CN108702327A - 多通道通信 - Google Patents

Abstract

一种多通道通信接口被提供用于链路中，比如在航天器上机载使用的SpaceFibre，所述接口具有当在近端处与远端多通道通信接口协作操作时用于进行以下操作的逻辑：在一个或多个通道上建立与所述远端的符号同步；向和从所述远端发送和接收数据字，同时维持所述符号同步(A)；检测通道状态变化(610)；并且在检测到所述通道状态变化(610)、同时维持所述符号同步时：停止发送(B)数据字；向所述远端发送(B)近端通道状态控制字而非数据字，直到(604)确定所述近端已准备就绪要发送数据字，然后重新开始发送(C)数据字；以及向所述远端发送(C)近端通道对齐信号，直到(608)数据字被从所述远端接收到。

Description

多通道通信

技术领域

本发明涉及多通道通信链路。更具体地，本发明涉及用于多通道通信链路中的多通道通信接口、多通道通信链路本身以及相关联的通信方法。本发明可以应用于SpaceFibre通信链路中。

背景技术

SpaceWire和SpaceFibre是用于航天器上机载使用的数据处置网络。SpaceWire被建立为主要数据处置协议之一，并且用于许多ESA(欧洲航天局)、NASA(美国国家航空航天局)和JAXA(日本宇宙航空研究开发机构)的航天器上。SpaceFibre是一种为高数据速率有效载荷提供非常高速串行数据链路的新兴标准，对广泛使用的SpaceWire的能力进行了补充。

SpaceFibre是一种可在铜缆线和光纤缆线两者上运行的航天器机载数据链路和网络技术。最初针对像合成孔径雷达(SAR)和多谱成像仪器等非常高数据速率仪器，SpaceFibre能够实现更广泛的航天器机载通信应用，这是因为其内置的QoS(服务质量)和FDIR(故障检测、隔离和恢复)能力以及其与SpaceWire技术的后向兼容性。SpaceFibre以2.5Gbits/s或更高的速度运行，从而提供了12倍于利用当前的满足飞行要求技术的SpaceWire链路的吞吐量，并允许将来自多个SpaceWire设备的数据集中在单个SpaceFibre链路上。这显著地减少了缆线束质量并简化了冗余策略。

图1展示了用于SpaceFibre多通道通信链路的协议栈，如在以下文献中所披露的：帕克斯(Parkes)等人，“SpaceFibre：用于航天器机载数据处置的多千兆位/秒互连”，2015年IEEE航空航天会议。

网络层协议102提供了用于在SpaceFibre网络上传输应用信息的两种服务；经由分组接口104的分组传输服务、以及经由广播消息接口106的广播消息服务。分组传输服务使用与SpaceWire相同的分组格式和路由概念来在SpaceFibre网络上传输SpaceFibre分组。广播消息服务向网络上的所有节点广播承载有时间和同步信息的短消息。

数据链路层108向SpaceFibre链路提供服务质量和流量控制。其对要通过链路发送的信息进行帧化以支持QoS，并且对分组数据进行加扰以减少电磁发射。其还提供了错误恢复能力；检测丢失或到达的任何包含错误的帧或控制字，并重新发送它们。

通常，多通道链路是使用由多个物理通道组成的逻辑链路来传输数据的数据通信系统。

参照图1，多通道层110能够并行操作若干个SpaceFibre通道以提供更高的数据吞吐量。其在帕克斯(Parkes)等人的文献中进行了披露：在通道故障的情况下，多通道层支持适度降级，自动地将流量扩展在剩余工作通道上，并且所述多通道层快速地做这件事而无需任何外部干预。然而，其中没有披露这是如何实现的。

通道层112建立跨SpaceFibre通道的通信，将数据字和控制字编码为符号，在所述通道上发送和接收符号、将所接收到的符号解码为数据字和控制字，并且当在某个通道上发生错误时重新建立跨所述SpaceFibre通道的通信。数据被使用8B/10B编码而编码成符号以供传输，并在接收器中被解码。8B/10B符号是DC平衡的，从而支持对SpaceFibre接口的AC耦合。

物理层114将8B/10B符号串行化并经由物理接口116在物理介质上对其进行发送。在接收器中，物理层从串行位流中恢复时钟和数据，确定符号边界并恢复8B/10B符号。SpaceFibre支持电缆线和光纤缆线两者。

管理层118经由管理接口120支持对SpaceFibre协议栈中所有层的配置、控制和监视。

在多通道化中的常规方法的问题在于：在配置之后通道的数量是固定的，并且不可能有任意数量的混合双向和单向通道。

另一个问题在于：在常规方法中，故障恢复时间很长，所以在链路正从通道故障中恢复的同时未发送的任何数据都不可能在不影响最终用户操作的前提下被存储在小的内部缓冲区中。

发明内容

期望的是多通道数据链路动态地适应通道状态变化和配置变化。期望的是协议栈中的多通道层支持适度降级，在无需任何外部干预的情况下快速地自动将流量扩展在剩余工作通道上。期望的是提供具有容错能力和节能能力的非对称多通道串行链路，并允许使用任意数量的通道，例如多达最多16个通道。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于链路中的多通道通信接口，所述链路具有近端和远端，所述多通道通信接口包括当在近端处与远端多通道通信接口协作操作时用于进行以下操作的逻辑：

