專利名稱:高速多媒體數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總的來說涉及高速通信網(wǎng)絡(luò)。更具體地說,它涉及能夠傳輸音頻,視頻,數(shù)據(jù),低帶寬控制數(shù)據(jù),以及其它類似信號的光纖高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
經(jīng)常需要在物理位置相互遠(yuǎn)離的設(shè)備之間傳輸信息。例如,在一些客車中,非嚴(yán)格的多媒體信息,象視頻,音頻,數(shù)據(jù),低帶寬控制數(shù)據(jù),和其它類似信號必須在分離的設(shè)備,例如,CD播放機(jī),控制面板,音頻放大器/處理器,和揚(yáng)聲器之間傳遞。這些設(shè)備連接的方式之一是通過點對點的電連接。然而,由于需要被連接的設(shè)備數(shù)量的增加,這種專用連接可能很快將變?yōu)殡y以處理的。
對于應(yīng)用來說,需要在若干個遠(yuǎn)程設(shè)備之間高速通信,通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供一種低成本,高效益的數(shù)據(jù)傳輸媒體。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基本功能是通過簡單的網(wǎng)絡(luò)的連接,使得地理位置上相互遠(yuǎn)離的設(shè)備之間能夠進(jìn)行通信。通過將所需任務(wù)分解為多個以某種形式所組織的基本功能元素,可以將該任務(wù)進(jìn)行最佳組織,該任務(wù)是為了在一個網(wǎng)絡(luò)中有效地完成數(shù)據(jù)傳輸所必須完成的。這一功能集合的精確定義和結(jié)構(gòu)被稱為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般來說,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)符合線性分層模型,其中,功能被組織成為所謂“層”的線性系列。例如,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已經(jīng)提出一種包括物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,會話層,表示層,應(yīng)用層的7層次的模型結(jié)構(gòu)。物理層是該層次中的最低級,它所考慮的是在物理通信資源之間位串的透明傳輸(與其含義無關(guān))。在局域網(wǎng)中,物理層介質(zhì)可以是雙絞線,同軸電纜,光纖,或無線電波。
本發(fā)明為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的物理層以及相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸和控制協(xié)議提供一種新型的實現(xiàn)方法。特別是,本發(fā)明提供一種物理網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計,和數(shù)據(jù)傳輸以及控制協(xié)議,它使得可以實現(xiàn)簡單,可靠,有效,靈活,低成本的高速局域網(wǎng)絡(luò)。
經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的設(shè)備或節(jié)點通常是一些不同的設(shè)備,它們各自具有不同的信號處理能力和要求。按照本發(fā)明的方法和設(shè)備,各種具有多種信號處理能力和要求的節(jié)點可以被安放在通信網(wǎng)絡(luò)中,為了允許節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,不需要增加現(xiàn)有節(jié)點電子線路的處理能力。因此,為了允許節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,不需要增加節(jié)點電子線路的成本。這尤其是通過在節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線之間安裝智能接口單元來實現(xiàn)的。在使用高速光纖的情況下,該接口單元包括用于耦合到網(wǎng)絡(luò)光纖數(shù)據(jù)總線的連接;用于耦合到節(jié)點的輸入和輸出端口的連接;用于將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成為電信號,或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換成為光脈沖的轉(zhuǎn)換器;以及接口電路。該接口電路與其相關(guān)的協(xié)議一起形成具有足夠靈活性的接口電路,允許該電路與“智能”和“非智能”節(jié)點兩者交互作用。