專利名稱：Eoc網絡中用戶端設備的mac芯片及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片。
背景技術：
E0C(ethernet over coax，同軸電纜以太網)網絡是一種點對多點網絡，一臺局端設備通過同軸電纜連接多臺用戶端設備。EOC網絡是一種接入網，接入網要求局端設備對用戶端設備進行集中管理和配置。目前的有源EOC網絡大多基于家庭聯網技術改造，家庭聯網的本質是對等網。就 MAC層而言，目前EOC網絡中局端設備和用戶端設備具有相同的MAC芯片，該MAC芯片中包括CPU模塊因而具有較強的管理配置能力。局端設備的MAC芯片可以幫助其管理和配置多臺用戶端設備，用戶端設備的MAC芯片就顯得有些資源浪費。由于EOC網絡中用戶端設備的數量遠遠多于局端設備的數量，所以盡量減少用戶端設備的MAC芯片的成本就顯得非常必要。目前EOC網絡中，局端設備和用戶端設備的MAC芯片大多采用CSMAkarriersense multiple access，載波監聽多路訪問)技術，對 TDMA(time divisionmultiple access，時分多址)的支持能力非常有限，難以滿足接入網對可管理性和可擴展性的要求。部分EOC 網絡中的MAC芯片雖然支持TDMA，但只是局端設備通過靜態配置方式管理用戶端設備。所謂靜態配置即無論用戶端設備是否有上行傳輸需求，局端設備總是為每個用戶端設備分配固定的上行帶寬，這顯然無法充分利用網絡帶寬資源。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種有源EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片， 該MAC芯片與局端設備的MAC芯片不同。為此，本發明還要提供所述MAC芯片的實現方法。為解決上述技術問題，本發明EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片包括SRAM、存儲器管理模塊、MAC接口模塊、包解析模塊、時鐘同步模塊、注冊模塊、調度模塊、管理報文處理模塊、組播過濾模塊、以太網接口模塊、優先級模塊、上報報文生成模塊；所述存儲器管理模塊將所述MAC芯片上的一塊SRAM分配為多個邏輯緩存區，所述邏輯緩存區包括上行緩存區、下行緩存區、統計信息緩存區，所述上行緩存區包括高優先級上行緩存區、高優先級上行數據包長度緩存區、低優先級上行緩存區、低優先級上行數據包長度緩存區；所述MAC接口模塊接受局端設備的下行數據并發送給包解析模塊，或者將上報報文生成模塊、注冊模塊、管理報文處理模塊、和/或上行緩存區的上行數據發送給局端設備；所述包解析模塊將下行數據分類為時間控制報文、注冊控制報文、調度控制報文、 管理報文、非組播數據報文、組播數據報文，并將時間控制報文發送給時間同步模塊，將注冊控制報文發送給注冊模塊，將調度控制報文發送給調度模塊，將管理報文發送給管理報文處理模塊，將非組播數據報文先發送到下行緩存區再通過以太網接口發給用戶端設備物理層，將組播數據報文發送到組播過濾模塊；所述時間同步模塊根據時間控制報文進行用戶端設備和局端設備的時鐘同步；所述注冊模塊根據注冊控制報文進行用戶端設備向局端設備的注冊過程；所述調度模塊根據調度控制報文對上行緩存區進行上行數據傳輸的時間調度；所述管理報文處理模塊根據管理報文，讀取統計信息緩存區并將讀取結果發送給局端設備，和/或操作外部接口并將操作結果發送給局端設備；所述外部接口包括I2C、 MDIO 禾口 / 或 GPIO ；所述組播過濾模塊將組播數據報文先過濾，然后發送到下行緩存區再通過以太網接口發給用戶端設備物理層；所述以太網接口模塊接收用戶端設備物理層的上行數據并發送給優先級模塊，還將下行緩存區中的下行數據發送給用戶端設備物理層；所述優先級模塊根據上行數據包的源MAC地址區分優先級，將高優先級的數據發送到高優先級上行緩存區，同時將高優先級的數據包長度發送到高優先級上行數據包長度緩存區；將低優先級的數據發送到低優先級上行緩存區，同時將低優先級的數據包長度發送到低優先級上行數據包長度緩存區；所述上報報文生成模塊根據上行緩存區中的上行數據包數量、長度生成上報報文，該上報報文通過MAC接口模塊發送給局端設備。