專利名稱：數(shù)據(jù)交換方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)交換方法，該數(shù)據(jù)交換是從多個(gè)輸入源接受應(yīng)用數(shù)據(jù)并將其送至多個(gè)目的輸出設(shè)備，本發(fā)明還涉及用于實(shí)現(xiàn)這種交換的裝置。
根據(jù)其原理的概述，到達(dá)輸入端口的數(shù)據(jù)經(jīng)過一個(gè)無阻塞縱橫制交換機(jī)發(fā)送至輸出端口。為從輸入端N傳輸數(shù)據(jù)至輸出端M，交換機(jī)在N和M之間建立一個(gè)“連接”。在數(shù)據(jù)傳輸之持續(xù)時(shí)間，該連接通常是保持的，在傳輸點(diǎn)的連接可被中斷并允許輸出端連接另一個(gè)輸入端。一般情況下，數(shù)據(jù)以信元為單位被傳輸。
由于有多個(gè)輸入端為多個(gè)輸出端口競爭，可能會(huì)發(fā)生沖突。輸出端口可以被視為一種必須由多個(gè)輸入端共享的資源。這意味著，特定的輸入端也許不能與特定的輸出端相連接，因?yàn)樵撦敵龆艘呀?jīng)處于使用狀態(tài)，即已與另一端口相連接。也可能有多個(gè)輸入端請(qǐng)求連接至同一個(gè)輸出端。不論在哪種情況下，其結(jié)果是，信元或數(shù)據(jù)產(chǎn)物都需要列隊(duì)等待(緩沖)，直到相關(guān)資源變成可用狀態(tài)。
信元可以存儲(chǔ)在交換機(jī)內(nèi)的幾個(gè)部分中輸出部分、輸入部分和中間部分。大多數(shù)的交換機(jī)采用這三者之組合。人們通常認(rèn)為，輸出緩沖是處理業(yè)務(wù)量整形(traffic shaping)(即，從交換機(jī)中釋放信元的輪廓)最有效的方式。然而，輸出緩沖向用于建立緩沖區(qū)的實(shí)際存儲(chǔ)設(shè)備提出了嚴(yán)格的要求。這是由于緩沖區(qū)被多個(gè)輸入端共享，這意味著存儲(chǔ)設(shè)備的性能必須極高。因而，在數(shù)據(jù)速率極高的情況下，目前的技術(shù)限制了輸出緩沖區(qū)的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)交換方法和裝置，用于更有效地處理通過數(shù)據(jù)交換機(jī)信息包。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種對(duì)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的信息包進(jìn)行處理的方法，該交換機(jī)包括輸入業(yè)務(wù)控制器、入口路由器、無記憶周期交換結(jié)構(gòu)、出口路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器，均由一個(gè)交換控制器進(jìn)行控制，并相互連接，以使連接至該數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一輸入線終止于一個(gè)業(yè)務(wù)控制器，該業(yè)務(wù)控制器用于將輸入線協(xié)議信息包轉(zhuǎn)換為含有信元頭的固定長度信元，該信元頭定義數(shù)據(jù)交換目的路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器以及消息優(yōu)先權(quán)信息，這樣，每個(gè)入口路由器服務(wù)一組業(yè)務(wù)控制器，其特征在于，該入口路由器包括一組輸入緩沖區(qū)和一組虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)，一個(gè)輸入緩沖區(qū)相對(duì)于每一輸入線，一個(gè)虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)相對(duì)于連接數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一個(gè)輸出業(yè)務(wù)控制器，其中，該方法包括當(dāng)信元從業(yè)務(wù)控制器到達(dá)時(shí)，入口路由器檢查信元頭，并將它放在適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列中，及產(chǎn)生一個(gè)傳輸消息請(qǐng)求，包括目的業(yè)務(wù)控制器地址和消息優(yōu)先級(jí)碼，它被傳送至數(shù)據(jù)交換控制器，該交換控制器通過使特定的入口路由器與特定的出口路由器相互連接，根據(jù)一個(gè)第一仲裁處理，調(diào)度信元在每一個(gè)交換結(jié)構(gòu)周期通過該交換結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)第二仲裁處理，入口路由器從適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列選擇位于隊(duì)列之首的信元，以通過數(shù)據(jù)交換機(jī)至適當(dāng)?shù)妮敵鰳I(yè)務(wù)控制器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī)，包括輸入業(yè)務(wù)控制器、入口路由器、無記憶周期交換結(jié)構(gòu)、出口路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器，均由一個(gè)交換控制器進(jìn)行控制，并相互連接，以使連接至該數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一輸入線終止于一個(gè)業(yè)務(wù)控制器，該業(yè)務(wù)控制器用于將輸入線協(xié)議信息包轉(zhuǎn)換為含有信元頭的固定長度信元，該信元頭定義數(shù)據(jù)交換目的路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器以及消息優(yōu)先權(quán)信息，這樣，每個(gè)入口路由器服務(wù)一組業(yè)務(wù)控制器，其特征在于，該入口路由器包括一組輸入緩沖區(qū)和一組虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)，一個(gè)輸入緩沖區(qū)相對(duì)于每一輸入線，一個(gè)虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)相對(duì)于連接數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一個(gè)輸出業(yè)務(wù)控制器，其中，當(dāng)信元從業(yè)務(wù)控制器到達(dá)時(shí)，入口路由器檢查信元頭，并將它放在適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列中，及產(chǎn)生一個(gè)傳輸消息請(qǐng)求，包括目的業(yè)務(wù)控制器地址和消息優(yōu)先權(quán)代碼，它被傳送至數(shù)據(jù)交換控制器，該交換控制器通過使特定的入口路由器與特定的出口路由器相互連接，根據(jù)一個(gè)第一仲裁處理，調(diào)度信元在每一個(gè)交換結(jié)構(gòu)周期通過該交換結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)第二仲裁處理，入口路由器從適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列選擇位于隊(duì)列之首的信元，以通過數(shù)據(jù)交換機(jī)至適當(dāng)?shù)妮敵鰳I(yè)務(wù)控制器。
結(jié)合附圖及以下的說明，本發(fā)明及其多方面的特征將更易于理解，其中

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的概括原理；圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)交換機(jī)之一實(shí)施例的框圖；圖3表示本發(fā)明之實(shí)施例的交換結(jié)構(gòu)；圖4表示通過該交換結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流；圖5表示當(dāng)通過該交換結(jié)構(gòu)時(shí)的ATM幀頭；圖6表示當(dāng)通過該交換結(jié)構(gòu)時(shí)的以太網(wǎng)幀頭；圖7表示該數(shù)據(jù)交換機(jī)的調(diào)度和仲裁裝置；圖8表示出口反壓廣播；圖9是該交換機(jī)的框圖；圖10表示該交換機(jī)之框圖細(xì)節(jié)；圖11表示根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例的主機(jī)之框圖；圖12表示根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例的路由器之框圖；圖13表示隊(duì)列的結(jié)構(gòu)。
參見圖1，該圖表示數(shù)據(jù)交換機(jī)的基本原理。輸入設(shè)備N1至Nn連接到數(shù)據(jù)交換機(jī)SW的對(duì)應(yīng)輸入端口IP1至IPn。該交換機(jī)的輸出端口OP1至Opn連接到對(duì)應(yīng)的輸出設(shè)備Ml至Mn。
利用智能化的分布式調(diào)度裝置，有可能建立一種輸入緩沖交換機(jī)，它獲得的業(yè)務(wù)量整形效率與其輸出緩沖對(duì)應(yīng)設(shè)備之效率相當(dāng)。出于幾種原因，使用輸入緩沖區(qū)是優(yōu)選的。輸入緩沖要求更小的緩沖區(qū)，它可具有較低的性能，因此更便宜。