智能節(jié)點一般具有某種級別的控制該節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線交互作用的微處理能力,而非智能節(jié)點一般沒有或不能夠獲得處理能力。最好是,所構(gòu)成的接口電路能夠識別其相關(guān)的節(jié)點是智能節(jié)點還是非智能節(jié)點;如果節(jié)點是智能的,則將數(shù)據(jù)總線控制功能的某一部分轉(zhuǎn)移到該節(jié)點;如果該節(jié)點被確定為是非智能節(jié)點,則在接口單元內(nèi)基本保持所有數(shù)據(jù)總線控制(或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線的其它某些部分)。因此,通過提供一種能夠處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,將與這些協(xié)議相關(guān)的某些功能轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)墓?jié)點的電路,同時,提供為特殊節(jié)點可以接受的格式/速率的數(shù)據(jù),該接口電路具有將節(jié)點完全或部分地與處理高速數(shù)據(jù)總線交互作用的復(fù)雜性 隔開的能力。某些可能被分配到接口電子線路的與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的復(fù)雜性包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和組織信息,被指定給該節(jié)點的發(fā)送/接收時隙,節(jié)點時鐘同步,節(jié)點時鐘頻率和相位恢復(fù),其它槽的定位,以及為了在網(wǎng)絡(luò)中高速、精確地接收或傳輸數(shù)據(jù)所必須完成的任務(wù)。
因為該接口電路把已經(jīng)存在于該節(jié)點上的電子線路與網(wǎng)絡(luò)高速總線的細(xì)節(jié)隔開,所以本發(fā)明減輕了為了駐留在高速網(wǎng)絡(luò)中所不得不存在于該節(jié)點電子線路中的負(fù)擔(dān)(額外的開銷)。例如,汽車應(yīng)用中的典型的節(jié)點可以是一種小的顯示器或具有足以完成節(jié)點處理任務(wù)的low-end$1微處理器的小型轉(zhuǎn)換微機(jī)(switch pad)。為了與高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信,節(jié)點電子線路一般需要能夠接收和處理具有超高速率的數(shù)據(jù),例如,100兆位/秒(Mbs),并且該數(shù)據(jù)的協(xié)議或格式可能對于該節(jié)點所處理的數(shù)據(jù)來說相對復(fù)雜。一般來說,這需要更新節(jié)點電子線路,包括更加昂貴的微處理器(例如,$10),該微處理器可以使得節(jié)點能夠處理與網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)總線通信的復(fù)雜性。在本發(fā)明中不需要更新節(jié)點電子線路,本發(fā)明提供一種靈活的接口電路,如果節(jié)點還沒有完成其任務(wù)時,該接口電路能夠執(zhí)行主節(jié)點的通信任務(wù)。與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線通信的接口部分具有按照網(wǎng)絡(luò)格式處理與網(wǎng)絡(luò)通信的能力,同時與節(jié)點通信的接口部分輸出并接收具有一般與該節(jié)點兼容的數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)。對于所增加的適應(yīng)性,每一接口都備有以通過設(shè)定接口中指定的存儲寄存器而選擇的若干預(yù)定的格式之一將數(shù)據(jù)輸出到相關(guān)節(jié)點的能力。
該接口電路以及網(wǎng)絡(luò)物理層的信息和控制協(xié)議被設(shè)計成為能夠處理高速數(shù)據(jù),而使用相對低成本的元件就足以實現(xiàn)。例如,該接口電子線路完成多種網(wǎng)絡(luò)通信功能,諸如,為節(jié)點建立本地時鐘,修正本地時鐘與網(wǎng)絡(luò)其他參考點上所出現(xiàn)的激勵之間的頻率和相位差,便于節(jié)點設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸。