上述EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片的實現方法包括下行數據傳輸和上行數據傳輸；其中下行數據傳輸包括如下步驟第al步，MAC接口模塊從局端設備接收下行數據并發送給包解析模塊；第a2步，包解析模塊將下行數據分為時間控制報文、注冊控制報文、調度控制報文、管理報文、非組播數據報文、組播數據報文并分別發送給時間同步模塊、注冊模塊、調度模塊、管理報文處理模塊、下行緩存區、組播過濾模塊；第a3步，時間同步模塊根據時間控制報文進行用戶端設備與局端設備的時間同
止
少；注冊模塊根據注冊控制報文進行用戶端設備向局端設備的注冊；調度模塊根據調度控制報文控制上行緩存區中的上行數據的傳輸時間；管理報文處理模塊根據管理報文讀取統計信息緩存區、和/或操作外部接口，并將讀取結果和/或操作結果通過MAC接口模塊發送給局端設備；下行緩存區將非組播數據報文緩存后通過以太網接口模塊發送給用戶端設備物
理層；組播過濾模塊將組播數據報文過濾后發送給下行緩存區緩存，再通過以太網接口模塊發送給用戶端設備物理層；其中上行數據傳輸包括如下步驟第bl步，以太網接口模塊從用戶端設備物理層接收上行數據并發送給優先級模塊；第M步，優先級模塊根據上行數據包的源MAC地址分為高優先級上行數據、低優先級上行數據并分別發送給高優先級上行緩存區、低優先級上行緩存區；同時優先級模塊將高優先級的上行數據包的長度發送給高優先級上行數據包長度緩存區，將低優先級的上行數據包的長度發送給低優先級上行數據包長度緩存區；第b3步，上報報文生成模塊根據上行緩存區中的上行數據包數量、長度生成上報報文，并通過MAC接口模塊發送給局端設備；上行緩存區中的上行數據在調度模塊控制下通過MAC接口模塊發送給局端設備。本發明EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片具有結構簡單、成本低廉的優點。其實現方法具有步驟簡單的優點。
圖1是本發明所述EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片的一個實施例的結構示意圖；圖2是本發明所述EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片上的SRAM的邏輯緩存區的示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1，這是本發明EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片的一個實施例的結構示意圖，其中包括SRAM、存儲器管理模塊、MAC接口模塊、包解析模塊、時鐘同步模塊、注冊模塊、調度模塊、管理報文處理模塊、組播過濾模塊、以太網接口模塊、優先級模塊、上報報文生成模塊、統計模塊、復位監控模塊。所述MAC芯片上僅有一塊SRAM，為了便于各模塊使用，由所述存儲器管理模塊將所述SRAM分配為多個邏輯緩存區。所述邏輯緩存區包括上行緩存區、下行緩存區、統計信息緩存區。所述上行緩存區又包括高優先級上行緩存區、高優先級上行數據包長度緩存區、 低優先級上行緩存區、低優先級上行數據包長度緩存區。所述MAC接口模塊是所述MAC芯片通過同軸電纜與局端設備相連接的數據接口。 