當(dāng)信元在輸入端排隊(duì)等待時(shí)，線頭(head of line，HOL)阻塞現(xiàn)象可能導(dǎo)致沖突發(fā)生。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在采用先進(jìn)先出(FIFO)隊(duì)列機(jī)制的情況下。FIFO將在隊(duì)列頭部的信元排隊(duì)，它可被選擇為通過交換機(jī)傳遞的僅有的一個(gè)?，F(xiàn)在，設(shè)想發(fā)生下面的情況一個(gè)輸入端口存儲(chǔ)了三個(gè)信元C1、C2和C3，C1是隊(duì)列頭部，C2存在其后，C3在最后，信元C1為端口N1指定，信元C2為端口N+1指定?，F(xiàn)在端口N已經(jīng)同端口N-1相連接，于是C1不能被交換，然而，端口N+1沒有被連接，因此實(shí)際上C2被送出。然而，C2受到線頭(HOL，即C1)的阻塞而無法離開該FIFO。虛擬輸出隊(duì)列(VOQ)的原理是解決線頭阻塞的明智之舉。使用VOQ，信元在輸入端被分離出來而放入在直接映射其要求輸出目的的隊(duì)列中。于是，它們?cè)谳敵鲫?duì)列可被有效地說明，被保持在輸入端，即虛擬輸出隊(duì)列。現(xiàn)在，由于信元根據(jù)各自的輸出目的被分隔開，它們可以不再因HOL現(xiàn)象而受到阻塞。
另一個(gè)值得一提的是服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題。不同的輸入源根據(jù)它們的數(shù)據(jù)傳輸方式有不同的要求。例如，語音數(shù)據(jù)必須保證控制非常緊密的傳輸服務(wù)，而對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的處理則較為放松。為了適應(yīng)這些不同的要求，可以采用優(yōu)先級(jí)的概念。數(shù)據(jù)被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，它改變交換機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式。例如，設(shè)想在不同VOQ中的兩個(gè)信元C1和C2都要求到達(dá)同一個(gè)輸出端口。雖然兩者都可能被選，但只有一個(gè)可被傳輸。擁有最高優(yōu)先級(jí)的信元被選中。這個(gè)決策的過程稱為″仲裁″。優(yōu)先級(jí)并不是在仲裁過程中唯一可能考慮的因素。另一個(gè)例子涉及對(duì)VOQ長度的監(jiān)視，它們也被用作一個(gè)決定因素。還應(yīng)該注意的是，隨著交換機(jī)的速度越來越快，規(guī)模越來越大，仲裁過程需要尋找更加智能化的方法。理想的解決方法是分布式仲裁機(jī)制，其中，從核心回到輸入端，通過交換機(jī)，存在不同等級(jí)的仲裁權(quán)力。采用這種機(jī)制的仲裁可被非常精確地調(diào)整，以滿足對(duì)服務(wù)質(zhì)量的最高要求。通過使用緩沖器交換，系統(tǒng)面臨損失信元的風(fēng)險(xiǎn)，即緩沖區(qū)溢出的風(fēng)險(xiǎn)。為克服這一問題并有效控制緩沖區(qū)大小，可以利用通過交換機(jī)的反壓流控(backpressure flow control)原理。利用反壓，輸出端可以通知與之相連的輸入端注入太快及將要損失信元。輸入端此時(shí)可以停下來或放緩信元傳送的速率，從而降低或避免信元損失的風(fēng)險(xiǎn)。
本說明書描述一種高速數(shù)字交換機(jī)的實(shí)施方案，它可用于任何要求高速高性能數(shù)字通信的領(lǐng)域。一般來說，這一定義至少包括數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域和集群計(jì)算領(lǐng)域。
圖2表示本發(fā)明實(shí)施例的方框圖，該實(shí)施例的中心是在數(shù)據(jù)交換應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用的一種交換結(jié)構(gòu)。盡管本發(fā)明的用途廣泛，本說明書以下將集中說明在數(shù)據(jù)通信環(huán)境的應(yīng)用。
參見圖2，主要的特征在于數(shù)據(jù)交換機(jī)SW。由入口業(yè)務(wù)管理器單元ITM0至ITMn向交換機(jī)提供輸入。每個(gè)入口業(yè)務(wù)管理器單元可以有一個(gè)或多個(gè)輸入線端設(shè)備(ILE)與之相連。交換機(jī)SW的輸出端經(jīng)出口業(yè)務(wù)管理器單元ETM0至ETMn連接到出口線端設(shè)備(ELE)上。
業(yè)務(wù)管理器單元(ITM和ETM)提供交換機(jī)中的協(xié)議特定處理，如擁塞緩沖、入口業(yè)務(wù)管轄、地址轉(zhuǎn)換(入口和出口)和路由選擇(入口)、業(yè)務(wù)量整形(入口和出口)、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)表收集以及線路電平診斷。業(yè)務(wù)管理器單元還可以具有一些分段(segmentation)和重裝(re-assemble)功能。線端設(shè)備(ILE和ELE)均為全雙工設(shè)備，并提供交換機(jī)端口物理接口。一般而言，線端設(shè)備工作在同步傳輸模式下，速率范圍為OC-3至OC-48或者10/100及千兆位以太網(wǎng)。
根據(jù)業(yè)務(wù)管理器提供的路由選擇信息和交換控制器SC確定的連接分配策略，交換機(jī)SW在業(yè)務(wù)管理器之間提供了應(yīng)用獨(dú)立、無損耗的數(shù)據(jù)傳輸。這控制著交換機(jī)總的性能，如連接管理、交換電平診斷、統(tǒng)計(jì)收集和冗余管理。
前文所述的交換系統(tǒng)是基于輸入隊(duì)列無阻塞縱橫制結(jié)構(gòu)。充足的緩沖區(qū)、分級(jí)流控、分布式調(diào)度和仲裁處理，這些因素的組合保證了無損耗、高效率、高性能的交換能力。應(yīng)該注意的是，在圖的兩邊分別表示入口和出口功能，業(yè)務(wù)管理器單元、線端設(shè)備入口和出口端口實(shí)際上可以是全雙工的。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明之一實(shí)施例的交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。上述的入口業(yè)務(wù)管理器單元ITM將數(shù)據(jù)流連接到若干個(gè)入口路由器SRI0至SRIp上。這些路由器與交換矩陣SCM相連接，SCM受交換控制器SM控制。交換矩陣SCM的數(shù)據(jù)輸出經(jīng)出口路由器SRE0至SREp傳送到出口管理單元ETM。
在入口端，入口路由器SRI0至SRIp從入口業(yè)務(wù)管理器單元ITM收集數(shù)據(jù)流，請(qǐng)求經(jīng)過交換矩陣SCM到控制器SM的連接，將數(shù)據(jù)包列隊(duì)(稱為“張量”)，直到控制器SM批準(zhǔn)一個(gè)連接，再向交換矩陣SCM送出數(shù)據(jù)。在出口端，出口路由器SRE0至SREp將數(shù)據(jù)包分成相關(guān)的數(shù)據(jù)流，并傳送到適當(dāng)?shù)某隹跇I(yè)務(wù)管理器單元ETM上。每個(gè)出口和入口路由器與兩個(gè)業(yè)務(wù)管理器單元通過公用交換接口進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。每個(gè)接口為32 bit寬(全雙工)并能工作在50或100MHz。通過其公用接口，路由器可以支持高達(dá)5Gb的基于信元的業(yè)務(wù)量(例如ATM)或4Gb基于包的傳輸(例如千兆位以太網(wǎng))。這些4Gb或5Gb的數(shù)據(jù)共享少量的外部存儲(chǔ)器。
交換控制器SM從入口路由器接受連接請(qǐng)求，并在交換矩陣SCM中創(chuàng)建多組連接?？刂破鱏M的仲裁機(jī)制使得交換矩陣SCM的效率達(dá)到最高，同時(shí)對(duì)路由器維護(hù)服務(wù)的公平?？刂破鱏M能夠在交換矩陣SCM中配置一對(duì)一(單點(diǎn)傳播)和一對(duì)多(廣播)連接?？刂破鱏M選擇一個(gè)最佳組合連接并于每個(gè)交換周期在矩陣SCM中建立一次。一個(gè)(或多個(gè))反壓廣播請(qǐng)求可以推遲該選擇，這些請(qǐng)求在允許恢復(fù)正常操作之前以循環(huán)的方式得到滿足。仲裁器還根據(jù)外部系統(tǒng)控制器確定的信息，采用概率任務(wù)守恒算法(probablistic work-conservingalgorithm)，在交換矩陣中對(duì)每個(gè)優(yōu)先級(jí)分配帶寬。
交換矩陣SCM本身包括若干個(gè)無記憶、無阻塞的矩陣平面SCM1至N和若干個(gè)嵌入式串行收發(fā)器以與路由器對(duì)接。特定交換機(jī)中的矩陣平面數(shù)目取決于要求經(jīng)過矩陣的核心吞吐量。核心吞吐量將大于外部接口的之集合以用于路由器間通信、核心頭開銷和仲裁周期中最大連接。該設(shè)備被封裝有16端口的兩平面，它可配置為提供可選數(shù)量的平面/端口。包括路由器與交換矩陣之間之?dāng)?shù)據(jù)路徑的多重串行鏈路被同時(shí)交換，并因此作為一個(gè)8Gbps的全雙工的寬闊通道。該交換矩陣具有的新穎性特征在于，它可以被配置成一個(gè)“N×N”端口的縱橫制設(shè)備，其中的N可以為4、8或16。這一特征可以增加每包平面數(shù)，并因此使得各種各樣的系統(tǒng)以成本有效方式實(shí)現(xiàn)。例如，使用第一代芯片組，可以容易地配置低于20Gbs直到80Gbs的系統(tǒng)。
系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)管理接口FMI，F(xiàn)MI為全部系統(tǒng)設(shè)備提供一個(gè)外部正交接口。當(dāng)設(shè)備工作正常時(shí)，此管理級(jí)為所選擇的重要寄存器和RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)之子集提供讀寫訪問；如果系統(tǒng)無法工作，則提供對(duì)設(shè)備中全部寄存器和RAM的訪問(采用掃描機(jī)制)。管理訪問可以用于系統(tǒng)初始化和動(dòng)態(tài)重新配置之目的。下列特征如果不能在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的系統(tǒng)上進(jìn)行修改，則需要在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)通過結(jié)構(gòu)管理接口FMI進(jìn)行配置，即入口路由器隊(duì)列參數(shù)敏感性、入口及出口隊(duì)列閾值、路由器和交換控制器中的帶寬分配表以及狀態(tài)信息。每個(gè)設(shè)備設(shè)有一個(gè)主狀態(tài)寄存器，可以從中讀取到設(shè)備狀態(tài)的高級(jí)觀測值；例如非關(guān)鍵性故障檢測。在必要情況下，還可以訪問更多詳細(xì)狀態(tài)寄存器。