接口電子線路最好是由單一的集成電路(IC)來實現(xiàn)。如圖2和圖3所示,例如,IC64和節(jié)點70之間的通訊端口可以包含連接到節(jié)點電源調(diào)節(jié)部分72的+V端口;同樣連接到節(jié)點電源調(diào)節(jié)部分72的開/關(guān)端口;連接到節(jié)點控制器74的IIC(內(nèi)部IC控制)端口;與節(jié)點數(shù)字處理部分76連接的IC時鐘端口;以及同樣與節(jié)點數(shù)字處理部分76連接的IIS(內(nèi)部IC信號)端口。一般來說,+V連接提供電源連接,開/關(guān)端口提供可選電源模式功能,IIC是一種提供適當(dāng)?shù)蛶?直到大約為1Mb/sec)控制信號的控制接口,IC時鐘用來與網(wǎng)絡(luò)30同步,并且用于處理數(shù)據(jù)并/或作為節(jié)點本地基準(zhǔn),而IIS端口用來將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦?jié)點,以及從節(jié)點接收數(shù)據(jù),它可以達(dá)到幾個Mbs的速度。如圖2和圖3所示的IC接口只是節(jié)點數(shù)據(jù)格式的一種可能的舉例,其他格式也同樣是可能的。其目的是提供一種IC,該IC能夠從節(jié)點接收,并發(fā)送具有足夠靈活性的數(shù)據(jù)格式,裝配這種IC以提供節(jié)點的正常的接口。所公布的IIC和IIS端口為普通的數(shù)字音頻格式。其它已知接口可以包括,例如,SPI(串行外部設(shè)備接口)協(xié)議,該協(xié)議是適合于視頻數(shù)據(jù)的串行接口協(xié)議。另外,也可以提供并行接口。作為一個例子,假設(shè)一部遠(yuǎn)方的CD播放機(jī)和一部音頻處理/放大器連接到本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)上。在CD播放機(jī)上,與CD播放機(jī)聯(lián)接的IC的IC端口可以被構(gòu)造成以適當(dāng)?shù)腎IS數(shù)據(jù)速率從CD播放機(jī)接收音頻數(shù)據(jù)的IIS輸入端。在音頻處理器中,與音頻處理器接口聯(lián)接的IC的IC端口可以被構(gòu)造成以適當(dāng)?shù)腎IS數(shù)據(jù)速率將音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭纛l處理器的IIS輸出端。這兩種IC要與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率聯(lián)接,該速率大概是高速的,同時要與CD播放機(jī)和音頻處理器以CD播放機(jī)和音頻處理器可以讀出的IIS數(shù)據(jù)速率相聯(lián)接。該IC可以具有各種構(gòu)成其他通信速率的端口。因此,該網(wǎng)絡(luò)象一個連接到CD播放機(jī)和音頻處理器的虛擬IIS端口。
本發(fā)明的接口電路,數(shù)據(jù)傳輸以及控制協(xié)議最好是作為分布在星型網(wǎng)絡(luò)布局中的光纖數(shù)據(jù)總線的一部分來實現(xiàn)。特別是在汽車應(yīng)用領(lǐng)域,星型網(wǎng)絡(luò)布局對于高速,非嚴(yán)格視頻,音頻,以及低帶寬控制數(shù)據(jù)傳輸具有其優(yōu)越性。在舉例的星型網(wǎng)絡(luò)布局(如
圖1所示)中,高速數(shù)據(jù)總線包括大量的連接節(jié)點到中央集線器32的傳送和接收電纜。按照本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸在星型網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)中,被唯一構(gòu)造和組織,以簡化高速傳輸。在該網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)被分解為幀,并且網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點在幀的某一部分(時隙)中被允許發(fā)送數(shù)據(jù)。從各個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)實際上是多路復(fù)用的,以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)的數(shù)據(jù)流。從節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過中央集線器32,并且提供給該網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點。按照本發(fā)明,節(jié)點備有配置信息,借助于IC接口電路,使每一節(jié)點知道各種有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息,包括每個節(jié)點需要在這期間尋找被編址的數(shù)據(jù)的時隙。