在一个或多个通道上建立与所述远端接口的符号同步；

向和从所述远端接口发送和接收数据字，同时维持所述符号同步；

检测通道状态变化；以及

在检测到所述通道状态变化、同时维持所述符号同步时：

(a)停止发送数据字；

(b)向所述远端发送近端通道状态控制字而非数据字，直到确定所述近端已准备就绪要发送数据字，然后重新开始发送数据字；以及

(c)向所述远端发送近端通道对齐信号，直到数据字被从所述远端接收到。

优选地，所述多通道通信接口包括用于进行以下操作的逻辑：通过接收从所述远端接口发送的远端通道状态控制字来检测所述通道状态变化。

优选地，所述多通道通信接口进一步包括用于进行以下操作的逻辑：在通过接收从所述远端接口发送的所述远端通道状态控制字而检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

优选地，所述多通道通信接口包括用于进行以下操作的逻辑：更新所述近端通道的有效状态，通过在所述远端处禁用无效的近端通道来进行。

优选地，所述多通道通信接口进一步包括用于进行以下操作的逻辑：通过在所述近端处检测数据错误或配置变化来检测所述通道状态变化，并且在检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

优选地，所述多通道通信接口进一步包括用于进行以下操作的逻辑：停止向所述链路的数据链路层传递所接收到的数据字，同时所述近端未准备就绪要发送数据字。

优选地，在步骤(b)中，通过所述逻辑进行以下操作来确定所述近端已准备就绪要发送数据字：

确定在所述近端处的近端通道状态；

将在来自所述远端接口的远端通道状态控制字中所接收到的远端通道状态与所确定的近端通道状态进行匹配；以及

确定所有通道均对齐。

优选地，是否所有通道均对齐是通过从所述远端接口接收远端通道对齐信号来判定的。

优选地，从所述远端接收到的所述远端通道对齐信号包括关于所述远端处的通道发射状态的信息。

优选地，所述多通道通信接口进一步包括用于进行以下操作的逻辑：如果在确定所述近端已准备就绪要发送数据字之后一时间段内检测到错误，则确定所述近端未准备就绪要发送数据字，所述时间段是所述链路的包括任何处理时延在内的往返时延。

优选地，在步骤(c)中，向所述远端发送的所述近端通道对齐信号包括关于所述近端处的通道发射状态的信息。

优选地，所述链路具有任意数量的物理通道，所述物理通道包括单向通道和双向通道。

优选地，所述多通道通信接口进一步包括用于进行以下操作的逻辑：针对每个通道检测远端接口是否已禁用发射驱动器或接收驱动器、所以对应的通道变为单向，其中，所述多通道通信接口可操作用于使用所述链路的剩余带宽来适应所述链路的动态配置变化。

优选地，在检测到所述通道状态变化、同时所述近端未准备就绪要发送数据字时无法被发送的数据字被存储在所述多通道通信接口中，以防止外部数据源检测到无法通过所述多通道通信接口来发送数据字。

根据本发明的第二方面，提供了一种通信链路，所述链路包括根据所述第一方面的多通道通信接口。

根据本发明的第三方面，提供了一种在多通道通信链路上的通信方法，所述多通道通信链路具有近端和远端，当在近端处与所述链路的远端协作执行时，所述方法包括以下步骤：

在一个或多个通道上建立与所述远端接口的符号同步；

向和从所述远端接口发送和接收数据字，同时维持所述符号同步；

检测通道状态变化；以及

在检测到所述通道状态变化、同时维持所述符号同步时：

(a)停止发送数据字；

(b)向所述远端发送近端通道状态控制字而非数据字，直到确定所述近端已准备就绪要发送数据字，然后重新开始发送数据字；以及

(c)向所述远端发送近端通道对齐信号，直到数据字被从所述远端接收到。

优选地，检测通道状态变化的步骤包括：通过接收从所述远端接口发送的远端通道状态控制字来检测所述通道状态变化。

优选地，所述方法进一步包括以下步骤：在通过接收从所述远端接口发送的所述远端通道状态控制字而检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

优选地，所述方法包括以下步骤：更新所述近端通道的有效状态，通过在所述远端处禁用无效的近端通道来进行。

优选地，所述方法进一步包括：通过在所述近端处检测数据错误或配置变化来检测所述通道状态变化，并且在检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

优选地，所述方法进一步包括：停止向所述链路的数据链路层传递所接收到的数据字，同时所述近端未准备就绪要发送数据字。

优选地，在步骤(b)中，通过以下操作来确定所述近端已准备就绪要发送数据字：

确定在所述近端处的近端通道状态；

将在来自所述远端接口的远端通道状态控制字中所接收到的远端通道状态与所确定的近端通道状态进行匹配；以及

确定所有通道均对齐。

优选地，是否所有通道均对齐是通过从所述远端接口接收远端通道对齐信号来判定的。

优选地，从所述远端接收到的所述远端通道对齐信号包括关于所述远端处的通道发射状态的信息。

优选地，所述方法进一步包括以下步骤：如果在确定所述近端已准备就绪要发送数据字之后一时间段内检测到错误，则确定所述近端未准备就绪要发送数据字，所述时间段是所述链路的包括任何处理时延在内的往返时延。