所述MAC接口模塊一方面接受局端設備的下行數據并發送給包解析模塊，另一方面將上報報文生成模塊、注冊模塊、管理報文處理模塊、和/或上行緩存區的上行數據發送給局端設備。所述下行數據指局端設備到用戶端設備方向的數據。所述上行數據指用戶端設備到局端設備方向的數據。所述包解析模塊將下行數據分類為時間控制報文、注冊控制報文、調度控制報文、 管理報文、非組播數據報文、組播數據報文，并將時間控制報文發送給時間同步模塊，將注冊控制報文發送給注冊模塊，將調度控制報文發送給調度模塊，將管理報文發送給管理報文處理模塊，將非組播數據報文先發送到下行緩存區再通過以太網接口發給用戶端設備物理層，將組播數據報文發送到組播過濾模塊。所述時間同步模塊根據時間控制報文進行用戶端設備和局端設備的時鐘同步。例如，時鐘同步可采用定期同步的方式，即每隔一定的時間，局端設備會通過時間控制報文攜帶局端設備的時間信息送達用戶端設備。用戶端設備收到時間控制報文后，用局端設備的時間覆蓋本地的時間，實現同步。但是，在每次同步的時間間隔內，局端設備的時鐘和用戶端設備的時鐘是獨立運行的。兩個時鐘的頻率之間必然存在一定的時鐘偏差，可能導致在獨立運行一段時間后，
產生累積的誤差。為彌補這種誤差，采用的補償方法是(1)獲取當前周期局端設備和用
戶端設備本地時鐘的偏差值；( 找到下個周期均分的補償點；C3)在下個周期均分的補償
點中，用當前周期的偏差值作為下個周期的補償量對用戶端設備時鐘的時間戳做相應的補 m
te ο所述注冊模塊根據注冊控制報文進行用戶端設備向局端設備的注冊過程。為了讓局端設備得知各個用戶端設備，每個用戶端設備在接入EOC網絡后首先需要向局端設備注冊。局端設備是通過間隔性地組播注冊控制報文，來發現新的用戶端設備的。例如，注冊過程是局端設備通過注冊控制報文分配一定數量的注冊窗口(每個注冊窗口是一個時間段)。所有未注冊的用戶端設備在收到該注冊控制報文后，隨機選擇一個注冊窗口，發送注冊請求報文。局端設備收到注冊請求報文后，為該用戶端設備分配一個唯一的標志，用戶端設備收到后，發送確認報文，同時局端設備也發一個確認報文，完成注冊過程。多個未注冊的用戶端設備在隨機選擇注冊窗口的過程中，可能會相互沖突。為降低沖突的概率，采用以下方法不但在發送注冊請求報文時，在一個注冊窗口里隨機選擇發送時刻；而且在產生注冊沖突時，再隨機選擇注冊窗口。為進一步降低在同一個注冊窗口內的沖突概率，還采用將注冊窗口劃分成多個子窗口的辦法，各個子窗口相互不會重合，用戶端設備不是在窗口中隨機選擇一個發送時刻發送，而是隨機選擇一個子窗口發送。只要選擇的子窗口不同，就不會沖突，進一步降低了沖突概率。所述調度模塊根據調度控制報文對上行緩存區進行上行數據傳輸的時間調度。 EOC網絡中局端設備負責分配每個用戶端設備的上行時間片，每個用戶端設備只能在分配給自己的上行時間片中向局端設備發送上行數據。局端設備向用戶端設備分配的上行時間片信息就是調度控制報文。調度模塊根據調度控制報文所分配的上行時間片，控制用戶端設備在自身的上行時間片中進行上行數據的傳輸。所述管理報文處理模塊根據管理報文處理各種管理報文。管理報文例如包括讀取統計模塊的信息并發送給局端設備、通過外圍接口(如I2C接口、MDIO接口、GPIO接口等)讀取或操作其他設備或模塊并將結果發送給局端設備。對于局端設備而言，由于其MAC 芯片中具有CPU模塊，因此可以進行較為復雜的運算，在定義管理報文時只定義了各種命令，而沒有復雜的運算。對于用戶端設備而言，其僅僅是一個簡單的執行部件。這是本發明的一大創新，相當于將各種復雜的運算功能交予局端設備的MAC芯片(具有CPU模塊)來處理，而降低了用戶端設備MAC芯片(無CPU模塊)的成本及實現的復雜程度，特別適合EOC 網絡中用戶端設備數量遠大于局端設備的情況。所述組播過濾模塊將組播數據報文先過濾，然后將過濾后的組播數據報文發送到下行緩存區再通過以太網接口發給用戶端設備物理層。所述過濾是指，每個用戶端設備會隸屬于一個或多個組播組，每個組播組具有一個組播地址。當用戶端設備收到組播數據報文后，會判斷該組播數據報文的組播地址是否是該用戶端設備所隸屬的組播組的組播地址，如果是則接收并發送到下行緩存區；如果否則丟棄。所述以太網接口模塊是用戶端設備的MAC芯片與物理層芯片的數據接口。所述以太網接口模塊一方面接收用戶端設備物理層的上行數據并發送給優先級模塊，另一方面將下行緩存區中的下行數據發送給用戶端設備物理層。
