違反または無効ライン状態がリングを伝搬することを防ぐために用いられる。リピート・フィルタは、有効フレームの伝搬や、失われたまたは破損したフレームの伝搬を可能にして、これらがリング上の次のメディア・アクセス制御(MAC)エンティティによってカウントできるようにし、また局が上流の隣接局から下流の隣接局などにデータを反復できるようにする。
【0022】
図1において、クロスバ・スイッチ回路20は、各4つのELM回路12,14,16,18が3つの入力データ・バス(P_BUS_IN,S_BUS_IN,R_BUS_IN),3つの出力データ・バス(P_BUS_OUT,S_BUS_OUT,R_BUS_OUT)および他のELM回路12,14,16および/または18とどのように結合するかを制御する。好適なクロスバ・スイッチは、任意の入力を任意の出力と結合できる。クロスバ・スイッチ20の各入力および出力は11ビット幅である。これらの11ビット・バスは、10ビットのデータ(2つのパラレル5ビット符号化データ値がFDDIバス・プロトコルで通信される)および1つのパリティ・ビットを含む。3つの入力データ・ポート(P_BUS_IN,S_BUS_IN,R_BUS_IN)および3つの出力データ・ポート(P_BUS_OUT,S_BUS_OUT,R_BUS_OUT)は、別のELM,カッドELMまたはメディア・アクセス制御(MAC)デバイスに対してデータ・フレームを転送するために利用できる。
【0023】
図1に示す暗号回路22,24,26,28は、メディアに発信するデータをスクランブルし、かつメディアから着信する入力データをデスクランブルするためにカッドELMによって任意に用いられる。
【0024】
図1に示す局1,2,3,4は、光ファイバまたはツイスト・ペア・メディア(twisted pair media)を介して回路10に結合された別のFDDI端末局(例えば、ワークステーション)またはコンセントレータを表す。図1の要素について、以下で詳細に説明する。
【0025】
図2は、図1のクロスバ・スイッチとして利用できるクロスバ・スイッチ20を示す。図2は、クロスバ・スイッチ20への入力と、図1の4つのELM回路12,14,16,18の出力との間に結合されたバスと同様な入力バス、すなわち、ELM W12からの出力であるバス(W_ELM_IN)と、ELM
X13からの出力であるバス(X_ELM_IN)と、ELM Y14からの出力であるバス(Y_ELM_IN)と、ELM Z15からの出力であるバス(Z_ELM_IN)を示す。図2における入力バスP_BUS_IN,R_BUS_IN,S_BUS_INは、図1に記した入力バスと同様である。
【0026】
また、図2は、図1に示すELM回路12,14,16,18にクロスバ・スイッチ20を結合するバスと同様な、クロスバ・スイッチ20の出力バス、すなわち、ELM W12への入力であるバス(W_ELM_OUT)と、 ELMX14への入力であるバス(X_ ELM_OUT)と、 ELM Y16への入力であるバス(Y_ ELM_OUT)と、 ELM Z18への入力であるバス(Z_ ELM_OUT)を示す。図2に示す出力バス P_BUS_OUT,R_BUS_OUT,S_BUS_OUTは、図1に記した出力バスと同様である。
【0027】
クロスバ・スイッチ20は、入力バスW_ELM_IN,X_ELM_IN,Y_ELM_IN,Z_ELM_IN,P_BUS_IN,R_BUS_IN,S_BUS_INを出力バスW_ELM_OUT,X_ELM_OUT,Y_ELM_OUT,Z_ELM_OUT,P_BUS_OUT,R_BUS_OUT,S_BUS_OUTに選択的に結合する。この選択的結合は、スイッチW_SWITCH30,X_SWITCH31,Y_SWITCH32,Z_SWITCH33,P_SWITCH34,R_SWITCH35,S_SWITCH36によって行われる。各スイッチ30,31,32,33,34,35,36は、入力バスの1つを出力バスに結合する。制御レジスタ60,61,62,63,64,65,66は、制御ビット(すなわち、各入力について1つの固有アドレスである、アドレス・ビット)をスイッチ30,31,32,33,34,35,36に与え、これらは図2の各スイッチの出力にどの入力を結合するかを決定する。
【0028】
レジスタ制御回路40は、入力アドレス・バス(ADDR),双方向データ・バス(DATA),入力制御信号(READ/WRITE),入力制御信号(SELECT),入力制御信号(TESTMODE)および出力制御信号(WRITE_XBAR)を有する。レジスタには2段階ある。第1段のレジスタ50,51,52,53,54,55、56は、DATAバスから取り込まれた値で書き込まれる。第2段のレジスタ60,61,62,63,64,65,66は、スイッチ30,31,32,33,34,35,36への実際の制御信号を格納する。制御レジスタ回路40がWRITE_XBAR信号をアサートすると、第1段のレジスタにおけるデータは第2段のレジスタに転送される。これにより、すべてのスイッチは時間的に同時(すなわち、並列に)に構成を変更できる。TESTMODE信号がアサートされると、現在のレジスタ値はオーバライド(override)され、クロスバ・スイッチ20におけるレジスタは、テスト用に1つのELMデバイスを分離するように構成される。