优选地，在步骤(c)中，向所述远端发送的所述近端通道对齐信号包括关于所述近端处的通道发射状态的信息。

优选地，所述多通道通信链路具有任意数量的物理通道，所述物理通道包括单向通道和双向通道。

优选地，所述方法进一步包括：针对每个通道检测远端接口是否已禁用发射驱动器或接收驱动器的逻辑、所以对应的通道变为单向，其中，所述方法包括使用所述链路的剩余带宽来适应所述链路的动态配置变化。

优选地，在检测到所述通道状态变化、同时所述近端未准备就绪要发送数据字时无法被发送的数据字被存储在多通道通信接口中，以防止外部数据源检测到无法通过所述多通道通信链路来发送数据字。

根据本发明的第四方面，提供了包含程序代码的非暂态计算机可读介质，所述程序代码被适配用于将至少一个计算机的电路或至少一个处理器配置为执行如第三方面所述的方法。

根据本发明的第五方面，提供了包含程序代码的计算机可读介质，所述程序代码被适配用于将至少一个计算机的电路或至少一个处理器配置为执行如第三方面所述的方法，所述计算机可读介质选自由以下各项组成的组：光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、闪存存储设备、硬盘、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。

附图说明

本发明涉及一种多通道通信接口。以下描述包含与本发明的实现方式有关的特定信息。本领域技术人员将认识到，本发明可以以与本申请中具体讨论的方式不同的方式实现。此外，不讨论本发明的一些特定细节以便不混淆本发明。

本申请中的附图及其所附的具体实施方式仅涉及本发明的示例性实施例。为了维持简洁，本发明的其他实施例未在本申请中进行具体描述，并且未通过附图进行具体展示。

现在将参考附图，仅通过举例来描述本发明的实施例，在附图中：

图1展示了用于SpaceFibre多通道通信链路的协议栈。

图2示出了具有四个通道的多通道链路的示例，所述四个通道具有不同配置和状态。

图3是概念图，展示了本文描述的每种类型的字的使用以及如何对这些字进行多路复用。

图4示出了根据本发明实施例如何定义特定控制字以实现对齐字和有效字的示例。

图5展示了对从若干通道接收的字进行的对齐。

图6是根据本发明实施例的多通道通信接口的链路状态图。

图7示出了当由于错误或节能设置或其他配置变化而禁用单向仅接收通道时所述多通道通信接口如何操作的示例。

具体实施方式

在本说明书和权利要求书中，多通道链路是两个设备之间的点对点连接，所述点对点连接包含至少一个双向通道以及零个或更多个单向通道，并且所述点对点连接使用一个或多个有效通道发送和接收信息。

本发明的实施例可以提供一种多通道通信接口，所述多通道通信接口允许具有任意奇数或偶数个物理通道(单向或双向)的多通道链路在当存在由于故障或节能配置变化而导致的发射通道和接收通道的数量任意变化时继续操作。因此，多通道链路能够使用仍然可用的通道进行操作，所以如果单个通道发生故障或者其被解除激活，所述多通道链路用所有剩余的通道来工作。多通道链路可以确保始终以与发送数据时相同的顺序来检索数据，所以即使多个异步事件在链路的两端处都发生(故障或通道配置变化)，也可以保证有序数据完整性。

多通道链路自动检测哪些通道不再可用于发射或接收数据。使故障恢复时间最小化，所以在链路正从通道故障中恢复的同时仍未传送的任何数据都可以在不影响最终用户操作的情况下被存储在小型内部缓冲区中。这防止了外部数据源检测到无法通过多通道通信接口来发送数据。

在本发明的实施例中，多通道链路中的每个通道都可以独立于同一链路的其他通道进行操作。因此，对链路的一个通道中的错误、比如8B10B编码方案中的差异错误进行解码并不会影响链路的其他通道的状态，就像其他解决方案(例如PCI Express和Rapid IO)一样。

在本发明的实施例中，可以在任何时间对通道进行激活和解除激活。在常规方法中，通道必须被一起初始化，并且如果操作通道的数量发生变化，则需要对所有这些通道进行重新初始化。

在本发明的实施例中，链路可以由任意数量的通道构成，并且这些通道可以是单向或双向的。在常规方法(例如PCI Express和Rapid IO)中，通道的数量必须是2的倍数。

图2示出了具有四个通道的多通道链路的示例，所述四个通道具有不同配置和状态。多通道链路具有近端多通道通信接口202，所述近端多通道通信接口在链路的近端处连接到设备204。远端多通道通信接口206在链路的远端处连接到设备208。

通道0是工作双向通道。通道1是双向通道，在其中，在近端处的发射器Tx由于节能原因已被禁用，所以它作为单向通道工作。通道2是双向通道，其由于错误210而发生故障并且不能再被使用。通道3只能作为单向通道工作，因为它仅在链路的一端处具有发射器Tx而另一端处具有接收器Rx。

在比如Rapid IO和PCI Express等常规方法中，通道状态不是独立的。在这些方法中，链路的一端决定配置并且尝试使用这种配置来启动所有通道。另一端做同样的事情，并且这两端都接收到另一端正在使用的配置的信息。如果一端确定配置不匹配，则其利用更可能与另一侧相匹配的新配置来再次重新启动一切。因此，通过重置所有通道来对链路进行重新初始化，而不是维持位同步或符号同步。当此系统初始化时，所述系统不支持配置变化。配置变化的示例是当用户禁用通道或者通道停止工作时，如参照图2所描述的。