所述優先級模塊根據上行數據包的源MAC地址區分優先級，將高優先級的數據發送到高優先級上行緩存區，同時將高優先級的上行數據包的長度信息發送給高優先級上行數據包長度緩存區；將低優先級的數據發送到低優先級上行緩存區，同時將低優先級的上行數據包的長度信息發送給低優先級上行數據包長度緩存區。所述上報報文生成模塊根據上行緩存區的高優先級、低優先級的上行數據包的數量、長度信息生成上報報文，并通過MAC接口模塊發送給局端設備。局端設備根據各個用戶端設備發來的上報報文，為各個用戶端設備分配上行時間片，實現TDMA。在采用本發明所述MAC芯片的有源EOC網絡中，用戶端設備的MAC芯片通過上報報文生成模塊報告上行傳輸需求，局端設備根據每個用戶端設備的上行傳輸需求動態地進行帶寬(上行時間片)分配，從而大大提高了帶寬利用效率。所述統計模塊與MAC接口模塊、以太網接口模塊相連接并生成統計信息，所述統計信息存儲在統計信息緩存區中。所述統計信息包括MAC接口模塊和以太網接口模塊發送和接收的數據包的數量，每個數據包的長度、數據包的出錯情況、數據包的分類統計等。所述統計模塊是可選模塊。所述復位監控模塊監控用戶端設備，當用戶端設備死機時自動重啟用戶端設備。 所述復位監控模塊也是可選模塊。上述EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片的實現方法包括下行數據傳輸和上行數據傳輸。其中下行數據傳輸包括如下步驟第al步，MAC接口模塊從局端設備接收下行數據并發送給包解析模塊。第a2步，包解析模塊將下行數據分為時間控制報文、注冊控制報文、調度控制報文、管理報文、非組播數據報文、組播數據報文并分別發送給時間同步模塊、注冊模塊、調度模塊、管理報文處理模塊、下行緩存區、組播過濾模塊。第a3步，根據不同類型的下行數據，各模塊進行相應處理。時間同步模塊根據時間控制報文進行用戶端設備與局端設備的時間同步。注冊模塊根據注冊控制報文進行用戶端設備向局端設備的注冊。調度模塊根據調度控制報文對上行緩存區中的上行數據傳輸進行時間調度。管理報文處理模塊根據管理報文讀取統計信息緩存區、和/或操作外部接口， 并將讀取結果和/或操作結果通過MAC接口模塊發送給局端設備。下行緩存區將非組播數據報文緩存后通過以太網接口模塊發送給用戶端設備物理層。組播過濾模塊將組播數據報文過濾后發送給下行緩存區緩存，再通過以太網接口模塊發送給用戶端設備物理層。其中上行數據傳輸包括如下步驟第bl步，以太網接口模塊從用戶端設備物理層接收上行數據并發送給優先級模塊。第1^2步，優先級模塊根據上行數據包的源MAC地址分為高優先級上行數據、低優先級上行數據并分別發送給高優先級上行緩存區、低優先級上行緩存區。同時優先級模塊將高優先級的上行數據包的長度發送給高優先級上行數據包長度緩存區，將低優先級的上行數據包的長度發送給低優先級上行數據包長度緩存區。第b3步，上報報文生成模塊根據上行數據緩存區中各上行數據包的數量、長度生成上報報文，并通過MAC接口模塊發送給局端設備。上行緩存區中的上行數據在調度模塊控制下通過MAC接口模塊發送給局端設備。請參閱圖2，本發明EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片中具有且僅具有一個SRAM， 各個模塊的數據緩存都在該SRAM中實現，這樣可以比每個模塊單獨具有一個SRAM要節省面積。