【0029】
レジスタ制御回路40は、ADDRバスを利用して、第1段のどのレジスタに作用するかを決定する。また、ADDRによって選択できる番地があり、この番地に任意の値が書き込まれると、WRITE_XBAR信号がアサートされる。READ/WRITE信号は、レジスタについてリードまたはライトを行うかを決定し、SELECT信号はイベント(リードまたはライト)を発生させる。リード機能が選択されると、ADDRによって決定されたレジスタによって格納されたデータがDATAバスに乗せられる。ライト機能が選択されると、DATAバス上にあるデータがADDRによって選択されたレジスタに入れられる。
【0030】
また、図2は、Dフリップフロップ70,71,72の3つのバンクを示す。Dフリップフロップ70,71,72は、入力クロック(CLK)と、入力バスP_BUS_IN,R_BUS_IN,S_BUS_INをそれぞれ有する。Dフリップフロップ70,71,72は、CLK信号の立ち上がりで3つのバス上にあるデータを捕捉する。Dフリップフロップ70,71,72の出力は、P_SWITCH34,R_SWITCH35,S_SWITCH36への入力と結合される。Dフリップフロップ70,71,72は、P_BUS_IN、R_BUS_IN,S_BUS_INバス上のデータをCLKと同期させるために用いられる。これら3つのバスの1つがスイッチ34,35または36の出力に選択されると、このスイッチの出力は入力バスの再同期されたバージョンとなる。これは、カッドELM回路10への入力バスの1つが任意のELMデバイス12,14,16または18の入力に結合せずに直接回路10を通過すると、バスは同期されるように行われる。この同期により、他のカッドELM回路10を直接通過するタイミング遅延を受けずに、多重カッドELM回路10を縦続しやすくなる。
【0031】
前述のように、制御信号TESTMODEがアサートされると、クロスバ・スイッチ20はテスト用に4つのELM回路12,14,16または18の1つを分離する。どのELM回路が分離されるかは、ADDRバスによって決定される。特定のELM回路がテストのために分離されると、このELM回路への追加入力信号がMUX80,81,82,83によって利用可能になる。ELM回路に対するこれらの追加入力信号は、バス(W_TEST_OUT,X_TEST_OUT,Y_TEST_OUT,Z_TEST_OUT)にまとめられる。追加入力は、MUX80,81,82,83の入力に結合されたS_BUS_IN上の特定のビットを介してアクセスされる。TESTMODEおよびADDRは、4つのMUX80,81,82,83を制御する。特定のELM回路がテスト用に分離されない場合、入力バス(DEFAULT)がMUX80,81,82,83によってこれらの追加入力信号に結合される。
【0032】
ELMデバイス12,14,16または18の1つがテスト用に分離されると、カッドELMデバイス10の外部からアクセスする必要のあるELMから追加出力がある。これらの追加出力信号は、マルチプレクサMUX86およびMUX88によってS_BUS_OUTバス上の特定のピンに結合される。MUX86は、ADDRバスによって制御され、MUX88の入力にどのELM出力信号を結合するかを選択する。MUX88は、TESTMODE信号によって制御される。TESTMODEがアサートされると、追加ELM出力信号はS_BUS_OUTバスに結合される。TESTMODEがアサートされないと、MUX88はS_SWITCH36の出力を出力バスS_BUS_OUTに結合する。
【0033】
図3は、ELM回路12,14,16,18として図1で用いることができるELM(elastic buffer and layer management) 回路を示す。以下では、ここのELM回路の機能について説明する。
【0034】
受信データ入力100は、入力クロック(RSCLK)を利用して入力データ・ストリーム(RDATA)をELM回路に同期させる。RDATAおよびRSCLKは、図1の暗号回路からのELM回路に対する入力と同様である。
【0035】
EBローカル・ループバックMUX102は、受信データ入力100からのデータ・ストリームまたは送信データ・ストリームのいずれかを選択する。
【0036】