图3是概念图，展示了本文描述的每种类型的数据单元的使用以及如何对这些数据单元进行多路复用。

通道302以称为字的数据单元的倍数来发送信息。现在描述不同类型的字。数据字304由应用306生成，并且承载用户数据内容。控制字308由任意通信协议310生成。协议310选择(虚线)从多路复用器312中输出数据字还是控制字。

对齐字和有效字314是与链路状态和通道状态316相关的控制字。链路状态与参照图5描述的多通道对齐机制相关。传送每个通道状态的对齐字和有效字314被选择以供由多路复用器318根据链路状态320输出。与数据字304和其他控制字308多路复用的对齐字和有效字314由多通道分配322按照由通道编号0……N-1定义的通道排序分配在这N个通道302上。

图4示出了根据本发明实施例如何定义特定控制字以实现对齐字和有效字的示例。

示出了对齐字402和有效字404，每个字均具有四个符号。在这两个字中，第一符号是逗号，并且第二符号标识字的类型，对齐或有效。

对齐字402的第三符号包含用于发送字的当前通道数量以及用于发送对齐字的通道的通道编号。第四符号是用于防止错误的校验和值。

有效字404的第三符号和第四符号指示哪些通道使其通道初始化状态机处于有效状态。这两个符号中的每个位与从通道编号0开始直到15的相应通道编号相关联。

本发明的实施例比常规方法更稳健，因为即使链路的一侧是已准备就绪而另一侧仍未准备就绪，也可以在任何时间上存在配置变化。使用包含用于发送的通道数量的对齐字的效果提供了益处，因为对齐校验和通道数量校验可以同时完成。

在示例中，多通道链路的每个通道可以被设置为单向仅接收通道、单向仅发射通道、或者能够发射和接收数据的双向通道。通道可以在任何时间上被启用或禁用。每个启用通道都可以处于有效状态或无效状态。处于有效状态的通道被期望用于正确地仅接收、仅发送、或者发送和接收数据字以及控制字。

当满足以下条件中的一个或多个条件时，可以认为通道处于有效状态：

·当两端都已准备就绪要正确地发送和接收数据时；

·当通道被设置为单向仅接收通道并且其能够正确地接收数据时；或

·当链路的其他通道接收到关于在链路的远端处此通道处于有效状态的信息时。

这使得单向仅发射通道能够达到有效状态。它还允许检测在远端处何时为了节能原因而将所述通道设置为单向仅接收通道。在这种情况下，如果之前没有将通道设置为仅发射通道，则将通道设置为仅发射通道。

当满足以下条件中的一个或多个条件时，处于有效状态的通道可以退出此状态：

·当用户禁用所述通道时；

·当所述通道被设置为能够接收数据但是接收器驱动器指示不存在有效信号时，或者此通道的所测量误码率太高时。例如，可以通过对8B10B解码错误的数量进行计数来测量误码率；

·当所述通道接收到指示以下内容的字时：因为另一端想要节省电力或者因为其检测到太多错误且无法正确地接收数据，所以另一端想要禁用所述通道；或

·当通道被设置为单向仅发射通道并且链路的其他通道已经接收到关于在链路的远端处此通道未处于有效状态的信息。

如果一个通道由于在此通道上接收到错误而发生故障，则仅更新此通道状态，同时保持其他通道的通道状态不变。这与其他方法不同，在其他方法中，如果在一个通道中存在错误，则所述通道会导致整个链路重新启动所有通道。

多通道链路由两个或更多个通道构成。多通道链路的每个通道具有分配的通道编号，从0值开始直到N-1值，其中，N是链路具有的通道数量。

在任何特定时间上，链路都可以被认为是已准备就绪或未准备就绪要发送和接收数据字和控制字。当链路准备就绪时，按照与通道编号相同的顺序跨链路的各个有效通道逐字地分配将要发射的数据字。也可以以相同的方式跨各个有效通道分配控制字，或者可以复制并同时跨所有有效通道发送同一控制字。而且，只有当链路准备就绪时，才能按照与通道编号分配相同的顺序逐字地从链路的所有有效通道接收数据字和控制字。

当链路被认为是未准备就绪时，不允许链路发送和接收数据字。

上电后，链路最初被认为是未准备就绪的。当链路未准备就绪时，它发送提供关于链路的哪些通道(由其通道编号标识)处于有效状态的信息的字。这些字(在本示例中称为有效字)当链路准备就绪时不会被发送，所以它们也用于向远端指示链路未准备就绪。有效控制字用于向链路的远端用信号通知哪个通道是有效通道。如果有效控制字与先前接收到的有效控制字相同，则它是有效的。

链路的每个通道都可以具有不同的偏斜，所以对每个通道接收到的字进行对齐以便得到以下效果：以与发送字相同的顺序来处理字。为了帮助进行对齐过程，在所有有效通道上周期性地同时发送一个特定字(在本示例中称为对齐字)，其中，周期长于通道之间的最坏情况的偏斜。如由接收到有效字所指示的，当链路未准备就绪或当链路的远端未准备就绪时发送对齐字。对齐字承载有关于以下内容的信息：正用于发射数据的通道数量，即在发送对齐字的链路末尾处的有效且能够发送数据字和控制字的通道数量。每个对齐字还可以承载发送此对齐字的通道的通道编号。使用对齐控制字来跨各个有效通道对行进行对齐。对齐控制字由多通道链路的每一端发送，以向链路的另一端用信号通知哪些通道是有效发送通道。当链路需要重新对齐其通道时，其通过对齐控制字周期性地发送散置的有效控制字，直到链路中的所有通道都对齐。