如果設(shè)備或整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，結(jié)構(gòu)接口管理對(duì)芯片組的訪問仍是可能的。這將經(jīng)常為診斷故障提供有用的信息，它也可用于對(duì)硬件進(jìn)行底層測試。
在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有詳細(xì)的錯(cuò)誤管理設(shè)備。錯(cuò)誤管理包含檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、容錯(cuò)和報(bào)錯(cuò)等內(nèi)容，如下所述a)檢錯(cuò)。在系統(tǒng)中，可以按以下方式對(duì)設(shè)備之間的所有接口進(jìn)行檢查設(shè)備間的并行接口受奇偶校驗(yàn)保護(hù)。從一個(gè)路由器經(jīng)過交換矩陣到達(dá)另一個(gè)路由器的串行數(shù)據(jù)受一個(gè)16比特周期性冗余碼保護(hù)。這個(gè)代碼在入口路由器中生成并構(gòu)成張量的一部分。它在輸出路由器受檢查并被丟棄。所有外部接口支持奇偶校驗(yàn)，公用交換機(jī)接口規(guī)范中包含可選的奇偶校驗(yàn)。這在系統(tǒng)接口端被實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)在初始化時(shí)自動(dòng)執(zhí)行錯(cuò)誤檢查程序。FMI協(xié)議包含了所有消息中的奇偶校驗(yàn)。
b)糾錯(cuò)。如果在張量中檢測出錯(cuò)誤，由于或數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的、或該張量已被誤編路由，該系統(tǒng)將不糾正此錯(cuò)誤。張量被丟棄并被留給更高級(jí)的協(xié)議處理，以執(zhí)行任何必要的校正。在某個(gè)控制接口上發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，再做重試，而不采取任何外部干涉，其目的在于區(qū)分臨時(shí)性故障和永久性故障。在任一情況下，都要通過FMI報(bào)告故障。
c)容錯(cuò)。容錯(cuò)的原則是限制錯(cuò)誤的影響，并盡可能地繼續(xù)正常工作。例如，如果在特定張量中發(fā)現(xiàn)出故障，若系統(tǒng)不能繼續(xù)正常運(yùn)行，這個(gè)張量被丟棄。類似地，如果發(fā)現(xiàn)一處影響業(yè)務(wù)管理器單元或路由器的永久性故障，系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的部分被禁用，而系統(tǒng)的其它部分不間斷地繼續(xù)服務(wù)。這種情況可要求系統(tǒng)管理援助。如果在系統(tǒng)中使用了冗余，此時(shí)備用設(shè)備將開始工作。
d)報(bào)錯(cuò)。所有允許報(bào)錯(cuò)下部結(jié)構(gòu)繼續(xù)工作的故障都被記錄下來，并報(bào)告給診斷系統(tǒng)。設(shè)備的主狀態(tài)寄存器具有分別報(bào)告不同類型錯(cuò)誤之機(jī)制，所以能夠很快確定采取任何必要的措施。
e)監(jiān)視。除錯(cuò)誤監(jiān)視外，系統(tǒng)所含記錄收集了性能監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)信息?？梢詣?dòng)態(tài)地訪問這些信息。
系統(tǒng)中的某些單元對(duì)所有設(shè)備都是公用的。影響最大的兩個(gè)單元是中央管理單元和結(jié)構(gòu)管理接口。
數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)始終以固定長度信元的形式接受處理。使用定長信元有若干理由。其一是，當(dāng)每個(gè)交換周期之后重新配置交換機(jī)，更易于保證服務(wù)質(zhì)量(QoS。另外，對(duì)于長包和短包，包等待時(shí)間都得到改善，而緩沖區(qū)管理得到簡化。實(shí)際上，由于需要在不同點(diǎn)之信頭中加入操縱信息，信元在格式上稍做變化。圖4表示通過交換結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流和由7個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的功能，詳情說明如下首先，在必要時(shí)，從線端接收的包在入口業(yè)務(wù)管理器ITM中分段，形成正確格式的信元，以在公用接口(圖4中表示為CSIX)上傳輸；其次，在入口路由器SRI處，到達(dá)的信元接受檢查并被安排在適當(dāng)?shù)年?duì)列中。這里示出有幾種隊(duì)列，如單點(diǎn)傳播隊(duì)列UQ、多點(diǎn)傳播隊(duì)列MQ和廣播隊(duì)列BQ。圖中，信元被安排在一個(gè)單點(diǎn)傳播隊(duì)列中；第三步，信元的到達(dá)引發(fā)一個(gè)“傳輸請(qǐng)求”(RFT)給控制器SM。該信元排在隊(duì)列中直到請(qǐng)求獲得批準(zhǔn)。
第四步，控制器SM執(zhí)行一個(gè)仲裁處理，確定在下一個(gè)交換周期交換矩陣內(nèi)可以建立的最大連接組。然后，控制器批準(zhǔn)″傳輸請(qǐng)求″RFT并發(fā)信號(hào)通知出口路由器必須準(zhǔn)備接收一個(gè)信元。
第五步，入口路由器SRI在獲得連接批準(zhǔn)后也執(zhí)行一個(gè)仲裁處理，以決定傳輸哪一個(gè)信元。信元通過無記憶交換矩陣SCM被發(fā)送并進(jìn)入出口路由器SRE中的緩沖區(qū)。
第六步，每個(gè)出口業(yè)務(wù)管理器ETM具有一個(gè)出口緩沖區(qū)。到達(dá)的信元接受檢查并被安排在出口路由器SRE中適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)管理器隊(duì)列中。
最后，第七步，信元通過標(biāo)準(zhǔn)接口CSIX被傳輸?shù)匠隹跇I(yè)務(wù)管理器ETM中，必要的是，在繼續(xù)傳輸前被重裝為一個(gè)包。
數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中傳輸時(shí)被封裝為信元，其術(shù)語稱作張量。在一個(gè)仲裁周期，每個(gè)路由器經(jīng)過交換矩陣SCM傳輸一個(gè)張量。一個(gè)張量由6或8個(gè)向量組成。一個(gè)向量由交換矩陣的每平面一個(gè)字節(jié)組成，并在一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)經(jīng)交換矩陣傳輸。該向量的大小和為特定應(yīng)用的張量是由該結(jié)構(gòu)中所需的帶寬和最適宜的信元大小來確定的。下面將介紹數(shù)據(jù)在用于ATM或以太網(wǎng)的系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)的典型封裝。
圖5a為ASTM應(yīng)用的示意圖。如圖所示，有效負(fù)載信元P包含53個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，它來自入口業(yè)務(wù)管理器ITM并通過接口CSIX，該數(shù)據(jù)被重新封裝為60字節(jié)的張量(6個(gè)10字節(jié)的向量)。入口路由器分析CSIX的頭UH并用核心頭CH(core header)包裝在CSIX包上，從而在入口隊(duì)列中創(chuàng)建了一個(gè)60字節(jié)的張量UCT。當(dāng)控制器SM批準(zhǔn)所請(qǐng)求的連接后，張量在一個(gè)交換周期內(nèi)經(jīng)過交換矩陣SM來到出口路由器，它將單點(diǎn)傳播張量UT寫入核心頭指示的出口隊(duì)列中。當(dāng)此張量到達(dá)出口隊(duì)列的頭部時(shí)，核心頭被剝離，剩余的CSIX包被傳送到出口業(yè)務(wù)管理器中。
如果CSIX幀類型顯示為圖5b所示的多點(diǎn)傳播包MT，入口路由器就會(huì)剝離多點(diǎn)傳播掩碼MM，將該包復(fù)制到所指示的入口隊(duì)列中，為每份拷貝適當(dāng)修改目標(biāo)域。此后數(shù)據(jù)流如同單點(diǎn)傳播一樣繼續(xù)傳遞，只不過在經(jīng)過交換矩陣后張量被同時(shí)寫入多個(gè)出口緩沖區(qū)中。
在以太網(wǎng)或可變長度包的情況下，如圖5b所示，一個(gè)入口業(yè)務(wù)管理器ITM利用分段和重裝功能(SAR)將可變長度包VLP在入口處轉(zhuǎn)換為CSIX包，將SAR報(bào)頭嵌入有效負(fù)載中。于是CSIX包在系統(tǒng)中以與圖5所示ATM示例同樣的方式傳輸并通過系統(tǒng)，不過張量的長度設(shè)置為80字節(jié)(8個(gè)10字節(jié)的向量)，允許以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)之多達(dá)70的字節(jié)被攜帶在一個(gè)單獨(dú)分段的包。注意，分段報(bào)頭被看作專用于業(yè)務(wù)管理器，圖中僅供示意。系統(tǒng)明顯地將其視為有效負(fù)載的一部分。該CSIX接口說明考慮了被刪節(jié)的包，這就是說，如果業(yè)務(wù)管理器發(fā)送一個(gè)未填入張量的有效負(fù)載，它可以發(fā)送一個(gè)縮短的CSIX分組。入口路由器將該短包存儲(chǔ)在入口隊(duì)列中(在固定的張量界限)。張量隊(duì)列中未用到的所有部分都由無效字節(jié)填充。定長張量在入口路由器處丟棄這些無效字節(jié)。