フレーマおよび伸縮バッファ(Framer and Elasticity Buffer)104は、着信データを整合させて、適切なシンボル整合を行うために用いられる。各フレームの開始で用いられる開始デリミタは、フレーマおよび伸縮バッファ104によって検出され、データの適切なシンボル境界を決定するために用いられる。フレーマおよび伸縮バッファ104は、開始デリミタであるJKシンボル対が前のフレームから独立して検出されるように設計される。フレーマおよび伸縮バッファ104は、独立した局クロックで異なるFDDI局間でデータを渡すことを可能にするために必要なバッファリングを行う。フレーマおよび伸縮バッファ104は、80ビット・バッファおよび制御回路からなる。フレーマおよび伸縮バッファ104は、局における送信および受信クロックの差を補償するために用いられる。データは、RSCLK入力によってフレーマおよび伸縮バッファ104にクロック入力され、ローカル・バイト・クロックによってバッファからクロック出力される。ただし、フレーマおよび伸縮バッファ104は、ELMチップの残りの部分とは異なるローカル・バイト・クロックのバージョンを利用する。このバージョンは、ローカル・シンボル・クロック(SYMCLK)からELM回路において生成される。
【0037】
通常、リンク管理ローカル・ループバックMUX106(LMローカル・ループバックMUX106)は、フレーマおよび伸縮バッファ104からデータを選択し、これをデコーダ108に渡す。LMローカル・ループバックMUX106は、送信データ・ストリームを選択することができ、別のループバック・テストにより故障分離を可能にする。
【0038】
デコーダ108は、受信されたデータ・シンボルの必要な4B/5B(4ビットから5ビットへの)復号を行う。LMローカル・ループバックMUX106からの整合されたデータの5ビットは、4ビットのデータと1制御ビットとに復号され、上位ビットが制御ビットである。復号されたデータは、バイパスMUX110に送られる。デコーダはシンボル対を処理するが、各シンボルは互いに独立して復号される。復号および符号方式は、当技術分野で周知である。
【0039】
一般に、バイパスMUX110は、デコーダ108から復号データ・ストリームを選択し、それをスクラブ(Scrub) MUX112に渡す。バイパスMUX110は、送信データ入力122からもデータ・ストリームを選択できる。バイパスMUX110は、一般に、局をリングから切り離し、しかもリング連続性を提供するために、カッドELM回路10を採用しない従来のコンセントレータとともに用いられる。
【0040】
一般に、スクラブMUX112は、バイパスMUX110からデータ・ストリームを選択し、これを受信データ出力114に渡す。また、スクラブMUX112は、空きシンボルを空きバスからデータ・ストリームに強制的に入れることもできる。スクラブMUX112は、一般に、リングを「スクラブ」する際に、空きシンボルを強制的に入れるため物理接続挿入および除去中に用いられる。
【0041】
受信データ出力114は、出力データ・バス(RCDATA)上でスクラブMUX12からELMの外部にデータを出力する。RCDATAは、ELMをクロスバ・スイッチ20(図1参照)に結合したELMからの出力バスと同様である。受信データ出力114は、データとともに奇数パリティ・ビットを出力し、さまざまなELM回路間で故障分離を可能にする。
【0042】
ライン・ステート・マシーン116は、LMローカル・ループMUX106から出力された受信データ・ストリームを監視して、ライン状態を検出する。ライン状態(line state)とは、シンボル、すなわちQ(quiet) ,H(halt),I(idle)およびJKスタート・デリミタの特別のグループである。これらのライン状態は、近接局間の物理接続を確立するためのものである。これらのライン状態は、シンボル境界から独立して認識できる点で独特である。
【0043】
エラー・カウンタ118は、物理接続管理回路(Physical Connection Management: PCM) 136に対して入リンク品質(inbound link quality)の表示を与える。新規接続を確立するため、物理接続管理回路136はこの表示を利用して、リンク正常性試験(Link Confidence Test)に合格したかどうか調べる。リンクがアクティブになると、PCMはエラー・カウンタ118を連続的に監視して、不適切なビット誤り率を有するリンクを検出する。
【0044】
送信データ入力122は、入力送信データ・ストリーム(TXDATA)をローカル・バイト・クロック(BYTCLK)の立ち上がりに同期させる。TXDATAデータ・ストリームは、まずローカル・シンボル・クロック(SYMCLK)の負エッジによってストローブされる。TXDATAは、クロスバ20からELMへの入力バス(図1参照)と同様である。パリティはデータ・ストリーム上でチェックされ、パリティがエラーの場合には、データ・ストリームは強制的に違反シンボル(violation symbol)にさせられる。
【0045】
一般に、リモート・ループバックMUX124は、送信データ入力122からデータ・ストリームを選択して、このデータ・ストリームをリピート・フィルタ134とデータ・ストリーム発生器126とに渡す。