在網(wǎng)絡(luò)中主控制器被分配給每一幀數(shù)據(jù)中特別的時隙。主控制器最好是占用節(jié)點位置之一,象其它節(jié)點一樣,經(jīng)過接口IC與網(wǎng)絡(luò)通信。主控制器在其時隙中傳送各種信息,使得節(jié)點在該網(wǎng)絡(luò)中正常地運(yùn)行。例如,主控制器發(fā)送如上所述的配置信息,以及作為由接口單元用來同步本地時鐘信息的一部分的定時數(shù)據(jù)。由主控制器所發(fā)送的時間數(shù)據(jù)包括SYNCH碼元,它是特定序列的一部分,用來作為系統(tǒng)全部剩余部分的頻率參考。每一節(jié)點從主控制器接收到的時間數(shù)據(jù)得到相互之間非常接近的節(jié)點時鐘。因此,所有傳輸?shù)臅r間同步是從共同的時基所得到的,并且是相對于共同的參考點。共同的時基最好是由主控制器來提供,并且共同的參考點由星型網(wǎng)絡(luò)布局的集線器32來提供。
在修正相位誤差時,接口IC提出了由于信號沿數(shù)據(jù)總線傳輸介質(zhì)傳輸所需的時間所產(chǎn)生的與傳輸延遲相關(guān)的問題。在本發(fā)明的最佳實施例中,數(shù)據(jù)總線傳輸介質(zhì)是布置在星型布局網(wǎng)絡(luò)中的光纖數(shù)據(jù)總線。雖然對于長度范圍在1-10米內(nèi)的光纖電纜來說,傳輸延遲通常較小,但是在高頻時將有明顯的延遲,足以產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸誤差。同時,不同長度的電纜將產(chǎn)生不同的傳輸延遲。數(shù)據(jù)沖突的可能性將增加,除非這些定時問題得到補(bǔ)償。本發(fā)明通過提供一種相對簡單的IC電路配置來修正這一定時問題,該電路修正節(jié)點的本地時鐘和發(fā)生在星型布局網(wǎng)絡(luò)的中央集線器的活動之間的相位差。該IC電路配置在每一節(jié)點上(通過由主控制器所提供的信息)建立本地時鐘,并且使用網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點作為與本地時鐘相位進(jìn)一步同步的參考點。該電路在集線器上基本保持其本身的傳輸,并且使其傳輸超前適當(dāng)?shù)牧?,以便在集線器上保持適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)。
除了傳輸延遲的補(bǔ)償之外,本發(fā)明還在所述傳輸?shù)慕邮斩颂峁r序補(bǔ)償。這一過程將指出沒有被早期發(fā)出信號的發(fā)射器所消除的任何殘留誤差。每一節(jié)點在其時隙開始時發(fā)送特殊的SOT(傳輸開始)碼元。SOT包括兩部分,即,警戒間隔和校準(zhǔn)模式。警戒間隔提供限定能夠被允許的誤差量的時間窗,校準(zhǔn)模式提供實際測量誤差的標(biāo)記,以便在接收器中將其補(bǔ)償。該接收器接收校準(zhǔn)模式,并識別任何偏離校準(zhǔn)模式標(biāo)定位置的偏差。這種偏差代表誤差,由于接收器現(xiàn)在知道該誤差的幅度和方向,因此該接收器能夠補(bǔ)償該誤差。
這樣,所有網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點均被同步到了一個由一特殊節(jié)點(主節(jié)點)所提供給各節(jié)點的特殊的時序模式(校準(zhǔn)模式)上。所有節(jié)點使用該校準(zhǔn)模式作為頻率和相位的參考。由于所有事情都與同一時鐘源為參考,這使得能夠?qū)φ麄€網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更加精確的頻率和相位校準(zhǔn)。同時,由于所公開的接口允許一定的容限窗口,它放寬了對每一個節(jié)點本地時鐘的要求,因此可以適應(yīng)一定量的不精確性。
本發(fā)明的一個實施例是一種通信接口單元,該單元具有與節(jié)點接口通信的數(shù)據(jù)接口;與該數(shù)據(jù)接口及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線通信的接收器;以及與數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線通信的發(fā)送器。數(shù)據(jù)接口按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式從接收器中接收數(shù)據(jù),并按照與該節(jié)點兼容的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,將從接收器所接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過接口送到外部節(jié)點。該數(shù)據(jù)接口按照節(jié)點數(shù)據(jù)格式,經(jīng)過接口進(jìn)一步從外部節(jié)點接收數(shù)據(jù),并將從外部節(jié)點所接收的數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式,傳送到發(fā)送器。