在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，調(diào)度和仲裁裝置被分布并發(fā)生在兩個(gè)點(diǎn)控制器SM(在交換端口之間和優(yōu)先級(jí)之間)和路由器SRS/A(在業(yè)務(wù)管理器之間)。圖7是一幅原理框圖，只表示通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的調(diào)度/仲裁功能，由業(yè)務(wù)管理器TM通過公用接口CSIX至路由器SR和控制器SCM，進(jìn)入交換矩陣SC端口。圖中還表示通道上的信息、鏈路帶寬分配和交換效率、隊(duì)列狀況、反壓和業(yè)務(wù)擁塞管理是如何按參考箭頭處理的。
控制器SM能夠提供全面的系統(tǒng)控制功能。當(dāng)路由器從該控制器請(qǐng)求連接時(shí)，它們根據(jù)交換端口和優(yōu)先級(jí)來識(shí)別它們請(qǐng)求的交換矩陣連接。然后，控制器在交換矩陣中選擇連接組合，以充分利用矩陣的連接性，并為路由器提供公平的服務(wù)。這種選擇通過采用仲裁機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。通過優(yōu)先級(jí)和入口/出口交換端口組合，控制器SM也可以執(zhí)行偽靜態(tài)帶寬分配。例如，外部的系統(tǒng)控制器可以為每個(gè)優(yōu)先級(jí)和指定連接保證部分可用帶寬。未用的分配可以由其它優(yōu)先級(jí)和連接公平地共享。
控制器SM還具有一種“最大努力”機(jī)制，以動(dòng)態(tài)地影響仲裁機(jī)制偏向于支持關(guān)于無需嚴(yán)格帶寬分配之應(yīng)用的長隊(duì)列。
路由器能夠?qū)⒍鄠€(gè)業(yè)務(wù)管理器集合在一個(gè)交換端口。當(dāng)控制器SM通過一特定的優(yōu)先級(jí)批準(zhǔn)與特定出口交換端口的一個(gè)連接，適當(dāng)?shù)穆酚善鞅仨殢淖疃?個(gè)單點(diǎn)傳播和一個(gè)多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)管理隊(duì)列中選擇一個(gè)來提供服務(wù)。這一選擇是通過加權(quán)循環(huán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，該機(jī)制可根據(jù)入口隊(duì)列長度的組合來選擇一個(gè)隊(duì)列。這些可以考慮到較長的隊(duì)列優(yōu)先于較短的隊(duì)列，或者允許業(yè)務(wù)管理器通過CSIX報(bào)頭中的緊急性域而臨時(shí)增加隊(duì)列的加權(quán)值。由外部系統(tǒng)控制器或動(dòng)態(tài)干涉所決定的隊(duì)列帶寬分配也是考慮因素之一。最后，目標(biāo)擁塞管理和業(yè)務(wù)量整形都是要考慮的特性。加權(quán)功能對(duì)這些參數(shù)的敏感性可以根據(jù)每個(gè)優(yōu)先級(jí)來確定，敏感性和帶寬分配都可以動(dòng)態(tài)地改變。
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)級(jí)別的反壓，分別是流、業(yè)務(wù)管理和核心反壓，下面將詳細(xì)介紹。流級(jí)反壓發(fā)生在入口和出口業(yè)務(wù)管理器之間，目的是用于擁塞管理和業(yè)務(wù)量整形。由業(yè)務(wù)管理器發(fā)送數(shù)據(jù)包經(jīng)過該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這個(gè)級(jí)別的反壓信號(hào)通知，因此已超出本文的范圍。在系統(tǒng)看來，流級(jí)反壓包似乎與數(shù)據(jù)包沒有區(qū)別，因此是很清楚的。
就業(yè)務(wù)級(jí)反壓而言，系統(tǒng)以業(yè)務(wù)管理器級(jí)的粒度(帶有4個(gè)優(yōu)先級(jí))組織管理數(shù)據(jù)流。在業(yè)務(wù)管理器自身實(shí)現(xiàn)更多的粒度。出口業(yè)務(wù)管理器可以在CSIX接口上向路由器的出口端發(fā)送反壓信息，多工地處理數(shù)據(jù)流。由于路由器的出口端，每個(gè)業(yè)務(wù)管理器只有一個(gè)隊(duì)列，這是一個(gè)只有1比特的信號(hào)。通過在交換控制器和交換矩陣中的專用廣播機(jī)制，發(fā)信號(hào)通知路由器之間的反壓。出口緩沖區(qū)隊(duì)列中有一些閾值，當(dāng)閾值被穿過時(shí)，出口路由器就會(huì)用一個(gè)反壓廣播請(qǐng)求信號(hào)通知控制器。在控制器內(nèi)，這樣的請(qǐng)求使仲裁器停止在當(dāng)前周期的末尾，控制器向交換矩陣平面發(fā)出一個(gè)向量廣播連接，并通知發(fā)出請(qǐng)求的出口路由器。然后，該出口路由器經(jīng)過矩陣向入口路由器發(fā)送出口緩沖區(qū)狀態(tài)的一個(gè)向量大小(10字節(jié))的有用成分?？刂破饔谑抢^續(xù)被中斷的周期。在幾個(gè)出口路由器同時(shí)請(qǐng)求一個(gè)反壓廣播的情況下，控制器在恢復(fù)正常服務(wù)之前會(huì)以簡單循環(huán)方式滿足全部請(qǐng)求。由于這一連接，被引入反壓機(jī)制中的等待時(shí)間并不影響出口緩沖，因?yàn)樵诖似陂g，路由器只會(huì)從其它路由器接收反壓數(shù)據(jù)，它并不需要列隊(duì)等候。
出口路由器將集合閾值轉(zhuǎn)換從它的所有出口隊(duì)列進(jìn)入一個(gè)反壓廣播，在一個(gè)交換周期它已經(jīng)發(fā)生，因此兩個(gè)張量之間反壓廣播的最大數(shù)量被限制為路由器的數(shù)量。當(dāng)入口路由器收到一個(gè)形式如圖8所示的反壓廣播向量，利用它來更新入口隊(duì)列的加權(quán)值為適當(dāng)值。
兩種在入口和出口路由器之間的反壓通知模式被支持，即起/停通知和多態(tài)通知。多態(tài)通知允許出口路由器發(fā)信號(hào)通知其所有隊(duì)列(每隊(duì)列1字節(jié))的多位狀態(tài)。在入口路由器中，多態(tài)反壓通知和加權(quán)循環(huán)調(diào)度配合起來，它可以將出口隊(duì)列充滿的可能性降至最低。在高負(fù)荷利用的交換機(jī)內(nèi)嘗試傳遞多點(diǎn)傳播或廣播業(yè)務(wù)時(shí)，這就尤為重要。
入口路由器通過CSIX接口向入口業(yè)務(wù)管理器發(fā)出起/停反壓通知，在通知過程中提供一個(gè)16比特的反壓信號(hào)，使入口路由器可以識(shí)別與該通知有關(guān)的入口隊(duì)列。出口隊(duì)列閾值被整體設(shè)置，而入口隊(duì)列閾值則每個(gè)隊(duì)列都設(shè)置。
控制器并不記錄出口路由器緩沖區(qū)的狀態(tài)。然而，核心級(jí)反壓適當(dāng)通過路由器/控制器接口，在相關(guān)路由器緩沖區(qū)為滿的情況下，通過阻止控制器向特定出口路由器調(diào)度任何業(yè)務(wù)，從而避免出口緩沖區(qū)溢出。
系統(tǒng)芯片組中的多點(diǎn)傳播通過對(duì)入口和出口處張量的最優(yōu)復(fù)制來實(shí)現(xiàn)。入口路由器于每優(yōu)先級(jí)每出口路由器有一個(gè)多點(diǎn)傳播隊(duì)列。在每個(gè)適當(dāng)?shù)年?duì)列中用出口多點(diǎn)傳播掩碼創(chuàng)建一個(gè)入口多點(diǎn)傳播張量(參見圖8)，出口多點(diǎn)傳播掩碼在核心報(bào)頭的目標(biāo)域TM中，每個(gè)張量(圖中體現(xiàn)了其中三個(gè))長度為6至8個(gè)向量，10字節(jié)寬。反壓向量BPV，如圖中所示，可以安插在相鄰的張量中。于是，多點(diǎn)傳播張量可以與單點(diǎn)傳播一樣的方式被傳遞經(jīng)過核心，之后，出口路由器并行地將這些張量復(fù)制到所要求的出口緩沖區(qū)中。該多點(diǎn)傳播機(jī)制的目的是提供具有單點(diǎn)傳播和多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)之混合的最佳交換性能。特別是，它維護(hù)了調(diào)度和仲裁的效率和公平，使交換機(jī)提供一致的服務(wù)質(zhì)量。
該系統(tǒng)提供一種無損耗結(jié)構(gòu)，因此，除非目標(biāo)隊(duì)列沒有全部為滿，多點(diǎn)傳播張量便不能被傳遞經(jīng)過交換矩陣。在一個(gè)高負(fù)荷利用的交換機(jī)中，如果只實(shí)現(xiàn)來自出口隊(duì)列的起/停反壓，則可能會(huì)嚴(yán)重限制用于多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)的可用帶寬。該系統(tǒng)中包括兩種提高多點(diǎn)傳播性能的機(jī)制，分別是1、來自出口路由器的多態(tài)反壓，它減小出口隊(duì)列為滿的可能性；2、當(dāng)受到阻塞時(shí)，增加多點(diǎn)傳播入口隊(duì)列在加權(quán)循環(huán)調(diào)度程序中的加權(quán)值，以增加阻塞清除后受到調(diào)度的機(jī)會(huì)。為避免多點(diǎn)傳播(和廣播)被離線出口端口阻塞，由外部系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)管理接口(FMI)可將反壓信號(hào)逐一屏蔽出去。
由每個(gè)出口路由器中一個(gè)芯片級(jí)廣播隊(duì)列可以滿足線速(wire-speed)廣播(基準(zhǔn))的要求。當(dāng)控制器調(diào)度一個(gè)廣播連接時(shí)，張量在交換矩陣中將被并行地傳送至所有路由器，從而避免任何入口擁塞(在入口處沒有張量復(fù)制)。當(dāng)路由器過渡進(jìn)入或離開“所有出口緩沖區(qū)未滿”的狀態(tài)，由每個(gè)路由器通知控制器，提供廣播反壓?？刂破髦挥挟?dāng)所有路由器中的所有出口緩沖區(qū)未滿時(shí)才會(huì)調(diào)度一個(gè)廣播。廣播反壓是一個(gè)可配置的選項(xiàng)。如果未被激活，路由器不會(huì)根據(jù)需要發(fā)送狀態(tài)消息，控制器根據(jù)指令調(diào)度廣播。采用這種方法，則無法保證包會(huì)被傳遞到所有的端口。