图5展示了对来自若干通道的字进行的对齐。

在步骤502处：需要进行重新对齐，所以发送七个有效字，接着在所有通道上发送对齐字。通道未对齐，所以一个对齐字的接收与其他字步调不一致。所有通道都被读取。

在步骤504处：在七个有效字之后，在所有通道上发送对齐字。不读取通道0和通道3，因为它们包含对齐，但并非所有通道都包含对齐。

在步骤506处：所有通道在输出端处都具有对齐，所以读取所有通道。随后的字(字0到字5)实际上将是另外的有效控制字，直到向链路的另一端用信号通知对齐。清楚起见，这些词被编号。

在步骤508处：从所有通道中读取对齐数据。

通道对齐确保了链路的每个有效通道都被正确对齐，从而使得在从这些通道读中取信息时，整行的字被一起读取。通过链路的各个通道的轻微时延差可能会导致一个通道使其在一行中的字比来自其他通道的在同一行中的字稍早或稍晚可用。这可能会导致针对一行读取错误数据。行对齐确保了时延差得到补偿，并且一行的所有字都排成一行准备就绪供一起读取。在对齐之后，第一行读取包含所接收到的第一组N个字，下一行下一组N个字，依此类推。

为了执行行对齐，为每个通道提供对齐FIFO。每个对齐FIFO能够存储足够的数据字或控制字以允许对所接收到的行进行对齐。当数据字或控制字从通道层到达时，其被放置在用于所述通道的对齐FIFO中。当要从对齐FIFO中读出的下一个字是有效对齐控制字时，其只能从对齐FIFO中被读取，当要从所有有效通道中读取的下一个字是有效对齐控制字时，有效对齐控制字是不处于错误中的字。当要读取的下一个字是数据字或除了对齐控制字之外的控制字时，从对齐FIFO中读取此字。当要从每个有效通道的对齐FIFO中读取的下一个字是有效对齐控制字时，所述行完全对齐，并且所有对齐控制字被同时从对齐FIFO中读出。当所述行完全对齐并且对齐控制字已经被读取时，每个后续行包含对齐的数据字和控制字，并且每一行被读取，直到未对齐条件出现并且需要再次进行对齐。如果当必须在一个对齐FIFO中放置一个字时此对齐FIFO已满，则刷新所有对齐FIFO。这在当对齐字丢失时可能会发生。

图6是状态机的状态图，其展示了根据本发明的实施例的多通道通信接口的行为。

在多通道链路的两端中使用多通道通信接口，其中，链路的这两端被称为近端和远端。在以下示例中，所述多通道通信接口在近端处与远端多通道通信接口协作操作。在这种情况下，远端多通道通信接口可以以与近端多通道通信接口相同的方式操作。

所述多通道通信接口具有用于进行以下操作的逻辑：对链路进行初始化，并建立与远端接口的符号同步。此逻辑由对齐状态机控制，所述对齐状态机在图6中进行了展示并且可以以包括软件或者和/或逻辑电路系统的逻辑来实现。

在对链路进行重置602时，对齐状态机进入未准备就绪状态B。建立与远端接口的符号同步。

在未准备就绪状态B中，链路的通道尚未对齐，所以无法发送或接收数据字。为了对齐这些通道，对齐状态机命令多通道逻辑在链路的每个通道上发送有效控制字，并周期性地发送对齐控制字，例如每七个有效字一个对齐字。

当对齐字和有效控制字被接收到时，它们包含关于链路远端处哪些通道处于有效状态的信息。可以将这与链路近端处的通道状态进行比较，并且当它们相匹配时，近端将准备就绪要开始发送数据字。对齐FIFO将在每个有效通道上接收有效字和对齐控制字并对齐它们。一旦实现了行对齐并且有效字和对齐控制字中所包含的远端状态信息与近端状态信息一致，则通道对齐604，并且对齐状态机可以移动到近端准备就绪状态C。

对于要对齐604的通道，满足以下所有条件：

·对通道之间偏斜进行补偿的通道对齐过程已完成，所以链路的近端以与远端发送来自有效通道的字相同的顺序来接收这些字。通过所有有效通道同时接收对齐字来验证此条件。当链路已经处于准备就绪状态时，这还可以通过接收由所有通道同时发送的控制字来验证。

·用于在链路远端处发送数据的通道数量(如由最后接收的对齐字所指示)与用于接收数据的通道数量相匹配。

·在每个通道的两端处所分配的通道数量是相同的。这可以通过对齐字的内容或当通道未准备就绪时发送的其他字的内容来验证。

·有效的通道在链路的两端是相同的。这是通过接收有效字来验证的。

在近端准备就绪状态C中，对齐状态机指示多通道逻辑停止发送有效控制字并使其能够发送和接收数据字，同时维持符号同步。仍然周期性地发送对齐字，以确保完成在链路远端处的对齐过程，同时仍维持符号同步。

