ATM交换技术与B-ISDN原理(第7讲).ppt

1、1,Design Case,基于PCI总线的155MHZ电接口ATM 网络接口卡(NIC)设计及工作原理,2,主要讲授内容,1. 基于PCI总线的ATMSTM-1NIC卡总体结构 2. 功能与特性 3. 层结构 4. 基本工作原理概述 5. 接收与发送双向信号工作流程与原理 接收方向多个CS-PDU分解为单一的信元流 ATM信元流生成发送比特流 发送方向从接收比特流中提取有用的ATM信元流 ATM信元流恢复各个CS-PDU 6. 关键接口 PCI总线与IDT77211的接口 IDT7721与PM5346的接口 PM5346与物理媒体层器件的接口 References,3,1.基于PCI总线的A

2、TM155Mb/sNIC总体结构, IDT77211: ATM SAR with AAL3/4, AAL5, AAL0 处理(IDT) PM5346: STM-1/OC-3 ATM PHY 芯片(PMC) ML6672: 电接口收发器 (NS),4,功能模块图,5,2. 功能与特性 (1),1. ATM 155M NIC STM-1/OC-3速率电接口(双向) 。 双绞线，传输距离100米，Low Cost。 基于PCI Bus，与主机系统配合完成ATM物理层、ATM 层、AAL所有功能。 提供Native ATM接口，直接接ATM Hub/switch。 plug-in/Device Ins

3、tallation,6,2. 功能与特性 (2),2. 关键器件 IDT77201/IDT77211 AAL3/4，AAL5，AAL0SARchip 具有PCI Bus接口 PCI Bus直接DMA传送数据 具有SRAM和EPROM/E2PROM接口(装Boot) PM5346 ATM 物理层(特别是TC层) chip 处理SDH，SOH，LOH，POH SDH帧定界，Cell定界，HEC处理 串/并，并/串转换 向AAL层提供UTOPIA总线接口 UTOPIA Bus收、发方向各能缓冲4个信元 ML6672 线路整形与衰减补偿器,7,3. 层结构,8,4. 基本工作原理概述,9,5. 接收与

4、发送方向信号工作流程及原理,(1) 接收操作 物理层数据接收过程 AAL层数据接收过程 重装CS-PDU时对多种AAL协议信元格式的处理 (2) 发送操作 AAL层数据拆分存储及相关操作 发送调度控制 算法和实现 物理层数据发送过程,10,接收方向操作-物理层数据接收过程, 接收链路输入 时钟恢复 串并转换 SDH帧同步、段开销翻译及段级告警和性能指示 链路级告警指示、监测及性能监测 处理通道开销 从SDH帧提取ATM信元 信元定界、过滤idle/unsigned信元、监测HCS，ATM信 元净荷解扰,11,接收方向物理层构成, 电接口G.703，速率的选择 信号变压器PE67583 接口芯片

5、ML6672，支持在UTP-5上收发155M数据的收 发器 ML6672与PMC5346的连接 GFCPAL 5346时钟控制 对5346的配置,12,接收方向时钟电路,13,PM5346接收过程,14,接收操作主要数据结构,(1) Small /large Free buffer, 主存中用以重装CS-PDU的内存块 (LFB/SFB) (2) Receive Status Queue, 主存中队列中每一项指向主存 中一个buffer, 所有buffer合起来就是一个CS-PDU (3) Receive Small/large Free buffer Queue SRAM中，用于索引 主存中

6、的SFB/LFB索引表 (4) Receive Cell FiFo SRAM中暂存物理层的信元 (5) Receive Connection Table在SRAM中根据要确定信元所属 的VC及用于拼装的内存地址,15,接收操作接收数据流程,16,接收操作接收操作步骤详解,(1) 在重装开始前，驱动程序在主机内存中分配一些内存块，用来组装CSPDU，然后向77211提供这些内存的地址，这种内存块有Small Free buffer 和Large Free buffer两种, 这些块的地址要写入到局部SRAM的SRBQ(Small Free buffer Queue)和LFBQ中，Small大小默