【0046】
データ・ストリーム発生器124はマルチプレクサを利用して、物理接続管理回路136,リピート・フィルタの制御の下で、あるいは外部プロセッサによって、指定されたシンボル対を生成する。
【0047】
リピート・フィルタ134は、空き(Idle)およびアクティブ(Active)ライン状態のみをELMに通過させる。無効ライン(invalid line)状態は、空きシンボル・ストリームになる。また、リピート・フィルタ134が破損したフレームを検出すると、4つのHシンボルと次に1つのIシンボルを送信することによりこのフレームを切り落とす。また、リピート・フィルタ134は、フレーム・フラグメントを検出し、各フラグメント内の最後の2つのシンボルをIシンボルに変える。フラグメント(fragment)とは、終了デリミタ(ending delimiter)の前にIシンボルがデータ・ストリームに現れるフレームのことである。本明細書で用いてきたさまざまなFDDI用語については、1985年6月16日に発行され、Sperry Corp.社に譲渡されたHamstra et al.による米国特許第4,530,088号を参照されたい。該特許はそれ以降ANSI FDDI規格となっている(特に、図12Aおよび図12Bを参照)。
【0048】
エンコーダ128は、データ・ストリーム発生器126からのデータ・シンボルの4B/5B符号化を行い、生成データ・ストリームをテスト・データMUX130に渡す。データ・ストリーム発生器126からのデータの4ビットおよび1制御ビットは、固有の5ビット・シンボルに符号化される。エンコーダはシンボル対に作用するが、各シンボルは互いに独立して符号化される。
【0049】
一般に、テスト・データMUX130はエンコーダ128からのデータを選択して、これを送信データ出力132に渡す。また、テスト・データMUX130は、内蔵自己テスト120(Built−In−Self−Test: BIST120)からのデータも選択できる。
【0050】
送信データ出力132は、EBローカル・ループバックMUX102,LMローカル・ループバックMUX106およびELM回路のTDATA出力に出力する。TDATA出力は、図1におけるELMから暗号回路への出力バスと同様である。送信データ出力132は、受信したシンボル対をバイト・ローカル・クロックを利用して変換し、シンボル・ローカル・クロックを利用してシンボルを出力する。
【0051】
物理接続管理回路136は、リングからのリンクの挿入および削除を制御する。バイパスMUX110は、リンクを分離するため物理接続管理回路136によって用いられる。物理接続管理(PCM)回路136は、SMT規格によって規定されるPCMステート・マシーンを構成する。PCMステート・マシーンは、ELM回路の外部のノード・プロセッサにあるソフトウェアによって制御される。ノード・プロセッサ・インタフェース138は、物理接続管理回路136を含むELM回路を制御するため外部ノード・プロセッサによって用いられる。
【0052】
ノード・プロセッサ・インタフェース138は、外部プロセッサによるステータス監視およびELM回路の制御を行う。ノード・プロセッサ・インタフェース138は、35個の制御/ステータス・レジスタからなる。
【0053】
内蔵自己テスト(BIST)120は、疑似ランダム・データをELM回路に循環させることによってELM回路をテストする。ELM回路内のさまざまな副回路は、データに応答すると調べられ、その動作に基づいたサイン(signature) が生成される。このサインは、正しいサインと照合されて、チップが機能していることを検証できる。BIST120の範囲内のELM回路内の不良または故障により、異なるサインが生成される。
【0054】
ELM回路は、上記の副回路を利用して、ANSI FDDI PHY規格,4B/5B符号および復号,伸縮バッファ,データ・フレーム認識および整合,PCMステート・マシーン,ライン状態検出,リピート・フィルタ,スクラバ(Scrubber)およびBIST機能をサポートする。
【0055】
図4は、図1の暗号回路22,24,26,28のいずれかとして利用できる暗号回路を示す。図4は、1つの暗号回路22を示す。暗号回路22は、スクランブラ回路152と、対応するデスクランブラ回路154とを有する。
【0056】
スクランブラ回路152は、図3に示すELM回路のTDATA出力である入力送信データをスクランブルする。スクランブル動作は、多項式X11+X9 +1を用いてLFSRカウンタによって生成されるモジュロ2キー・ストリームをデータに追加することによって行われる。スクランブラ152は、ELM回路からの出力としての5ビット・シンボルに作用する。
【0057】