在另一實施例中,本發(fā)明包括具有數(shù)據(jù)接口,發(fā)送器和接收器的通信接口。該數(shù)據(jù)接口與節(jié)點接口進(jìn)行通信,接收器與數(shù)據(jù)接口及第一轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信。第一轉(zhuǎn)換器從光數(shù)據(jù)總線的光纖傳輸線上接收光脈沖,并將所接收的光脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),并將該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供給接收器。發(fā)送器與數(shù)據(jù)接口及第二轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信,第二轉(zhuǎn)換器從該發(fā)送器中接收數(shù)據(jù),并將從發(fā)送器中所接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光脈沖,并將該光脈沖提供給光數(shù)據(jù)總線的其它光纖傳輸線。數(shù)據(jù)接口按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式從接收器中接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),并將從接收器中所接收的數(shù)據(jù)按照與該節(jié)點兼容的節(jié)點數(shù)據(jù)格式提供給外部節(jié)點。數(shù)據(jù)接口按照節(jié)點數(shù)據(jù)格式,進(jìn)一步從外部節(jié)點接收數(shù)據(jù),并將從外部節(jié)點所接收的數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式提供給發(fā)送器。該裝置還包括與數(shù)據(jù)接口,接收器和發(fā)送器進(jìn)行通信的控制器。該控制器控制數(shù)據(jù)接口以確定節(jié)點數(shù)據(jù)格式。
在另一實施例中,本發(fā)明包括數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),多個節(jié)點,以及可配置的通信接口。該數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式發(fā)送數(shù)據(jù),并且,多個節(jié)點中的任何一個按照該節(jié)點所使用的節(jié)點數(shù)據(jù)格式發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)??膳渲玫耐ㄐ沤涌谂c該網(wǎng)絡(luò)和多個節(jié)點進(jìn)行通信,數(shù)據(jù)通過該通信接口從節(jié)點傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò),或從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦?jié)點。每一可配置的通信接口能夠被配置成為以與其相關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)格式,從其相關(guān)的節(jié)點上接收數(shù)據(jù),并以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上,以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù),并以相關(guān)節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)發(fā)送到相關(guān)節(jié)點。
通過高速網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性溶合在相對低成本、并靈活的接口中,本發(fā)明避免了為了將節(jié)點駐留在網(wǎng)絡(luò)中,而增加節(jié)點的開銷。通過設(shè)計簡單的數(shù)據(jù)協(xié)議,以及通過使用可以以單一IC實現(xiàn)的硬件,使得接口成本保持最小。利用集中在硬件上的元件,使IC速度更快,并通過新的設(shè)計,使硬件簡單化。經(jīng)過從網(wǎng)絡(luò)主控制器上發(fā)出的軟件命令,允許IC被設(shè)置,以增加所需的靈活性。同時,本發(fā)明的數(shù)據(jù)格式,網(wǎng)絡(luò)時序和傳輸協(xié)議使得接口IC所需要的存儲器最少。實際上,數(shù)據(jù)被多路轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)流格式,以便數(shù)據(jù)以一種已知和穩(wěn)定的速率接收和發(fā)送,在網(wǎng)絡(luò)總線和節(jié)點電子線路之間傳輸數(shù)據(jù)時,允許最小量的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