由于以下若干原因中的任何一个原因，都可能会发生通道的行未对齐：

·链路近端中处于有效状态的通道可能会发生变化，即有效通道可能会停止有效，或者无效的通道可能会变得有效；

·链路远端中处于有效状态的通道可能会发生变化，并且这将在有效控制字中指示；

·对齐FIFO可能会溢出；

·接收行可能无效，同一行中包含控制字和数据字的混合；

·可能会接收包含错误的对齐控制字；或

·在进入近端准备就绪状态之后一较短时间段内可能会接收到包含错误的控制字或数据字。当检测到行对齐时，此错误将会在链路两端之间的线路上传播。此校验确保：这两侧不会由于在一个或多个通道中的错误而以不一致的状态结束。所述接口具有用于进行以下操作的逻辑：如果在确定所述近端准备就绪要发送数据字之后一时间段内检测到错误，则确定所述近端未准备就绪要发送数据字。所述时间段是链路的包括任何处理时延在内的往返时延。所述时间段优选地小于4微秒。所述时间段是发射一个字的时间、加上直到其到达远端的时延、加上在远端对这个字进行的处理、加上在远端创建的字直到其到达近端的时延的最坏情况和的结果。在此时间段之后，近端接口可以从远端接收了解且是近端当前状态的最新信息，如果这自从时间段开始就没有改变的话。为使协议稳健，自链路变得准备就绪直到所述时间段过去，近端无法获得接收错误。

在近端准备就绪状态C中，当未对齐条件出现606时，对齐状态机移回到未准备就绪状态B。因此，在经由所接收的有效控制字检测到变化的情况下，近端接口可以通过接收从远端接口发送的远端通道状态数据来检测通道状态变化。当处于未准备就绪状态B时，对齐状态机将通过实现正确行对齐所需的步骤采用多通道逻辑。

在近端准备就绪状态C中，当接收到数据字并且尚未出现未对齐608时，对齐状态机移动到两端均准备就绪状态，A。对齐状态机指示多通道逻辑不发送有效字和对齐控制字并且发送和接收数据字和其他数据链路层控制字。在两端均准备就绪状态A中，多通道链路的两端完全对齐并且能够使用有效的通道来传输数据。

如果，当对齐状态机处于两端均准备就绪状态A时，未对齐条件出现或有效字被接收到610，指示链路远端处的有效通道(即通道状态)的变化，对齐状态机移动到近端未准备就绪状态B并再次开始通道对齐过程。因此，再次，近端接口可以通过接收从远端接口发送的远端通道状态数据来检测通道状态变化。

因此，在检测到通道状态变化时，所述逻辑：

(a)停止发送数据字，同时维持所述符号同步；

(b)向所述远端发送近端通道状态控制字(有效字)而非数据字同时维持所述符号同步，直到确定所述近端已准备就绪要发送数据字，然后重新开始发送数据字同时维持所述符号同步；以及

(c)向所述远端发送近端通道对齐信号(对齐字)，同时维持所述符号同步，直到数据字被从所述远端接收到。

使用多通道通信接口使得在链路的每一端中连续地监视哪些通道有效并准备就绪要发送数据的链路能够动态地响应于其配置和状态的变化，而无需对整个系统进行完全初始化。当链路检测到一个或多个通道的状态由于故障发生或节能配置变化而从有效变为无效或从无效变为有效时，所述链路立即停止发送用户数据，并开始发送每个通道的状态信息(即从状态A到状态B的转换)，同时维持符号同步。这在当存在无效通道排序时防止链路的远端对用户数据进行处理，并且允许远端对以下内容进行验证：正用于在近端处接收数据的通道与远端发送此数据所使用的通道相同。如果通过接收此状态信息在远端处检测到存在不匹配，则远端也停止发送用户数据并代替地发送其每个通道的状态信息。一旦验证了链路两端处每个通道的状态相同并且通道被对齐以使得每个通道之间的不同偏斜得到补偿，所述链路就可以重新开始发送数据。

在检测到故障或新通道配置之后不久，链路的远端的通道状态将再次与近端的通道状态相匹配。在双向通道的情况下，通道可以通过自身来检测远端是否已进入或退出有效状态。在单向仅发射通道的情况下，当远端已经进入或退出有效状态时，由链路通知通道，所以通道可以相应地修改其自身状态。这是通过链路中存在的至少一个双向通道来完成的。

用于检测和补偿不同通道偏斜的对齐字还包括关于有多少通道有效并准备就绪要发送数据的信息。当接收到此控制字并且其内容经过验证时，链路可以重新开始发送用户数据，即，用于发送的所指示的通道数量等于当前用于接收的通道数量。当链路的任一端变为未准备就绪时，周期性地发送此控制字。这允许链路的两端即使在一个或多个通道上存在导致所传输信息丢失的任意错误时也能重新开始操作。

图7示出了当由于错误或节能设置而禁用单向仅接收通道时多通道通信接口如何操作的示例。在本示例中，在链路的左端(标记为L)，此通道是单向仅发射通道，所以左端无法检测到右端(标记为R)被禁用。使用有效字，所述方法确保所述仅发射通道被禁用，并且两端就正在使用的通道数量达成一致。即使在一个或多个通道中存在额外的错误或配置变化，仍然保证了与通道排序相关的数据完整性。