圖9中的示意圖表示交換矩陣。它包含了一個(gè)高速率的、邊緣計(jì)時(shí)的、同步的、16端口雙平面串行交叉點(diǎn)交換機(jī)SCN，用于該系統(tǒng)之中。它經(jīng)過優(yōu)化，具有可擴(kuò)展的、高帶寬的、低等待時(shí)間的數(shù)據(jù)傳送性能。它在控制器SM的控制下工作，SM通過控制器接口SMI向該矩陣發(fā)送配置信息，在路由器之間為數(shù)據(jù)傳輸創(chuàng)建連接。緩沖區(qū)和解碼邏輯BDL接受配置信息，并使用配置信息控制矩陣內(nèi)的相互連接。數(shù)據(jù)以串行形式經(jīng)過一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入接口SDI進(jìn)入，通過串行數(shù)據(jù)輸出接口SDO離開。如同在結(jié)構(gòu)管理接口FMI之間進(jìn)出的信號(hào)一樣，復(fù)位(RS)和時(shí)鐘(CK)信號(hào)在需要時(shí)被被提供給交換機(jī)上，如信號(hào)進(jìn)出結(jié)構(gòu)管理接口FMI時(shí)。配置信息以若干編碼域傳送，其形式?jīng)Q定哪個(gè)輸入端口應(yīng)該經(jīng)過交換矩陣與哪個(gè)輸出端口相連接。圖10所示的中央管理單元CMU具備若干功能，包括在交換矩陣和所有相連的收發(fā)器之間的同步數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)外部系統(tǒng)時(shí)鐘使所連接的收發(fā)器時(shí)鐘移相，在正常運(yùn)行期間保持這個(gè)移相，從而在交換矩陣優(yōu)化對(duì)所連收發(fā)器發(fā)出之?dāng)?shù)據(jù)的接收。更進(jìn)一步的功能是為設(shè)備提供復(fù)位接口。
圖10所示的NXN矩陣中包含一個(gè)內(nèi)部單向節(jié)點(diǎn)的原理矩陣，該矩陣允許任何輸入端口與任何輸出端口相連，因此數(shù)據(jù)可以從任意端口傳送到任意端口。這是一個(gè)正方矩陣，因此n個(gè)端口矩陣擁有n2個(gè)節(jié)點(diǎn)。任何時(shí)候，每個(gè)輸出端口不是與0就是與一個(gè)輸入端口相連接。當(dāng)輸出端口未與輸入端口連接時(shí)，該輸出端口的數(shù)據(jù)部分總是邏輯″0″。每個(gè)交換矩陣SM中包含兩個(gè)16端口的矩陣平面和一個(gè)全速到半速的轉(zhuǎn)換器。根據(jù)所連接端口的數(shù)量，每個(gè)矩陣平面可以被配置成不同的形式。一個(gè)平面可以配置為1×16端口、2×8端口或4×4端口矩陣。因此，如圖10所示，每個(gè)交換矩陣SM可以整個(gè)被配置為2平面×16端口、4平面X8端口或8平面X4端口。轉(zhuǎn)換器允許交換矩陣支持含有5Gps和10Gps路由器之混合的系統(tǒng)。如果矩陣被配置為一個(gè)16端口設(shè)備來運(yùn)行，控制器使用全部控制端口域來連接入口和出口端口。對(duì)于4和8端口的配置而言，所要求的控制端口域數(shù)目分別是2和3。
在工作中，交換矩陣通過控制器接口SMI從控制器SM中接收配置信息。配置信息被載入并存儲(chǔ)于配置寄存器中。路由選擇信息以若干個(gè)編碼域的形式傳送，它確定哪個(gè)輸入端口經(jīng)過交換矩陣被連接至每一輸出端口。16×16的矩陣具有16個(gè)輸出端口。每個(gè)輸出端口對(duì)應(yīng)一個(gè)4比特的源地址，它被編碼，用于確定哪個(gè)輸入端口與輸出端口相連接。對(duì)于每個(gè)域有一個(gè)使能信號(hào)表示該域有效，還有一個(gè)配置信號(hào)表示整個(gè)接口有效。如果一個(gè)域被標(biāo)示為無效，則相對(duì)該域的輸出端口未連接。如果配置信號(hào)未認(rèn)定，則矩陣不會(huì)改變當(dāng)前配置。在配置信號(hào)被認(rèn)定時(shí)，設(shè)備載入控制器/矩陣接口上的配置信息。一條16級(jí)的可編程管道用于延遲配置信息，直到交換矩陣需要配置信息。如果一個(gè)端口上發(fā)生奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，該端口的使能信號(hào)就會(huì)被設(shè)為0，一個(gè)零張量被送至該端口之輸出。存有奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤的寄存器，只有在配置信號(hào)為高時(shí)才會(huì)被載入，當(dāng)被診斷單元讀取后該寄存器被清零。對(duì)配置信號(hào)也要執(zhí)行奇偶校驗(yàn)。如果此處出現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，就會(huì)認(rèn)定一個(gè)奇偶校驗(yàn)失敗狀況，全部端口上的使能信號(hào)設(shè)置為0，設(shè)備上所有輸出端口將傳送零張量。路由器和矩陣之間的連接通過一組串行數(shù)據(jù)流，每個(gè)數(shù)據(jù)流運(yùn)行速度為1G波特。一旦通過矩陣的連接建立后，就在入口和出口路由器之間傳送張量。由于插入的延遲很小，全部過程表現(xiàn)的等待時(shí)間很少。可以并行配置多個(gè)交換矩陣為并行方式工作，以提供具有更高的可擴(kuò)展互連功能。
圖11表示控制器SM的設(shè)置?？刂破鞯氖滓δ苁墙⒑凸芾斫?jīng)過交換矩陣的連接，來滿足用戶應(yīng)用之間數(shù)據(jù)傳送的要求。其帶寬分配算法被設(shè)計(jì)用于高效、公平地分配帶寬。控制器保持高吞吐量，保證不會(huì)出現(xiàn)隊(duì)列短缺。優(yōu)先級(jí)選擇器PSU負(fù)責(zé)選擇哪一個(gè)優(yōu)先級(jí)的向量在指定時(shí)間被調(diào)度。它從路由器接口單元SRI接收有關(guān)在各優(yōu)先級(jí)之隊(duì)列狀態(tài)的輸入(每個(gè)隊(duì)列長度的函數(shù))。于是，基于該單元內(nèi)建的帶寬分配功能，它確定隨后接受服務(wù)的優(yōu)先級(jí)別。帶寬優(yōu)先級(jí)功能可以在運(yùn)行時(shí)利用上述的結(jié)構(gòu)管理接口FMI載入，因此，只要是在需要時(shí)，允許控制器根據(jù)預(yù)期負(fù)載調(diào)整它的優(yōu)先級(jí)調(diào)度特性。
調(diào)度和仲裁單元SAU負(fù)責(zé)在遞交過來的請(qǐng)求中決定在當(dāng)前路由選擇周期中批準(zhǔn)哪一組。它試圖在每個(gè)仲裁周期中向每個(gè)輸出交換端口發(fā)送一個(gè)張量。當(dāng)該邏輯決定如何將向量傳送通過交換結(jié)構(gòu)時(shí)，配置信息被傳遞到路由接口SRI和交換矩陣接口SCI邏輯上，以使向量能夠被傳輸。在需要的情況下，該單元每30納秒在交換矩陣中建立單點(diǎn)傳播和廣播連接的新配置。針對(duì)諸如ATM的應(yīng)用，可以基于每個(gè)連接對(duì)交換矩陣內(nèi)的帶寬進(jìn)行分配。作為選擇，矩陣可以根據(jù)位于優(yōu)先級(jí)選擇器單元PSU之中的概率任務(wù)守恒算法來進(jìn)行配置。
系統(tǒng)中的每個(gè)路由器都配備有路由器接口單元SIU。每個(gè)實(shí)例都具備下面將要介紹的功能。控制器SM監(jiān)視在每個(gè)輸入路由器隊(duì)列中張量的數(shù)量(每個(gè)路由器為每個(gè)系統(tǒng)目的端口在4個(gè)優(yōu)先級(jí)中的每個(gè)優(yōu)先級(jí)設(shè)有單獨(dú)的隊(duì)列連同一個(gè)多點(diǎn)傳播隊(duì)列)。一對(duì)連接緊密的狀態(tài)裝置用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)視，一個(gè)在路由器中，另一個(gè)在控制器中。在隊(duì)列中只有少量向量的情況下，控制器精確計(jì)算向量數(shù)目。當(dāng)新向量加入隊(duì)列中時(shí)，路由器通知控制器，當(dāng)控制器調(diào)度隊(duì)列中的一個(gè)向量時(shí)，它使隊(duì)列長度減1。當(dāng)隊(duì)列中存在大量向量時(shí)，控制器只記錄隊(duì)列中向量的近似(模糊)數(shù)。當(dāng)隊(duì)列長度超過預(yù)定界限時(shí)，控制器收到路由器的通知。這樣一來，控制器中需要存儲(chǔ)和處理的狀態(tài)信息量就被減少到最小。
中央管理單元CMU對(duì)所有設(shè)備來說是公用的。它的作用是在每個(gè)設(shè)備和外部控制器之間提供結(jié)構(gòu)管理接口FMI，控制設(shè)備內(nèi)的錯(cuò)誤管理，并為每個(gè)設(shè)備提供復(fù)位接口RS和基準(zhǔn)時(shí)鐘CK。
在操作中，控制器SM經(jīng)過控制器/路由器接口SRI從路由器收到連接請(qǐng)求，當(dāng)連接請(qǐng)求到達(dá)后，被安排在路由器接口SIU排隊(duì)。由于多個(gè)路由器可能同時(shí)請(qǐng)求連接，控制器提供調(diào)度和仲裁邏輯，使連接效率達(dá)到最大，并確保所有端口根據(jù)各自的優(yōu)先級(jí)級(jí)別接受公平級(jí)別的服務(wù)。路由器接口單元SIU向調(diào)度和仲裁單元SAU提出請(qǐng)求，要求得到每個(gè)非空隊(duì)列，由SAU決定在任何指定的交換周期中可以傳送哪個(gè)張量。調(diào)度和仲裁單元SAU嘗試在每個(gè)交換周期中向每個(gè)路由器發(fā)送一個(gè)張量。仲裁器也使用了位于優(yōu)先級(jí)選擇單元PSU之中的任務(wù)守恒算法，根據(jù)外部系統(tǒng)控制器規(guī)定的信息在交換矩陣中對(duì)每個(gè)優(yōu)先級(jí)分配帶寬。也可以基于每個(gè)連接分配帶寬。這一機(jī)制的典型應(yīng)用可以是ATM的″連接許可控制″功能，該功能可以動(dòng)態(tài)地改變帶寬分配。