通過參考以下結(jié)合附圖所做的詳細(xì)說明,將會最佳地了解發(fā)明本身,以及其它目的和優(yōu)點。
圖1圖示說明分布在被動星形網(wǎng)絡(luò)布局中的光纖通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以用來實現(xiàn)本發(fā)明。
圖2是光纖數(shù)據(jù)總線和圖1所示的各接收/發(fā)送節(jié)點之一之間接口的方框圖。
圖3是光纖數(shù)據(jù)總線和圖1所示的只接收節(jié)點之一之間的接口的方框圖。
圖4-8說明用來在圖1所示的光纖數(shù)據(jù)總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的最佳數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
圖9是說明圖2和圖3所示IC接口的一些主要功能塊的方框圖。
圖10是說明圖9所示的時鐘恢復(fù)部分的方框圖。
圖11是說明圖9所示的接收器部分的方框圖。
圖12是說明圖9所示的發(fā)送器部分的方框圖。
圖13是說明圖9所示的時鐘發(fā)生部分的方框圖。
圖14a和圖14b是圖2,3和9中所示的IC接口的詳細(xì)的方框圖。
圖1圖示說明能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)30的例子。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)30在非嚴(yán)格多媒體和有關(guān)通信,如,視頻,音頻,數(shù)據(jù),低帶寬控制數(shù)據(jù),以及其它類似信號的高速傳輸中獲得有益的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)30可以在各種需要在兩個或者兩個以不同設(shè)備之間進(jìn)行電子通信的環(huán)境下實施。最佳的運(yùn)行環(huán)境是運(yùn)輸車輛,例如,汽車,面包車,卡車,公共汽車,火車或飛機(jī)。其它的運(yùn)行環(huán)境也可以應(yīng)用,例如,家庭,公寓建筑或辦公室。
網(wǎng)絡(luò)30在任何被連接到該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和任何被連接到該網(wǎng)絡(luò)的其它設(shè)備之間提供“虛擬”通信路徑。因此,該網(wǎng)絡(luò)的基本功能是通過該網(wǎng)絡(luò)使得地理位置相距較遠(yuǎn)的各種設(shè)備之間可以方便地進(jìn)行通信。為了在網(wǎng)絡(luò)中有效地實現(xiàn)通信傳輸所必須完成的任務(wù)可以通過將這些任務(wù)分成以某種形式所組織的、一系列更基本的功能來實現(xiàn)。這種功能集的精確定義和組成被叫做網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般來說,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遵循線性分層模型,其中各功能被組織成為所謂“層”的線性系列。例如,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已經(jīng)提出一種由物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,會話層,表示層,應(yīng)用層所組成的7層次的模型結(jié)構(gòu)。物理層是該層次中的最低級,它主要涉及在物理通信資源之間比特流的透明傳輸(與其含義無關(guān))。在局域網(wǎng)中,物理層介質(zhì)可以是雙絞線,同軸電纜,光纖,或無線電波。
本發(fā)明主要涉及在網(wǎng)絡(luò)30的物理通信資源中高速,有效,靈活和廉價的數(shù)據(jù)傳輸,而與數(shù)據(jù)是否是視頻,音頻,低帶寬控制數(shù)據(jù)或其它類似信號無關(guān)。該網(wǎng)絡(luò)通信的介質(zhì)最好是分布在如圖1所示的星形網(wǎng)絡(luò)布局中的光纖。對于汽車中多個位置或節(jié)點之間的高速通信,分布在星形網(wǎng)絡(luò)布局中的光纖傳輸介質(zhì)比起點對點連接或硬接線電網(wǎng)絡(luò)來要更便宜,更簡單。