7、认值64byte, large 大小默认值2K字节。 (2) 从物理层接收的53字节信元写入到SRAM中的信元接收队列 (315信元容量的FIFO队列)，在写ATM信头时略去HEC字节，因为它已由物理层处理过了。 (3) 从SRAM中读ATM信元的信头。 (4) 用信头中的VCI/VPI域索引接收连接表(Receive Connection table)，找到相应条目，得到该连接相应的主机内存块。 (5) 如果正在接收的是CS-PDU的第一个信元，在表中为它分配一个条目，并将SFB队列中第一项拷入接收连接表。该信元使用此SFB指向的内存块组装净荷。若该内存块用完，将从LFB队列中拷一个到连接表

8、中继续组装。,17,接收操作接收操作步骤详解,(6) 77211把Small Free buffer的起始地址写到BIU。 (7) 77211把12字 (4字节/字)的ATM信元净荷写入BIU。 (8) 77211通过PCIDMA传输BIU中48字节的ATM净荷到Small Free Buffer，用完后写Large Free buffer, 填满一 个buffer, 就把该buffer的地址写到与该连接的VC相对应的Receive Status Queue中去。当77211检测到PDU结束时，发一个中断通知主机处理Receive Status Queue。 (9) 重装CS-PDU结束后，中

9、断通知相应程序CS-PDU装配好，放在由接收状态队列的一系列指针指向的内存块中，驱动程序读Receive Status Queue, 生成主存缓冲地址表提供给应用程序以把重装的CS-PDU转化为用户数据。,18,接收操作重装CS-PDU时对多种AAL协议信元格式的处理(AAL5),19,AAL5接收组装处理,20,接收操作-重装CS-PDU时对多种AAL协议信元格式的处理(AAL3/4),21,AAL3/4接收组装处理,22,其它AAL的处理：OAM，AAL0，Raw Cell, OAM信元 操作和管理信元(OAM)由几个保留的VPI/VCI地址标识，同时也可以用信头PTI(Payload T

10、ype Identifier)域的几种不同状态来识别。由于OAM信头包含有用信息，所以整个信元都要传给主机系统，存贮在Raw Cell Queue。 OAM信元有几种可能的传输方式： 1. 在当前建立的用于数据传输的VPI/VCI中传递的OAM信元。 此时要设置信头的PTI，77201检测到这类信元就传给主机存贮器的Raw Cell Queue。77201可在传输结束时产生一个中断。 2. 在预留VPI/VCI上的OAM信元通讯。 连接建立时即确定了传输的是OAM信元。接收操作的步骤 如前节所述，只是在每个CS-PDU重装结束后产生一次中断。 3. 连接接收表中无对应条目的VPI/VCI上的O

11、AM信元通讯。 这些OAM信元的VPI、VCI在Receive Connection Table中找不到相应匹配项。这些信元将被传给Raw Cell Queue，等待身份认证处理。,23,接收的AAL操作：AAL0处理, AAL0 AAL0具有普通的信元结构：5字节开销，48字节净荷，但 格式的内容和含义没有其他AAL协议那样严格定义。对 AAL0信元处理是和AAL5一样对待，只略去CRC的处理和检 验过程。可以通过定义77201对AAL的处理方式来支持可能 出现的新的AAL协议。驱动程序在收到AAL0-PDU时，可以 按新定义的AAL协议处理，因而增强了NIC卡的生命期。,24,接收AAL操

12、作：Raw Cells, Raw Cells “Raw Cells”如下定义： 1. 由特定的VC标志的信元； 2. 对于VPI/VCI在Receive Connection Table中没有相应表项的 信元也可作“Raw Cells”处理； 3. OAM信元； 由于Raw Cell的信元净荷也包含有用信息，故对Raw Cells不作任何处理，整个53字节都完整地传给Raw Cells Buffer。Raw Cell在主机内存中存放如下图所示，每一块buffer最后一个指针，指向下一块存有Raw Cell的内存块。,25,Raw Cell处理示意图,26,发送操作AAL层数据拆分、存储及相关数

13、据结构,(1) 待发数据分为三类，四个优先级 CBR OAM UBR/VBR，分为两个子级别 高速 低速,27,接收操作-数据结构：发送缓冲描述字TBD,TBD(Transmit Buffer Descriptor)是四个字的描述符，它包含的信息有： 缓冲区在主存中的起始地址， 缓冲区容量(字数)， 信息的AAL格式(在对缓冲区中内空分段时使用)， ATM信头(同一队列上的所有TBD具有相同的信头，即 CS-PDU第一个信元的头)。,28,接收操作-TBD工作机制,由驱动程序把TBD写入到主存中的TBD队列，而后在本地SRAM中加入指向这个队列的指针。发送操作开始前，77211把头一个或两个T