根据本发明的实施例，链路的两端被示出为各自具有其自身的多通道通信接口。时间轴为从上到下。

考虑左端L，左端接口以“两端均准备就绪”状态A开始：

在步骤702处：

·接收有效字，其中，通道中的一个处于不同状态。

·向仅Tx通道通知另一端未处于有效状态，所以它也退出有效状态。

·左端接口移动到“近端未准备就绪”状态B。

在步骤704处：

·接收对齐字，其中，其用于发送字段的通道数量等于用于在近端(左端)进行接收的通道数量。

·满足了左端接口要移动到准备就绪状态所需的所有其他条件。

·左端接口移动到“近端准备就绪”状态C。

在步骤706处：

·左端周期性地发送对齐字，在数据字和控制字之间交错，因为正在接收有效字，指示链路的另一端(右端)处于未准备就绪状态B。

在步骤708处：

·接收到数据字，指示链路的另一端(右端)已达到近端准备就绪状态C，从而使得两端现在都准备就绪。

·左端接口移动到“两端链路准备就绪”状态A。

考虑右端R，右端接口从“两端链路准备就绪”状态A开始：

在步骤710处：

·仅接收通道检测到太多错误，并且其被禁用。

·相应地，有效状态中的通道数量发生变化。

·右端接口移动到“近端未准备就绪”状态B。

·随后接收到的数据字被丢弃。

在步骤712处：

·由于链路的右端仍处于未准备就绪状态，因此数据字被丢弃。

·因为链路的右端处于未准备就绪状态，所以周期性地发送对齐字，在有效字之间交错。

在步骤714处：

·错误发生并且未接收到对齐字。

在步骤716处：

·由于链路仍处于未准备就绪状态时，数据字被丢弃。

在步骤718处：

·接收对齐字，其中，其用于发送字段的通道数量等于用于在近端(右端)进行接收的通道数量。

·满足了右端接口要移动到准备就绪状态所需的所有其他条件。

·右端接口移动到“近端准备就绪”状态C。

在步骤720处：

·接收到数据字，指示链路的另一端(左端)处于近端准备就绪状态C，所以链路的两端现在都准备就绪。

·右端接口移动到“两端链路准备就绪”状态A。

本发明的一个或多个实施例所提供的优点如下：

多通道链路可以利用任意数量的单向(发射或接收)通道和双向通道进行操作。可用的总带宽是每个通道的单独带宽的总和，无需考虑协议开销。

链路自动地检测：在链路远端处使用的发射通道和接收通道的数量；以及这些通道是单向的还是双向的。

链路的通道具有固有的“热插拔”能力，因为它们的状态可以在任何时间上发生变化。

链路的每个通道可以被独立配置，而不限制其他通道。

如果通道发生故障或者其被禁用，则所述通道不会影响其他通道的操作。

端口宽度(与应用的接口的大小)独立于链路宽度(通道数量)。

即使在由于一个或多个通道中的错误而丢失任何数量的字的情况下，或者在链路的每端处发生通道配置和状态的多个异步变化的情况下，仍然保证了可能受到分配到多个通道上的数据影响的有序数据传送。接收器检测到：在利用错误通道排序处理数据之前，远端处的通道排序已经发生变化。

当一个通道的状态或配置存在变化时，系统可以利用剩余通道来重新开始传输数据，而无需等待超时定时器到期或等待对通道进行重新初始化。

对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，创新性多通道通信接口至少在一些实施例中由包括用于执行如以上所描述的本发明逻辑的各个步骤的软件代码和/或逻辑电路系统的逻辑实现。逻辑电路系统可以包括用VHDL(VHSIC硬件描述语言)代码设计的计算机芯片。此外，设计这种计算机芯片所必需的软件代码或代码当然可以存储在任何计算机可读介质中和/或从任何计算机可读介质读取，比如光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、闪存存储设备、硬盘、随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)、以及本申请中未具体提及的众多其他计算机可读介质。

从以上对本发明的描述中可以明显看出，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用各种技术来实现本发明的概念。此外，虽然已经特别参考某些实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，所描述的实施例应当在所有方面中均被视为说明性而不是限制性的。还将认识到，本发明并不局限于本文所描述的具体实施例，而是能够在不脱离本发明的范围的情况下作出许多重新安排、修改和替换。

Claims (29)

1.一种用于链路中的多通道通信接口，所述链路具有近端和远端，所述多通道通信接口包括当在近端处与远端多通道通信接口协作操作时用于进行以下操作的逻辑：

在一个或多个通道上建立与所述远端接口的符号同步；

向和从所述远端接口发送和接收数据字，同时维持所述符号同步；

检测通道状态变化；以及

在检测到所述通道状态变化、同时维持所述符号同步时：

(a)停止发送数据字；

(b)向所述远端发送近端通道状态控制字而非数据字，直到确定所述近端已准备就绪要发送数据字，然后重新开始发送数据字；以及

(c)向所述远端发送近端通道对齐信号，直到数据字被从所述远端接收到。

2.如权利要求1所述的多通道通信接口，包括用于进行以下操作的逻辑：通过接收从所述远端接口发送的远端通道状态控制字来检测所述通道状态变化。

3.如权利要求2所述的多通道通信接口，进一步包括用于进行以下操作的逻辑：在通过接收从所述远端接口发送的所述远端通道状态控制字而检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

4.如权利要求3所述的多通道通信接口，包括用于进行以下操作的逻辑：更新所述近端通道的有效状态，通过在所述远端处禁用无效的近端通道来进行。

5.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，进一步包括用于进行以下操作的逻辑：通过在所述近端处检测数据错误或配置变化来检测所述通道状态变化，并且在检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

6.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，进一步包括用于进行以下操作的逻辑：停止向所述链路的数据链路层传递所接收到的数据字，同时所述近端未准备就绪要发送数据字。