デスクランブラ154は、スクランブラ152で用いられたのと同じカウンタによって生成された同じモジュロ2ビット・ストリームを引くことによって、受信データをデスクランブルする。また、デスクランブラ154は、受信データ入力からの入力として5ビット・シンボルに作用する。デスクランブラ154が遠隔送信側のスクランブラ152で用いられるのと同じキー・ストリームを生成するためには、デスクランブラ154は、受信ビット・ストリームにときどき存在する反復するシンボル(例えば、I(Idle),Q(Quiet) ,H(Halt)およびM(Master))による特殊なパターンを検出する。
【0058】
一般に、信号検出フィルタ156は、INPUT SIGNAL DETECTをOUTPUT SIGNAL DETECTに渡す。信号検出フィルタ156は、INPUT RECEIVED DATAを監視して、入力受信データ・バス上でアクティビティ無しに1μS以上経過した場合に、OUTPUT SIGNAL DETECTは、アクティビティがアサートされるまでデアサート(de−assert)に保持される。OUTPUT SIGNAL DETECTのアサートは、デスクランブラ154がそのキー・ストリーム発生器を同期させて、それにより正しいOUTPUT RECEIVED DATAを生成することができるように、1μs遅延される。
【0059】
Fotoffアサート・タイマ150は、ELM回路からのFOTOFF出力のアサートを遅延させる。このタイマは、2.62μSまで40nS単位でプログラム可能である。アサート・タイマがFOTOFFを遅延している間、ループバック回路158は、入力信号検出だけでなく入力受信データ・ストリームも強制的にオフ(force off) する。これにより、受信側が目標の10−9のビット誤り率を達成するための追加時間が許される。
【0060】
Fotoffデアサート・タイマ151は、ELM回路からのFOTOFF出力のデアサートを遅延させる。このタイマは、2.62μまで40nS単位でプログラム可能である。このタイマにより、FOTOFFが遅延されている間に、スクランブルされたQ(Quiet) シンボルを送信できる。この遅延時間の次に、「真の」すなわちスクランブルされていないQシンボルが送信され、遠隔受信機の検出およびリセットを容易にする。すなわち、Fotoffデアサート・タイマ151により、タイマがタイムOUTするときに、所定の時間にスクランブルされたQシンボルを送信し、それに続いてスクランブルされていないQシンボルを送信できる。
【0061】
一般に、ループバック回路158は、FOTOFF,出力送信データ,入力受信データおよび入力信号検出信号を透過的に渡す。ループバック機能がアクティブのとき、スクランブラ回路152の出力はデスクランブラ回路154の入力に送られ、信号検出フィルタ156へのSIGNAL DETECT INPUTは強制的にアクティブにされ、OUTPUT TRANSMIT DATAは強制的にQシンボルにされ、FOTOFFは強制的にアクティブにされる。
【0062】
図5は、図1に示す1つ以上のカッドELMデバイスを含むように設計されたコンセントレータ200を示す。マイクロプロセッサ201は、コンセントレータの局管理制御機能を提供する。これは、ANSI SMT FDDI規格に定義されるSMT規格を構築することを含む。このコンセントレータは、出力アドレスバス(ADDR),出力制御バス(CNTRL)および双方向データ・バス(DATA)を利用して、コンセントレータ・システム内の他の回路と通信する。
【0063】
メモリ202は、SMTソフトウェア・コードと、このソフトウェア・コードが利用する変数とを格納する。メモリ202は、ADDR,CNTRLおよびDATAバスを介してマイクロプロセッサ201によってアクセスされる。
【0064】
FDDIシステム・インタフェース(FSI)回路204およびメディア・アクセス制御(MAC)206は、SMT規格に任意に規定されるリンク正常性試験を行うため、物理接続挿入処理中にデータ・フレームの送受信する機能を提供する。物理接続挿入処理中にデータ・フレームを送受信するこの機能は、コンセントレータ200の通常動作では用いられず、通信リングに参加する前に局との2点間(point to point)通信のためにのみ用いられる。MAC206は、R−BUSを介して局に結合され、このR−BUSは、コンセントレータ200システム内の任意の1つの局に結合することを可能にする。MAC206は、「ロービングMAC(Roving MAC)」ともいう。FSI204は、データおよび制御情報の両方を含む出力バス(DTRANS)と、データおよび制御情報の両方を含む入力バス(DREC)とによってMAC206に結合される。FSI204およびMAC206はともに、ADDR,CNTRLおよびDATAバスを介してマイクロプロセッサに結合される。
【0065】