各個模塊采用時分復用的方式來共享該SRAM的訪問權。例如，所述存儲器管理模塊將該SRAM分為7個邏輯緩存區，分別是下行數據緩存區、高優先級上行緩存區、高優先級上行數據包長度緩存區、低優先級上行緩存區、低優先級上行數據包長度緩存區、以太網接口模塊的統計信息緩存區、MAC接口模塊的統計信息緩存區。每個邏輯緩存區的大小可以是由存儲器管理模塊負責分配，也可以是由局端設備發送管理報文并通過管理報文處理模塊發送給存儲器管理模塊分配。各個邏輯緩存區的大小可以變化，以優化該SRAM的使用。由于采用一個SRAM來存儲各模塊的緩存數據，各個模塊對該SRAM的訪問采用時分復用方式，具體來說MAC芯片內部的各個模塊采用固定分配時間片的方式來分配各個模塊對該SRAM的訪問。與現有的EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片相比，本發明所述MAC芯片具有如下優點首先，用戶端設備的MAC芯片省略了 CPU模塊，將需要CPU完成的功能放于局端設備的MAC芯片實現，用戶端設備僅僅起執行作用，從而降低了用戶端設備的復雜度和成本。其次，本發明所述MAC芯片，由上報報文生成模塊、調度模塊等協同工作，實現了對TDMA帶寬共享方式的支持，而且支持局端設備根據各個用戶端設備實際需要的動態分配帶寬(分配上行帶寬即分配上行時間片)，相較于CSMA機制或靜態的TDMA機制，有更高的帶寬利用率。第三，本發明所述MAC芯片，由復位監控模塊實現異常情況下的自動復位功能，以提高整個系統的魯棒性。第四，本發明所述MAC芯片，采用共享存儲器(SRAM)結構，進一步降低芯片面積。
權利要求
1.一種EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片，其特征是，包括SRAM、存儲器管理模塊、MAC 接口模塊、包解析模塊、時鐘同步模塊、注冊模塊、調度模塊、管理報文處理模塊、組播過濾模塊、以太網接口模塊、優先級模塊、上報報文生成模塊；所述存儲器管理模塊將所述MAC芯片上的一塊SRAM分配為多個邏輯緩存區，所述邏輯緩存區包括上行緩存區、下行緩存區、統計信息緩存區，所述上行緩存區包括高優先級上行緩存區、高優先級上行數據包長度緩存區、低優先級上行緩存區、低優先級上行數據包長度緩存區；所述MAC接口模塊接受局端設備的下行數據并發送給包解析模塊，或者將上報報文生成模塊、注冊模塊、管理報文處理模塊、和/或上行緩存區的上行數據發送給局端設備；所述包解析模塊將下行數據分類為時間控制報文、注冊控制報文、調度控制報文、管理報文、非組播數據報文、組播數據報文，并將時間控制報文發送給時間同步模塊，將注冊控制報文發送給注冊模塊，將調度控制報文發送給調度模塊，將管理報文發送給管理報文處理模塊，將非組播數據報文先發送到下行緩存區再通過以太網接口發給用戶端設備物理層，將組播數據報文發送到組播過濾模塊；所述時間同步模塊根據時間控制報文進行用戶端設備和局端設備的時鐘同步； 所述注冊模塊根據注冊控制報文進行用戶端設備向局端設備的注冊過程； 所述調度模塊根據調度控制報文對上行緩存區進行上行數據傳輸的時間調度； 所述管理報文處理模塊根據管理報文，讀取統計信息緩存區并將讀取結果發送給局端設備，和/或操作外部接口并將操作結果發送給局端設備；所述外部接口包括I2C、MDI0和 / 或 GPIO ；所述組播過濾模塊將組播數據報文先過濾，然后發送到下行緩存區再通過以太網接口發給用戶端設備物理層；所述以太網接口模塊接收用戶端設備物理層的上行數據并發送給優先級模塊，還將下行緩存區中的下行數據發送給用戶端設備物理層；所述優先級模塊根據上行數據包的源MAC地址區分優先級，將高優先級的數據發送到高優先級上行緩存區，同時將高優先級的數據包長度發送到高優先級上行數據包長度緩存區；將低優先級的數據發送到低優先級上行緩存區，同時將低優先級的數據包長度發送到低優先級上行數據包長度緩存區；所述上報報文生成模塊根據上行緩存區中的上行數據包數量、長度生成上報報文，該上報報文通過MAC接口模塊發送給局端設備。