當(dāng)調(diào)度和仲裁單元SAU創(chuàng)建了所請(qǐng)求的連接時(shí)，相關(guān)的路由器對(duì)收到連接將要建立的通知，控制器向交換矩陣發(fā)送相應(yīng)的連接控制信息，以創(chuàng)建所請(qǐng)求的連接。這些動(dòng)作在一系列交換周期中連續(xù)完成，其中每個(gè)周期包含三個(gè)關(guān)鍵步驟確定建立哪些連接、建立這些連接及傳送向量。這些步驟交錯(cuò)進(jìn)行，因而使交換周期時(shí)間盡可能小，所產(chǎn)生之結(jié)構(gòu)吞吐量盡可能高。交換周期時(shí)間是系統(tǒng)時(shí)鐘的倍數(shù)。每個(gè)交換周期中系統(tǒng)時(shí)鐘周期的數(shù)目影響路由器接口和交換矩陣接口的操作。出口路由器可以通過專用的廣播機(jī)制向入口路由器傳送反壓。通過控制器/路由器接口從出口路由器收到的反壓請(qǐng)求，在調(diào)度和仲裁單元SAU中的正常連接選擇之先接受服務(wù)。然后，反壓廣播則在允許繼續(xù)正常操作之前以循環(huán)方式接受服務(wù)。
在控制器/路由器接口中還具有稱為″核心級(jí)反壓″的另一個(gè)機(jī)制，它防止控制器將任何業(yè)務(wù)調(diào)度到特定的出口路由器上。路由器在它的所有出口緩沖區(qū)為滿時(shí)使用核心級(jí)反壓機(jī)制。
控制器能夠在交換矩陣中建立單點(diǎn)傳播和廣播連接，還能夠處理含有″全速″和″半速″端口之混合的系統(tǒng)配置，例如10G比特/秒和5G比特/秒之路由器的混合)。
圖12表示一個(gè)路由器設(shè)備。這是一個(gè)系統(tǒng)端口接口控制設(shè)備，它的主要功能是提供進(jìn)出系統(tǒng)的訪問來支持用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)的傳送請(qǐng)求。入口接口單元IIU有兩個(gè)實(shí)例，一個(gè)用于可連接到系統(tǒng)端口的業(yè)務(wù)管理器之每一個(gè)。該IIU負(fù)責(zé)將來自業(yè)務(wù)管理器的數(shù)據(jù)傳送到路由器上的內(nèi)部FIFO隊(duì)列中，通知ICU它已使張量準(zhǔn)備好以傳送至系統(tǒng)中。業(yè)務(wù)管理器的外部接口使用公用系統(tǒng)接口CSIX。這樣定義了一條n×8比特的數(shù)據(jù)總線，入口接口單元IIU在32比特模式下工作。FIFO為4張量深度，允許一個(gè)張量輸送到ICU，同時(shí)隨后的張量被接收。
為生成張量，該入口接口單元在傳送CSIX幀之前把一個(gè)3字節(jié)的系統(tǒng)核心報(bào)頭附加在CSIX幀上，表示這些張量對(duì)ICU的可用性。IIU檢查CSIX報(bào)頭，確定該幀類型是單點(diǎn)傳播、多點(diǎn)傳播或廣播，并將該幀類型告知ICU。如果該幀為單點(diǎn)傳播型，IIU在字節(jié)1中設(shè)置單獨(dú)的1比特來表示目的TM，這是從CSIX報(bào)頭中的目的地址中提取出來的。如果該幀為多點(diǎn)傳播型，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)張量并為16個(gè)具有非零CSIX掩碼的系統(tǒng)端口的每一個(gè)而發(fā)送。在該幀為廣播型的情況下，IIU就會(huì)將字節(jié)1全部設(shè)置為1。IIU還負(fù)責(zé)計(jì)算兩字節(jié)張量錯(cuò)誤校驗(yàn)，它采用周期性冗余校驗(yàn)。
每一個(gè)入口接口單元IIU負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)管理器的起/停反壓信息通知給相關(guān)的出口接口單元EIU，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理器流控。IIU通過對(duì)CSIX控制總線解碼獲得這個(gè)反壓信息。如果奇偶校驗(yàn)功能處于激活狀態(tài)(在狀態(tài)寄存器中設(shè)置適當(dāng)?shù)谋忍?，并且IIU在CSIX上發(fā)現(xiàn)了奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤就會(huì)被記錄下來，相關(guān)的張量被丟棄?？梢酝ㄟ^FMI檢索到這個(gè)錯(cuò)誤記錄。
入口控制單元ICU負(fù)責(zé)從入口接口單元IIU中接收張量，向控制器接口單元SMIU提出連接請(qǐng)求，在控制器批準(zhǔn)連接之前存儲(chǔ)張量，再向收發(fā)器TXR傳送張量。有兩種類型的連接請(qǐng)求(和隨后的批準(zhǔn))，一個(gè)用于所有單點(diǎn)傳播/多點(diǎn)傳播張量，另一個(gè)用于廣播業(yè)務(wù)。在單點(diǎn)傳播/多點(diǎn)傳播張量的情況下，入口控制單元/控制接口單元的通知中合并有系統(tǒng)目的端口和優(yōu)先級(jí)。由于只存在一個(gè)廣播張量級(jí)別，對(duì)廣播張量來說，顯然不需要系統(tǒng)目的地址，也不需要優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)。
圖13表示入口緩沖。實(shí)現(xiàn)對(duì)于單點(diǎn)傳播隊(duì)列UQ的緩沖，使每個(gè)可能的目的業(yè)務(wù)管理器和優(yōu)先級(jí)都有一個(gè)緩沖區(qū)。除了單點(diǎn)傳播隊(duì)列之外，每個(gè)端口每個(gè)優(yōu)先級(jí)還有一個(gè)多點(diǎn)傳播隊(duì)列MQ，還有單獨(dú)的一個(gè)廣播隊(duì)列BQ。隊(duì)列被靜態(tài)地分配。共有512個(gè)單點(diǎn)傳播、64個(gè)多點(diǎn)傳播和1個(gè)廣播隊(duì)列。單點(diǎn)傳播和多點(diǎn)傳播隊(duì)列位于外部SRAM中。在隊(duì)列安排允許低于OC-12粒度的流控。在CSIX報(bào)頭的單點(diǎn)傳播地址域內(nèi)，3比特被分配用于表示路由器能支持的業(yè)務(wù)管理器數(shù)目。由于路由器支持兩個(gè)業(yè)務(wù)管理器，剩余的比特域被用于稱為″服務(wù)通道″的功能。服務(wù)通道提供充分利用路由器固有的OC-12粒度特性的手段。
當(dāng)入口控制單元ICU從控制器接口單元SMIU(它指定出口端口和優(yōu)先級(jí))收到連接批準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，ICU必須在最多8個(gè)有資格的單點(diǎn)傳播隊(duì)列或多點(diǎn)傳播隊(duì)列中選擇一個(gè)隊(duì)列，從中傳遞一個(gè)張量。這是采用加權(quán)循環(huán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)制中涉及到若干參數(shù)。一個(gè)參數(shù)是入口隊(duì)列的長度，它用于使較長的隊(duì)列優(yōu)先于較短的隊(duì)列。另一個(gè)參數(shù)是集合隊(duì)列張量緊急性(aggregate queue tensor urgency)，它允許業(yè)務(wù)管理器通過CSIX報(bào)頭中的緊急性域臨時(shí)增加隊(duì)列的加權(quán)值。還有一個(gè)需要考慮的參數(shù)是隊(duì)列帶寬分配，利用它，外部系統(tǒng)控制器或系統(tǒng)操作員可以通過FMI對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，來對(duì)單個(gè)流提供帶寬分配。最后一個(gè)被考慮的參數(shù)是目標(biāo)出口隊(duì)列反壓參數(shù)。要求是，為保證多點(diǎn)傳播方案的有效性能，要求出口隊(duì)列為滿的可能性最小化。加權(quán)功能對(duì)輸入變量的敏感性受到四組整體敏感性參數(shù)的控制(每優(yōu)先級(jí)一組)。這些設(shè)置在系統(tǒng)初始化時(shí)被配置。
為提供入口流控機(jī)制，入口控制單元ICU使用三個(gè)水位標(biāo)(watermark)等級(jí)表示隊(duì)列狀態(tài)(相當(dāng)空，加注，相當(dāng)滿或非常滿)。與水位標(biāo)相關(guān)聯(lián)的是滯后量(hystereis)，這兩個(gè)值可以通過FMI來配置。當(dāng)一個(gè)隊(duì)列從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)時(shí)，ICU將這個(gè)轉(zhuǎn)變通知給每個(gè)出口接口單元EIU。除了″多態(tài)″反壓外，還可以調(diào)用一個(gè)第二反壓通知模式，它只包含起/停信號(hào)通知。通過FMI適當(dāng)設(shè)置水位標(biāo)等級(jí)選擇該反壓機(jī)制模式。
出口控制單元ECU將出口反壓信息通知給ICU。這個(gè)信息涉及發(fā)出通知的出口路由器的緩沖區(qū)，或者涉及ECU接收到的關(guān)于另一個(gè)出口路由器緩沖區(qū)狀態(tài)的信息。如果這個(gè)信息是涉及發(fā)出通知的出口路由器的緩沖區(qū)，ICU更新由入口調(diào)度算法使用的反壓狀態(tài)，提出向控制器接口單元SMIU發(fā)送反壓信息的請(qǐng)求。如果這個(gè)信息涉及另一個(gè)出口路由器緩沖區(qū)，ICU只更新自己的反壓狀態(tài)。
出口接口單元EIU有兩個(gè)實(shí)例，一個(gè)相對(duì)于連接在系統(tǒng)端口上的業(yè)務(wù)管理器之每一個(gè)。該出口接口單元負(fù)責(zé)從ECU接收張量，并通過CSIX將其以幀的形式傳送到相關(guān)的業(yè)務(wù)管理器上。
為了提供業(yè)務(wù)管理器流控，出口接口單元EIU從與之關(guān)聯(lián)的入口接口單元(即，連接在同一業(yè)務(wù)管理器上的一個(gè))接受業(yè)務(wù)管理器的起/停反壓信息。如果EIU此時(shí)正在向業(yè)務(wù)管理器發(fā)送一個(gè)幀，它會(huì)繼續(xù)傳送當(dāng)前幀，然后等待，直到收到啟動(dòng)指示，然后傳送任何隨后的各幀。
為提供入口流控，EIU從ICU處接收入口緩沖區(qū)多態(tài)反壓信息，并立即向業(yè)務(wù)管理器發(fā)送該信息。