14、BD拷贝到本地SRAM，然后读TBD并开始传送操作。TBD中的信息与存贮在相应Tx buffer 中的业务类型是相关的。业务类型主要有CBR业务、UBR/ABR/VBR业务，相应的TBD包含的信息有： (1) CBR业务，包括的信息有控制信息，信头，Buffer容量， Buffer起始地址； (2) UBR/ABR/VBR业务，包含信息有指针、EOB中断指示、 缓冲地址、大小、状态、段长、信头等。,29,接收操作-TBD Cache,77211提供了TBD Cache, 对应不同业务类型，有三类Cache: 1. CBR Cache 对每一个CBR连接，在CBR cache中有两个对应项，这使

15、得对每个连接，在77211的Transmit Cell Schedule Table的控制下，总可以找到一个入口。 2. OAM Cache OAM Cache是为OAM信元预留的。OAM传输比UBR/VBR业务具有更高优先级，但不能在为CBR连接保留的时间处上传输(比CBR信元优先级低)。 3. UBR/ABR/VBR Cache 这个Cache包括两个区：高速各低速区。仅当高速区发送完毕后，才发送低速区的数据，保证前者有较高的优先权。这种区分使得可以为高速/高优先级业务提供特殊服务。低速队列中的业务仅在高速队列为空时，才被服务。这了在不超过协商带宽的前提下以最高传输速率为高速业务服务。这种

16、功能是在软件控制下实现的。这使得可以据特定的应用和操作条件来定制具体的实现。,30,接收存储器分配-Host Memory和NIC卡上的SRAM,31,接收操作-传输调度表(TST),传输调度表作用是保证以恒定比特率执行CBR传输业务以及在系统带宽限制下规定时隙，TST是本地SRAM中的一个环形表，77211循环扫描TST来分配带宽及选择要服务的连接。传输调度表的项数等于总的带宽除以每个连接的带宽。例如，155Mb/s链路可支持2430个64K的CBR连接。一个CBR通路被分配的带宽是64Kb/s的倍数。一个64Kb/s的项被服务的时间TST包含三大类入口： 1. CBR 2.OAM 3.AB

17、R/VBR,32,接收操作-传输调度表(TST，续),CBR入口是用于指定VC的(VC-specific), 它指示SAR当前要服务的连接。其它类型入口则指示可以传输相应类型业务的数据。每个TST入口可以是CBR，OAM或ABR/VBR。如果入口类型未定义，或没有可传输的信元，则生成并传输一个空信元。这个功能可以用于把77211与无空信元自动生成功能的物理层设备集成在一起。 每个ABR/VBR入口有一个时钟与之相连系，用以把传输限制在连接建立时协商的带宽内进行。因此当TST服务一个ABV/UBR入口时，入口处于下述两个可能的状态之一： 1. 一个新的缓冲描述符，在这个状态下，由于这个连接还未被

18、服务， 所以时钟被置为0。一旦开始一个信元传输，时钟就进入计时状态。 2. 一个正在进行传输操作的缓冲区描述，而且缓冲区内尚有数据。如 果带宽定时尚未用完，从缓冲区中传一个信元，否则转向低速缓冲 buffer中检查低速定时。,33,TST Entry Control Flow Chart,34,Tx Schedule Table and SRAM Descriptor Cache,35,Host Memory-TST-SAR,36,IDT 77201 SAR Controller Transmission Data Flow,37,接收操作AAL协议信元发送过程,1. 待发送的CS-PDU放在主机的多个内存块中，当准备传输时，驱动程序 生成每个内存块的TBD(Transmit Buffer Description)，指明存贮CS-PDU 的缓冲区，并把TBD写到TBD队列中(主存中)。 2. 驱动程序控制77211从主存的TBD队列拷贝前两个TBD到本地SRAM。 3. 77211读第一个TBD，根据传输调度得法决定该发送哪 个连接上的数据， 依次把组成该CS-PDU的ATM信元头及空HEC字节(HEC在物理层计算)写 入输出Buffer。 4. 用TBD提供的地址和数据量控制PCI总线以DMA方式进行数据传输。 5. ATM净荷通过DMA方式