図5におけるカッド ELM回路10,11は、図1のカッド ELM回路と同様である。図5に示すようなコンセントレータ・システムには、図5において8つ(図1のような各カッド ELMに4つのELMデバイス)あるように、2つ以上の ELM回路がなければならない。カッド ELM回路10,11は、ADDR,CNTRLおよびDATAバスを介してマイクロプロセッサ201に結合される。カッド ELM回路10,11は、R_BUSを介してMAC回路に結合され、P_BUSおよびS_BUSを介して互いに結合される。カッドLM回路10は、入力データおよび制御バスと、出力データおよびクロックバスとを介して、4つのFDDIクロック発生器(FCG)回路210,211,212,213に結合される。カッド ELM回路11は、入力データおよびクロック・バスと、出力データおよび制御バスとを介して4つのFCG回路214,215,216,217に結合される。
【0066】
FCG回路210,211,212,213,214,215,216,217は、2つの役割を果たす。カッド ELM回路10,11における ELM回路によって必要とされるシンボルおよびバイト・ローカル・クロックの両方は、FCG回路210,211,212,213,214,215,216,217によって生成される。カッドELM回路10,11におけるELM回路からの5ビット幅シンボル・データは、周知の方法でシリアル化およびNRZI符号化されて、FCG回路210,211,212,213,214,215,216,217によってコンセントレータの外部に出力される。シリアルNRZI符号化されたデータは、コンセントレータ回路200の外部からFCG回路210,211,212,213,214,215,216,217によって受信される。FCG回路210,211,212,213,214,215,216,217は、クロックを復元し、この入力ビット・ストリームからデータを抽出する。
【0067】
コンセントレータ回路200は、図5に示す入力/出力ポートを介してメディア依存ドライバおよび受信機に結合される。AポートおよびBポートは、FDDIシステムにおけるバックボーン・リングに結合する。マスタ・ポートは、別のFDDIコンセントレータ回路またはFDDI終端局に結合する(コンセントレータ,通信リングおよび終端局がどのようにくみ合わさってローカル・エリア・ネットワークを形成するかについては、図6を参照)。
【0068】
図6は、図5のコンセントレータと同様なコンセントレータ300,302,306,308を利用するローカル・エリア・ネットワーク(LAN)またはFDDIシステムを示す。コンセントレータ300,302は、デュアル反周回(counter−rotating)FDDIバックボーン通信リング304に結合されたデュアル・アタッチ・コンセントレータ(dual attach concentrator: DAC)である。コンセントレータ306,308は、システム階層において上にあるコンセントレータのマスタ・ポートに結合されたシングル・アタッチ・コンセントレータ(single attach concentrator: SAC)である。例えば、コンセントレータ302は、システム階層においてコンセントレータ306の上にある。図6においてFDDI終端局を表す終端局310,311,312,313,314も、システム階層において上のコンセントレータのマスタ・ポートに接続される。終端局は、コンピュータ,ワークステーション,通信装置または他のFDDI/LAN互換デバイスでもよい。
【0069】
コンセントレータは、終端局または他のFDDIコンセントレータの接続ポイントとなる。また、コンセントレータは局バイパス,局挿入およびネットワーク管理の機能を行う。コンセントレータが高い誤り率または不良接続を検出すると、不良終端局またはコンセントレータをリングから論理的に切り離す。コンセントレータは、不良の訂正またはオンライン化した終端局またはコンセントレータに応答して任意の終端局またはコンセントレータを挿入できる。ネットワーク管理ソフトウェアにより、ネットワーク管理者はネットワークのニーズに応じてコンセントレータを構成できる。この機能は、故障分離に利用できる。
【0070】
デュアル・リング304は、データ送信用の主経路および副経路を提供する。通常動作では、主経路のみが用いられる。ネットワーク上で1つの故障があると、ネットワーク管理は、データを副経路に論理的に送って、故障した部分を分離することによって、故障を迂回できる。これは、1つの連続したリングを形成する。
【0071】
図6に示すネットワークの目的は、終端局間で情報の交換を可能にすることである。終端局310,311,312,313,314は、端末,ワークステーション,ホストまたは好適な形態ではサーバである。
【0072】