當(dāng)出口控制單元ECU從控制器接口單元SMIU接收張量即將達(dá)到的通知時(shí)，ECU負(fù)責(zé)從串行收發(fā)器中接受張量，并將其傳遞到相關(guān)的EIU處。ECU檢查系統(tǒng)核心報(bào)頭的業(yè)務(wù)管理器掩碼字節(jié)，確定正確的目的EIU。在多點(diǎn)傳播(或廣播)張量的情況下，掩碼中設(shè)置了多個(gè)比特，向量被同時(shí)傳送到所有相對(duì)于對(duì)應(yīng)比特設(shè)置的EIU。這一特性提供了在出口路由器處的線速多點(diǎn)傳播。ECU負(fù)責(zé)檢查系統(tǒng)核心報(bào)頭的張量錯(cuò)誤校驗(yàn)字節(jié)，如果系統(tǒng)的核心錯(cuò)誤校驗(yàn)被激活(即，在狀態(tài)寄存器中設(shè)置了適當(dāng)?shù)奈?，且ECU檢測到錯(cuò)誤，則錯(cuò)誤被記錄下來，相關(guān)的張量被丟棄。為提供出口流控機(jī)制，ECU使用三個(gè)水位標(biāo)等級(jí)表示出口緩沖區(qū)狀態(tài)(相當(dāng)空、加注、相當(dāng)滿或非常滿)。當(dāng)出口緩沖區(qū)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)時(shí)，ECU將這個(gè)轉(zhuǎn)變通知給ICU。可以借助FMI配置水位標(biāo)的等級(jí)。除了這個(gè)″多態(tài)″反壓機(jī)制外，還可以調(diào)用只包含起/停通知信號(hào)的一個(gè)第二反壓通知模式。通過適當(dāng)設(shè)置水位標(biāo)的等級(jí)，可以經(jīng)FMI選擇反壓機(jī)制的類型。
控制器接口單元SMIU負(fù)責(zé)控制通向控制器的接口。由于控制器工作在系統(tǒng)端口、而非業(yè)務(wù)管理器端口級(jí)別的粒度，SMIU也在這一級(jí)別上工作。SMIU繼續(xù)計(jì)算與每個(gè)目的系統(tǒng)端口所關(guān)聯(lián)的入口隊(duì)列之中的張量數(shù)量。每當(dāng)SMIU從ICU處接收到一個(gè)張量到達(dá)的通知后，數(shù)量就會(huì)增加；每當(dāng)SMIU從控制器接收到一個(gè)批準(zhǔn)時(shí)數(shù)量就會(huì)減小。
控制器接口單元SMIU包含一個(gè)狀態(tài)裝置，它與控制器內(nèi)對(duì)應(yīng)的一個(gè)配合緊密。對(duì)于只有少數(shù)張量(少于6至7個(gè))的情況，SMIU將每個(gè)新張量的到達(dá)通知控制器。對(duì)于有大量張量的情況，SMIU只在計(jì)數(shù)值超過預(yù)定界限時(shí)通知控制器。
中央管理單元對(duì)于所有設(shè)備是公用的，其作用是在每個(gè)設(shè)備和外部控制器之間提供FMI，控制設(shè)備內(nèi)的錯(cuò)誤管理，并向每個(gè)設(shè)備提供復(fù)位接口和基準(zhǔn)時(shí)鐘。
參見前面的圖12，路由器通過CSIX入口和出口接口提供進(jìn)入系統(tǒng)的訪問，通過CSIX接口ICSIX從入口業(yè)務(wù)管理器接收CSIX包后，入口接口單元IIU對(duì)包的類型和有效性進(jìn)行校驗(yàn)。該包隨后被包裝上一個(gè)核心報(bào)頭，報(bào)頭內(nèi)容因包類型而異。當(dāng)核心報(bào)頭被附上后，該包被稱為張量。入口控制單元通過控制器接口SMI向控制器請(qǐng)求建立經(jīng)過交換矩陣的連接，并存儲(chǔ)該張量，直到該連接被建立。為了消除對(duì)于單點(diǎn)傳播的線頭阻塞，入口緩沖被安排為獨(dú)立的隊(duì)列，一個(gè)隊(duì)列相對(duì)于每個(gè)可能的目的業(yè)務(wù)管理器TMQ1至TMQn和優(yōu)先級(jí)P1至P4，如圖13所示，為避免線頭阻塞，并不需要為每個(gè)優(yōu)先級(jí)安排獨(dú)立的隊(duì)列，但這樣的優(yōu)點(diǎn)是允許控制器針對(duì)交換機(jī)中的每個(gè)優(yōu)先級(jí)執(zhí)行帶寬分配。除了單點(diǎn)傳播隊(duì)列之外，還有每端口每優(yōu)先級(jí)的一個(gè)多點(diǎn)傳播隊(duì)列和單獨(dú)的一個(gè)廣播隊(duì)列。單點(diǎn)傳播和多點(diǎn)傳播隊(duì)列靜態(tài)地分配在外部SRAM中。這一級(jí)別緩沖的目的是通過將入口數(shù)據(jù)流的意圖傳給控制器，使得控制器有效地分配連接，并提供路由器外部接口和路由器/矩陣接口之間的速率匹配。
當(dāng)連接獲得批準(zhǔn)后，控制器創(chuàng)建一個(gè)連接，該連接經(jīng)過交換矩陣至所要求的出口路由器，并具有指定的優(yōu)先級(jí)。入口控制單元ICM此時(shí)必須在有資格的單點(diǎn)傳播或多點(diǎn)傳播隊(duì)列中選擇一個(gè)，從該隊(duì)列將一個(gè)張量傳送到收發(fā)器用于串行化。這一級(jí)別的路由調(diào)度是基于加權(quán)循環(huán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)單點(diǎn)傳播和多點(diǎn)傳播隊(duì)列都有一個(gè)與之相關(guān)的加權(quán)，它是由來自出口緩沖區(qū)的反壓、隊(duì)列長度、隊(duì)列緊急性和靜態(tài)帶寬分配來確定的。在出口端，控制器通知路由器張量即將到達(dá)。出口控制單元ECU接收這個(gè)張量并檢查核心報(bào)頭，了解哪個(gè)業(yè)務(wù)管理器發(fā)送該張量。張量隨后被組裝回到數(shù)據(jù)流，通過CSIX傳遞到適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)管理器。
在系統(tǒng)中的多點(diǎn)傳播是通過在入口及出口對(duì)張量的優(yōu)化復(fù)制實(shí)現(xiàn)的。在入口端，一個(gè)路由器針對(duì)每個(gè)出口路由器和每個(gè)優(yōu)先級(jí)都有一個(gè)多點(diǎn)傳播隊(duì)列。多點(diǎn)傳播路由選擇信息被附加在入口端。到達(dá)出口端時(shí)，這些掩碼確定張量之復(fù)制進(jìn)入所需的出口緩沖區(qū)。在系統(tǒng)內(nèi)的廣播實(shí)現(xiàn)的途徑是，在每個(gè)路由器的入口安排一個(gè)單獨(dú)的芯片級(jí)廣播隊(duì)列。當(dāng)控制器調(diào)度一個(gè)廣播連接時(shí)，矩陣將張量并行地傳送到所有出口路由器，從而避免任何的入口擁塞。
有四種通向路由器的接口被用于正常操作，分別是控制器接口、交換矩陣接口、多路CSIX接口和結(jié)構(gòu)管理接口FMI。
開放標(biāo)準(zhǔn)的公用交換接口(CSIX)保證數(shù)據(jù)和控制信息在業(yè)務(wù)管理器和交換結(jié)構(gòu)之間的傳輸，并為系統(tǒng)提供協(xié)議獨(dú)立的級(jí)別。實(shí)際上，CSIX的實(shí)際工作基本上是很簡單的。業(yè)務(wù)管理器要編譯一個(gè)4字節(jié)的CSIX報(bào)頭，其中包含的信息有幀類型、目的端口、優(yōu)先級(jí)和緊急性。緊急性的概念是允許路由器內(nèi)的一個(gè)特定隊(duì)列擁有一個(gè)臨時(shí)受優(yōu)待的優(yōu)先級(jí)，以便為它獲得更大的機(jī)會(huì)在下一次被調(diào)度。這一特性有利于業(yè)務(wù)量整形和緩沖區(qū)優(yōu)化，一般說來，還有助于保持服務(wù)的高質(zhì)量。每個(gè)CSIX接口都是路由器和業(yè)務(wù)管理器之間一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、雙向鏈路。一個(gè)單獨(dú)的CSIX接口支持一個(gè)業(yè)務(wù)管理器，最高可達(dá)OC-12級(jí)?？梢詫⑷舾蓚€(gè)CSIX數(shù)據(jù)通道合并起來，支持更高帶寬的業(yè)務(wù)管理器同時(shí)使用單個(gè)控制通道。每個(gè)CSIX數(shù)據(jù)通道在各個(gè)方向上都是8比特的倍數(shù)(Tx和Rx)。
結(jié)構(gòu)管理接口FMI被實(shí)現(xiàn)為進(jìn)出每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的位串行接口。它的工作頻率為25MHz，并使用專用協(xié)議。FMI完成若干個(gè)功能。它作為芯片組之系統(tǒng)控制的初級(jí)接口。它允許交換管理器讀取運(yùn)行時(shí)間信息。它還允許用帶寬分配所需信息動(dòng)態(tài)地更新所有設(shè)備。FMI還為系統(tǒng)建立和初始化提供訪問。
每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備都包含一個(gè)邏輯模塊，稱為結(jié)構(gòu)管理接口單元(FMIU)。該FMIU與設(shè)備內(nèi)部的功能邏輯(也稱為核心)對(duì)接，從而提供對(duì)選中子集的寄存器和RAM單元在工作時(shí)間(讀/寫)的訪問；還提供一種機(jī)制，報(bào)告設(shè)備檢測到的工作時(shí)間故障狀況；以及，當(dāng)該功能邏輯無法工作時(shí)，對(duì)該功能邏輯中全部寄存器組的訪問(讀/寫)進(jìn)行掃描。
通向結(jié)構(gòu)管理單元FMIU的外部接口需要若干輸入，包括一個(gè)硬復(fù)位(Hard Reset)輸入，它將系統(tǒng)設(shè)備重置為已知狀態(tài)。特別是，它將設(shè)備置于這樣的狀態(tài)下，即，F(xiàn)MIU充分發(fā)揮作用且串行接口可被使用。硬復(fù)位是被要求用于設(shè)備首次加電時(shí)，但也可以用于其它時(shí)候。外部接口還具有一條串行輸入線和串行輸出線，以及用于識(shí)別設(shè)備特定情況的設(shè)備定位地址域。設(shè)備定位域由打結(jié)(tie-offs)產(chǎn)生的，它由系統(tǒng)中設(shè)備的物理位置所決定。