2.根據權利要求1所述的EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片，其特征是，還包括統計模塊；所述統計模塊與MAC接口模塊、以太網接口模塊相連接并生成統計信息，所述統計信息存儲在統計信息緩存區中；所述統計信息包括MAC接口模塊和以太網接口模塊發送和接收的數據包的數量，每個數據包的長度。
3.根據權利要求1所述的EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片，其特征是，還包括復位監控模塊；所述復位監控模塊監控用戶端設備，當用戶端設備死機時自動重啟用戶端設備。
4.如權利要求1所述的EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片的實現方法，其特征是，所述方法包括下行數據傳輸和上行數據傳輸； 其中下行數據傳輸包括如下步驟第al步，MAC接口模塊從局端設備接收下行數據并發送給包解析模塊； 第a2步，包解析模塊將下行數據分為時間控制報文、注冊控制報文、調度控制報文、管理報文、非組播數據報文、組播數據報文并分別發送給時間同步模塊、注冊模塊、調度模塊、 管理報文處理模塊、下行緩存區、組播過濾模塊；第a3步，時間同步模塊根據時間控制報文進行用戶端設備與局端設備的時間同步； 注冊模塊根據注冊控制報文進行用戶端設備向局端設備的注冊； 調度模塊根據調度控制報文控制上行緩存區中的上行數據的傳輸時間； 管理報文處理模塊根據管理報文讀取統計信息緩存區、和/或操作外部接口，并將讀取結果和/或操作結果通過MAC接口模塊發送給局端設備；下行緩存區將非組播數據報文緩存后通過以太網接口模塊發送給用戶端設備物理層；組播過濾模塊將組播數據報文過濾后發送給下行緩存區緩存，再通過以太網接口模塊發送給用戶端設備物理層；其中上行數據傳輸包括如下步驟第bl步，以太網接口模塊從用戶端設備物理層接收上行數據并發送給優先級模塊； 第1^2步，優先級模塊根據上行數據包的源MAC地址分為高優先級上行數據、低優先級上行數據并分別發送給高優先級上行緩存區、低優先級上行緩存區；同時優先級模塊將高優先級的上行數據包的長度發送給高優先級上行數據包長度緩存區，將低優先級的上行數據包的長度發送給低優先級上行數據包長度緩存區；第b3步，上報報文生成模塊根據上行緩存區中的上行數據包數量、長度生成上報報文，并通過MAC接口模塊發送給局端設備；上行緩存區中的上行數據在調度模塊控制下通過MAC接口模塊發送給局端設備。
全文摘要
本發明公開了一種EOC網絡中用戶端設備的MAC芯片，其中省略了CPU模塊，將需要CPU完成的功能放于局端設備的MAC芯片實現，用戶端設備僅僅起執行作用，從而降低了用戶端設備的復雜度和成本。本發明所述MAC芯片，由上報報文生成模塊、調度模塊等協同工作，實現了對TDMA帶寬共享方式的支持，而且支持局端設備根據各個用戶端設備的實際需要動態分配帶寬，相較于CSMA機制或靜態的TDMA機制，有更高的帶寬利用率。本發明所述MAC芯片，由復位監控模塊實現異常情況下的自動復位功能，以提高整個系統的魯棒性。本發明所述MAC芯片，采用共享存儲器的結構，進一步降低芯片面積。
文檔編號H04L12/56GK102299839SQ20101020846
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者李珂, 杜興東, 高慶峰 申請人:創銳訊通訊技術(上海)有限公司