7.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，其中，在步骤(b)中，通过所述逻辑进行以下操作来确定所述近端已准备就绪要发送数据字：

确定在所述近端处的近端通道状态；

将在来自所述远端接口的远端通道状态控制字中所接收到的远端通道状态与所确定的近端通道状态进行匹配；以及

确定所有通道均对齐。

8.如权利要求7所述的多通道通信接口，其中，是否所有通道均对齐是通过从所述远端接口接收远端通道对齐信号来判定的。

9.如权利要求8所述的多通道通信接口，其中，从所述远端接收的所述远端通道对齐信号包括关于所述远端处的通道发射状态的信息。

10.如权利要求7至9中任一项所述的多通道通信接口，进一步包括用于进行以下操作的逻辑：如果在确定所述近端已准备就绪要发送数据字之后一时间段内检测到错误，则确定所述近端未准备就绪要发送数据字，所述时间段是所述链路的包括任何处理时延在内的往返时延。

11.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，其中，在步骤(c)中，向所述远端发送的所述近端通道对齐信号包括关于所述近端处的通道发射状态的信息。

12.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，其中，所述链路具有任意数量的物理通道，所述物理通道包括单向通道和双向通道。

13.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，进一步包括用于进行以下操作的逻辑：针对每个通道检测所述远端接口是否已禁用发射驱动器或接收驱动器、所以对应的通道变为单向，其中，所述多通道通信接口可操作用于使用所述链路的剩余带宽来适应所述链路的动态配置变化。

14.如任一前述权利要求所述的多通道通信接口，其中，在检测到所述通道状态变化、同时所述近端未准备就绪要发送数据字时无法被发送的数据字被存储在所述多通道通信接口中，以防止外部数据源检测到无法通过所述多通道通信接口来发送数据字。

15.一种通信链路，包括如任一前述权利要求所述的多通道通信接口。

16.一种在多通道通信链路上的通信方法，所述多通道通信链路具有近端和远端，当在近端处与所述链路的远端协作执行时，所述方法包括以下步骤：

在一个或多个通道上建立与所述远端接口的符号同步；

向和从所述远端接口发送和接收数据字，同时维持所述符号同步；

检测通道状态变化；以及

在检测到所述通道状态变化、同时维持所述符号同步时：

(a)停止发送数据字；

(b)向所述远端发送近端通道状态控制字而非数据字，直到确定所述近端已准备就绪要发送数据字，然后重新开始发送数据字；以及

(c)向所述远端发送近端通道对齐信号，直到数据字被从所述远端接收到。

17.如权利要求16所述的通信方法，其中，检测通道状态变化的步骤包括：通过接收从所述远端接口发送的远端通道状态控制字来检测所述通道状态变化。

18.如权利要求17所述的通信方法，进一步包括以下步骤：在通过接收从所述远端接口发送的所述远端通道状态控制字而检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

19.如权利要求18所述的通信方法，包括以下步骤：更新所述近端通道的有效状态，通过在所述远端处禁用无效的近端通道来进行。

20.如权利要求16至19中任一项所述的通信方法，进一步包括：通过在所述近端处检测数据错误或配置变化来检测所述通道状态变化，并且在检测到所述通道状态变化时，相应地更新近端通道的有效状态，同时保持其他通道的通道状态不变。

21.如权利要求16至20中任一项所述的通信方法，进一步包括：停止向所述链路的数据链路层传递所接收到的数据字，同时所述近端未准备就绪要发送数据字。

22.如权利要求16至21中任一项所述的通信方法，其中，在步骤(b)中，通过以下操作来确定所述近端已准备就绪要发送数据字：

确定在所述近端处的近端通道状态；

将在来自所述远端接口的远端通道状态控制字中所接收到的远端通道状态与所确定的近端通道状态进行匹配；以及

确定所有通道均对齐。

23.如权利要求22所述的通信方法，其中，是否所有通道均对齐是通过从所述远端接口接收远端通道对齐信号来判定的。

24.如权利要求23所述的通信方法，其中，从所述远端接收到的所述远端通道对齐信号包括关于所述远端处的通道发射状态的信息。

25.如权利要求22至24中任一项所述的通信方法，进一步包括以下步骤：如果在确定所述近端已准备就绪要发送数据字之后一时间段内检测到错误，则确定所述近端未准备就绪要发送数据字，所述时间段是所述链路的包括任何处理时延在内的往返时延。

26.如权利要求16至25中任一项所述的通信方法，其中，在步骤(c)中，向所述远端发送的所述近端通道对齐信号包括关于所述近端处的通道发射状态的信息。

27.如权利要求16至26中任一项所述的通信方法，其中，所述多通道通信链路具有任意数量的物理通道，所述物理通道包括单向通道和双向通道。

28.如权利要求16至27中任一项所述的通信方法，进一步包括：针对每个通道检测所述远端接口是否已禁用发射驱动器或接收驱动器、所以对应的通道变为单向，其中，所述方法包括使用所述链路的剩余带宽来适应所述链路的动态配置变化。

29.如权利要求16至28中任一项所述的通信方法，其中，在检测到所述通道状态变化、同时所述近端未准备就绪要发送数据字时无法被发送的数据字被存储在多通道通信接口中，以防止外部数据源检测到无法通过所述多通道通信链路来发送数据字。