如圖12所示，中央管理單元(CMU)的主要功能包括錯(cuò)誤檢測和記錄邏輯。它負(fù)責(zé)在芯片內(nèi)或接口上檢測錯(cuò)誤的情況和狀態(tài)。因此，它的功能性擴(kuò)展在整個(gè)設(shè)計(jì)中，而非集中于特定模塊內(nèi)。錯(cuò)誤被報(bào)告并儲(chǔ)存在錯(cuò)誤和狀態(tài)寄存器和系統(tǒng)日志中，可以通過FMI訪問這些錯(cuò)誤記錄。CMU還設(shè)有復(fù)位和時(shí)鐘產(chǎn)生邏輯，用于在設(shè)備內(nèi)部生成并發(fā)布時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)。另外，該CMU包含測試控制邏輯，它控制對(duì)于芯片測試的內(nèi)置機(jī)制。目標(biāo)故障覆蓋率是99.9％。在正常運(yùn)行條件下不會(huì)使用這一邏輯。CMU最后的作用是向所有系統(tǒng)設(shè)備提供公用的結(jié)構(gòu)管理邏輯，這一邏輯提供對(duì)于錯(cuò)誤記錄和來自外部控制器的配置數(shù)據(jù)的訪問。它還提供用于設(shè)備掃描測試和PCB測試的功能性。
總之，中央管理單元提供對(duì)于設(shè)備測試、系統(tǒng)建立以及關(guān)于該系統(tǒng)的錯(cuò)誤和狀態(tài)報(bào)告的訪問。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的信息包進(jìn)行處理的方法，該交換機(jī)包括輸入業(yè)務(wù)控制器、入口路由器、無記憶周期交換結(jié)構(gòu)、出口路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器，均由一個(gè)交換控制器進(jìn)行控制，并相互連接，以使連接至該數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一輸入線終止于一個(gè)業(yè)務(wù)控制器，該業(yè)務(wù)控制器用于將輸入線協(xié)議信息包轉(zhuǎn)換為含有信元頭的固定長度信元，該信元頭定義數(shù)據(jù)交換目的路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器以及消息優(yōu)先權(quán)信息，這樣，每個(gè)入口路由器服務(wù)一組業(yè)務(wù)控制器，其特征在于，該入口路由器包括一組輸入緩沖區(qū)和一組虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)，一個(gè)輸入緩沖區(qū)相對(duì)于每一輸入線，一個(gè)虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)相對(duì)于連接數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一個(gè)輸出業(yè)務(wù)控制器，其中，該方法包括當(dāng)信元從業(yè)務(wù)控制器到達(dá)時(shí)，入口路由器檢查信元頭，并將它放在適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列中，及產(chǎn)生一個(gè)傳輸消息請(qǐng)求，包括目的業(yè)務(wù)控制器地址和消息優(yōu)先級(jí)碼，它被傳送至數(shù)據(jù)交換控制器，該交換控制器通過使特定的入口路由器與特定的出口路由器相互連接，根據(jù)一個(gè)第一仲裁處理，調(diào)度信元在每一個(gè)交換結(jié)構(gòu)周期通過該交換結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)第二仲裁處理，入口路由器從適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列選擇位于隊(duì)列之首的信元，以通過數(shù)據(jù)交換機(jī)至適當(dāng)?shù)妮敵鰳I(yè)務(wù)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的信息包進(jìn)行處理的方法，其特征在于，入口緩沖被組織在分開的隊(duì)列中，每一隊(duì)列相對(duì)于每個(gè)目的業(yè)務(wù)控制器和每個(gè)優(yōu)先級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的信息包進(jìn)行處理的方法，其特征在于，入口路由器采用一個(gè)加權(quán)循環(huán)仲裁處理，根據(jù)入口隊(duì)列長度、集合隊(duì)列包緊急性和目標(biāo)業(yè)務(wù)控制器出口隊(duì)列反壓，以選擇下一個(gè)隊(duì)列緩沖區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的對(duì)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的信息包進(jìn)行處理的方法，其特征在于，該第一仲裁處理包括確定在每個(gè)交換結(jié)構(gòu)周期被接受的一組請(qǐng)求，它在每一個(gè)仲裁周期中試圖傳送信息包給每一個(gè)輸出交換結(jié)構(gòu)端口。
5.一種用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī)，包括輸入業(yè)務(wù)控制器、入口路由器、無記憶周期交換結(jié)構(gòu)、出口路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器，均由一個(gè)交換控制器進(jìn)行控制，并相互連接，以使連接至該數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一輸入線終止于一個(gè)業(yè)務(wù)控制器，該業(yè)務(wù)控制器用于將輸入線協(xié)議信息包轉(zhuǎn)換為含有信元頭的固定長度信元，該信元頭定義數(shù)據(jù)交換目的路由器和輸出業(yè)務(wù)控制器以及消息優(yōu)先權(quán)信息，這樣，每個(gè)入口路由器服務(wù)一組業(yè)務(wù)控制器，其特征在于，該入口路由器包括一組輸入緩沖區(qū)和一組虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)，一個(gè)輸入緩沖區(qū)相對(duì)于每一輸入線，一個(gè)虛擬輸出隊(duì)列緩沖區(qū)相對(duì)于連接數(shù)據(jù)交換機(jī)的每一個(gè)輸出業(yè)務(wù)控制器，其中，當(dāng)信元從業(yè)務(wù)控制器到達(dá)時(shí)，入口路由器檢查信元頭，并將它放在適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列中，及產(chǎn)生一個(gè)傳輸消息請(qǐng)求，包括目的業(yè)務(wù)控制器地址和消息優(yōu)先權(quán)代碼，它被傳送至數(shù)據(jù)交換控制器，該交換控制器通過使特定的入口路由器與特定的出口路由器相互連接，根據(jù)一個(gè)第一仲裁處理，調(diào)度信元在每一個(gè)交換結(jié)構(gòu)周期通過該交換結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個(gè)第二仲裁處理，入口路由器從適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列選擇位于隊(duì)列之首的信元，將其通過數(shù)據(jù)交換機(jī)送至適當(dāng)?shù)妮敵鰳I(yè)務(wù)控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī)，其特征在于，該虛擬輸出隊(duì)列被設(shè)置為分開的隊(duì)列，每一個(gè)隊(duì)列相對(duì)于每一個(gè)目的業(yè)務(wù)控制器和每一個(gè)優(yōu)先權(quán)級(jí)別。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī)，其特征在于，入口路由器采用一個(gè)加權(quán)循環(huán)仲裁機(jī)制，根據(jù)入口隊(duì)列長度、集合隊(duì)列包緊急性和目標(biāo)業(yè)務(wù)控制器出口隊(duì)列反壓，以選擇下一個(gè)隊(duì)列緩沖區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī)，其特征在于，該交換控制器執(zhí)行一個(gè)第一仲裁處理，該處理包括通過在每一個(gè)仲裁周期中試圖傳送信息包給每一個(gè)輸出交換結(jié)構(gòu)端口，確定在每個(gè)交換結(jié)構(gòu)周期被接受的一組請(qǐng)求。
9.一種對(duì)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)的信息包進(jìn)行處理的方法，如附圖中所顯示和說明的方法。
10.一種用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī)，如附圖中所顯示和說明的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于處理信息包的數(shù)據(jù)交換機(jī),包括輸入業(yè)務(wù)管理器、入口路由器、無記憶循環(huán)交換結(jié)構(gòu)、出口路由器和輸出業(yè)務(wù)管理器,所有動(dòng)作都在一個(gè)交換控制器的控制下。每個(gè)入口路由器包括一組虛擬輸出緩沖區(qū),一個(gè)虛擬輸出緩沖區(qū)相對(duì)于每個(gè)輸出業(yè)務(wù)管理器和每個(gè)消息優(yōu)先級(jí)。當(dāng)每個(gè)數(shù)據(jù)包或信元到達(dá)時(shí)被檢查,以識(shí)別輸出業(yè)務(wù)管理器地址及其消息優(yōu)先級(jí)。該交換控制器使用一個(gè)第一仲裁和選擇處理,以調(diào)度下一個(gè)信元通過該交換結(jié)構(gòu),該入口路由器使用一個(gè)第二仲裁和選擇處理,以選擇適當(dāng)?shù)奶摂M輸出隊(duì)列,用于在交換結(jié)構(gòu)中的傳輸。
文檔編號(hào)H04L12/64GK1357188SQ9981490
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月22日
發(fā)明者伊恩·戴維·約翰遜, 邁克爾·帕特里克·羅伯特·柯林斯, 保羅·豪沃思 申請(qǐng)人:鮑爾·?？怂褂邢薰?