図7は、図2のスイッチング回路を制御するために用いられるスイッチング方法を示す。ステップ320は、スイッチング方法の開始である。ステップ322において、図2に示す制御レジスタ50,51,52,53,54,55または56の1つに値を書き込む。この書き込みは、図2で説明したようにレジスタ制御ブロック40と相互作用することによって行われる。ステップ324において、すべての制御レジスタ50,51,52,53,54,55,56が所望のクロスバ構成について適切な値を有しているかどうか調べられる。有していない場合、ステップ322は繰り返され、他のアドレス値が制御レジスタに入力される。すべて適切な値が第1段のレジスタにある場合、ステップ326において、図2のWRITE_XBAR信号をアサートさせるレジスタ制御40内の番地に書き込む。WRITE_XBAR信号のアサートにより、制御レジスタ50,51,52,53,54,55,56における値は第2段の制御レジスタ60,61,62,63,64,65,66に転送され、図2のスイッチ30,31,32,33,34,35,36は、これらのレジスタにおける値に基づいて出力を入力に結合する。従って、すべての出力に対するすべての入力のスイッチングは、時間的に並列に、または同時に行われる。ステップ326が完了すると、スイッチング回路構成は完了し、ステップ327でスイッチング方法は終了する。
【0073】
本発明は、カッドELMデバイスをスイッチングする方法を提供し、小型カッドELMデバイス/集積回路について、およびローカル・エリア・ネットワーク用途およびコンセントレータにおいてカッドELMを利用するためのさまざまな適用について説明してきた。このような方法およびカッドELM集積回路により、ユーザは従来技術に比べて多くの利点を実現できる。
【0074】
従来のコンセントレータの基板スペース条件は、コンセントレータ構成で可能な終端局の数を制限する。基板面積およびチップ数は、コンセントレータ設計においてカッドELMデバイスを利用することによって低減される。単一集積回路上で4つのELMデバイスを組み合わせ、かつスイッチング・マトリクス,マトリクス用制御回路,ELM間相互接続および暗号デバイスを内蔵することにより、基板面積制限の問題は解決される。チップ数および基板面積の低減は、コスト節減につながる。
【0075】
カッドELM上に暗号回路を集積することにより、暗号回路が提供する機能のソフトウェア制御が可能になる。これは、各ELM回路の内部のソフトウェア・インタフェースを利用することによって達成される。すでにデバイスに固有のこのソフトウェア・インタフェースを利用することにより、暗号回路について別のインタフェースの必要がなくなり、コストおよび面積条件をさらに低減する。
【0076】
離散多重化構造を利用する従来のコンセントレータは、SMTによってコンセントレータで必要とされるすべての構成状態を構築するために必要な柔軟性のレベルをコスト効率的に達成できない。すべての出力を任意の入力に結合させることにより、クロスバ・スイッチはこの必要性に十分なレベルの相互接続柔軟性を提供する。
【0077】
クロスバ・スイッチング・マトリクスを用いることは、カッドELMで実施されるレジスタ制御方式によって簡単になる。クロスバ内の各出力は、制御レジスタ内の3ビット・フィールドによって制御される。これら3ビット・フィールド(アドレス)は、すべての出力について同じく設計される。これら3ビット・フィールドにより、任意の入力を任意の時間に任意の出力に結合できる。これは、クロスバ・スイッチを構成するために必要なソフトウェアを大幅に簡略化し、SMT互換性を柔軟に提供する。
【0078】
従来のコンセントレータ構成では、バックボーン・リングからELMを追加または削除するスイッチング・マトリクスは、システムがリセット状態になると、ネットワーク上の終端局に対するサービスに中断を生じる。これは、ネットワーク内のELMの構成が変更される度に生じる。カッドELMでは、WRITE_XBAR信号により、構成マトリクス全体が一度にスイッチングでき、4つのすべてのELMを同時に再構成し、サービス中断の影響を軽減する。
【0079】
さまざまな種類のメディアにおけるFDDI規格の進化に伴い、検討中の問題の1つは、SMTのブレーク接続中に真のQ(quiet) 信号またはスクランブルされたQ信号を送信すべきかどうかである。FOTOFF信号のアサートおよびデアサートを行う高精細タイマにより、外部FCG回路によるスクランブルQから真Qへの遷移の制御が可能になり、図1のカッドELMの用途が広がる。
【0080】
以上、本発明について特定の実施例を参照して図説してきたが、さらなる修正や改善は当業者に想起される。例えば、回路上のELMデバイスの数は、2以上の任意のELMを含め変更できる。ELM回路の機能または目的と同様な他の回路も、カッドELM設計においてELMの代わりに代用できる。
【0081】
集積のため、カッドELM設計において冗長な部分がある。これらの部分は回路内で組み合わせて、チップ上のゲート数を低減できる。より高いレベルの集積も可能である。前述のMAC,FSIおよびFCG回路など追加回路をカッドELM回路に取り込んで、さらに小型化および低コスト化を進めることができる。別の可能な変更として、カッドELM回路の入力および出力バスの数および寸法がある(4つ以上または3つ未満のバスも利用でき、これらのバスのビット幅も変更できる)。
【0082】
用いられるクロスバ構成は、さまざまに変えることができる。フル・クロスバの機能の一部を提供する類似のブロックで代替したり、類似のスイッチング方式も利用できる。
【0083】
ここで示したシステムはFDDI環境用であるが、説明してきた構成や方法は他のプロトコルやネットワーク技術(例えば、任意のトークン・パッシング方式のローカル・エリア・ネットワーク)に移植できる。
【0084】
本明細書で教示されるクロスバ・スイッチは、Nを2以上の正の有限整数として、N本の入力およびN本の出力を有することができる。
【0085】
従って、本発明は図示の特定の形式に制限されず、特許請求の範囲は本発明の精神および範囲から逸脱しない一切の修正を網羅することが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による、4つのELM回路と1つのクロスバ・スイッチング回路とを有する集積回路を示すブロック図である。
【図2】本発明によるクロスバ・スイッチング回路を示すブロック図である。
【図3】本発明によるELM回路を示すブロック図である。
【図4】本発明による暗号回路(スクランブリング/デスクランブリング回路ともいう)を示すブロック図である。
【図5】図1に示す複数の集積回路を有する、本発明によるコンセントレータ回路/システムを示すブロック図である。
【図6】本発明によるローカル・エリア・ネットワーク(LAN)を示すブロック図である。
【図7】本発明により、2つ以上のELM回路と1つのクロスバ・スイッチング回路とを有する集積回路をスイッチングする方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10
12,14,16,18 ELM回路
20 クロスバ・スイッチ回路
22,24,26,28 暗号回路
30,31,32,33,34,35,36 スイッチ
40 レジスタ制御回路
50,51,52,53,54,55、56 レジスタ
60,61,62,63,64,65,66 制御レジスタ
70,71,72 Dフリップフロップ
80,81,82,83 MUX
86,88 MUX
100 受信データ入力
102 EBローカル・ループバックMUX
104 フレーマ&伸縮バッファ
106 リンク管理ローカル・ループバックMUX
108 デコーダ
110 バイパスMUX
112 スクラブMUX
114 受信データ出力
116 ライン・ステート・マシーン
118 エラー・カウンタ
120 内蔵自己テスト(BIST)
122 送信データ入力
124 リモート・ループバックMUX
126 データ・ストリーム発生器
128 エンコーダ
130 テスト・データMUX
132 送信データ出力
134 リピート・フィルタ
136 物理接続管理回路
138 ノード・プロセッサ・インタフェース
150 Fotoffアサート・タイマ
151 Fotoffデアサート・タイマ
152 スクランブラ回路
154 デスクランブラ回路
156 信号検出フィルタ
158 ループバック回路
200 コンセントレータ
201 マイクロプロセッサ
202 メモリ
204 FDDIシステム・インタフェース(FSI)回路
206 メディア・アクセス制御(MAC)
210,211,212,213,214,215,216,217 FDDIクロック発生器(FCG)回路
300,302,306,308 コンセントレータ
304 デュアル反周回FDDIバックボーン通信リング
310,311,312,313,314 終端局
Claims (1)
- トークン・パッシング方式のローカル・エリア・ネットワーク通信を可能にする集積回路であって:
前記集積回路の外部から第1群のビットを受けるために用いられる第1入力と、第2入力と,第1出力と,第2出力とを有する第1回路であって、前記第1群のビットをデータ・フレームにまとめ、このデータ・フレームを該第1回路の前記第1出力に与え、前記第2出力が前記集積回路の外部にデータを与える第1回路;
前記集積回路の外部から第2群のビットを受けるために用いられる第1入力と、第2入力と、第1出力と、第2出力とを有する第2回路であって、前記第2群のビットをデータ・フレームにまとめ、このデータ・フレームを該第2回路の前記第1出力に与え、前記第2出力が前記集積回路の外部にデータを与える第2回路;および
前記第1回路の前記第1出力に結合された第1入力と、前記第2回路の前記第1出力に結合された第2入力と、前記集積回路の外部からデータを受ける第3入力と、前記第1回路の前記第2入力に結合された第1出力と、前記第2回路の前記第2入力に結合された第2出力と、前記集積回路の外部にデータを与える第3出力とを有するスイッチング手段;
によって構成されることを特徴とする集積回路。
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