按照本發(fā)明,光纖網(wǎng)絡(luò)30包括硬件設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,它使得該網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)起來簡單,廉價,靈活和可靠。例如,該數(shù)據(jù)傳輸被獨特地設(shè)計和組織,以利在星形網(wǎng)絡(luò)布局中的高速傳輸。網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)被分成幀(如圖4-8所示),并且,網(wǎng)絡(luò)30中的每一節(jié)點被允許在幀的某些部分(或時隙)傳輸數(shù)據(jù)。各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸(參考圖1所示的40-58)實際上被多路傳輸,在網(wǎng)絡(luò)30中一起形成連續(xù)的數(shù)據(jù)流。各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過中央集線器32和被提供給網(wǎng)絡(luò)30上的所有節(jié)點。按照本發(fā)明,節(jié)點具有配置信息,經(jīng)過接口電路(參考如圖2和圖3中的64),使每一節(jié)點知道各種有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息,包括需要尋找被編址的數(shù)據(jù)的時隙。
在網(wǎng)絡(luò)30中,主控制器40被分配給每一幀數(shù)據(jù)特別的時隙。主控制器40在其時隙中發(fā)送各種信息,使得節(jié)點在該網(wǎng)絡(luò)中正常地運(yùn)行。例如,主控制器40發(fā)送如上所述的配置信息,與作為接口單元64所使用信息的一部分的定時數(shù)據(jù)一起用來同步它們的本地時鐘。所有傳輸?shù)臅r間同步是從共同的時基得到的。共同的時基最好是由主控制器40來提供,而共同的參考由集線器32來提供。
網(wǎng)絡(luò)30的一個主要特征是接口(如圖2和圖3中62,64所示)實際上通過高速網(wǎng)絡(luò)30能夠處理所有有關(guān)通信的任務(wù),因此,允許小節(jié)點,或沒有處理能力的節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)30進(jìn)行通信,不需要在節(jié)點上增加額外昂貴的處理能力。節(jié)點62,64將給定的設(shè)備或節(jié)點通過機(jī)械,光學(xué),電子學(xué)方式連接到網(wǎng)絡(luò)30上。每一接口包括電子電路,該電子電路最好由集成電路64來實現(xiàn),該集成電路以與網(wǎng)絡(luò)30兼容的格式從網(wǎng)絡(luò)30上接收高速光數(shù)據(jù)。該電路將所接收的光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為光信號,并將所轉(zhuǎn)換的光信號以與網(wǎng)絡(luò)30兼容的格式送到網(wǎng)絡(luò)30上。電子電路簡單并廉價的設(shè)計,與有關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和組合一起,允許單一接口靈活地足夠處理與網(wǎng)絡(luò)或相對復(fù)雜節(jié)點的高速數(shù)據(jù)通信,或與相對簡單節(jié)點的低速通信。因此,本發(fā)明,特別是IC64,提供了將各種節(jié)點類型連接到網(wǎng)絡(luò)30的能力,不需要在現(xiàn)有的節(jié)點電子線路上增加額外昂貴的處理能力。
本發(fā)明還提供一種IC設(shè)計,該IC簡單,足以廉價地來實現(xiàn),能夠處理一些更加復(fù)雜的,與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)30通信有關(guān)的任務(wù)。例如,IC64使用從主控制器所接收的信息,為其節(jié)點建立本地時鐘頻率,同時便于節(jié)點設(shè)備和光纖網(wǎng)絡(luò)30之間的數(shù)據(jù)傳送。IC64還將測出由于光線從光纖電纜的一端傳遞到另一端所花時間引起的傳輸延遲。雖然這種延遲對于幾米長的光纖電纜來說很小,但是在高頻時這種延遲可能會很嚴(yán)重,引起數(shù)據(jù)傳輸誤差。同時不同長度的光纖電纜將產(chǎn)生不同的傳輸延遲。因此,如果節(jié)點接收電纜的長度不等,則數(shù)據(jù)從主控制器40經(jīng)過集線器32被傳送到各個節(jié)點的時間將不同。如果不對這些延遲進(jìn)行補(bǔ)償,在高頻情況下,節(jié)點之間的相位將不能同步,這樣,將增加總線上產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突的可能性。本發(fā)明通過相對簡單的電路配置修正節(jié)點上本地時鐘和中央集線器活動之間的相位差,從而,修正這一定時問題。該電路基本上保持其本身在集線器上的傳輸,并使其傳輸超前適當(dāng)?shù)牧?,以便在集線器上保持適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)。
本發(fā)明同時提供允許IC64進(jìn)行電子配置以滿足其相關(guān)節(jié)點的通信能力的靈活性。IC的配置可以包括各種參數(shù)和/或功能。例如,IC64可以被配置使其適應(yīng)特殊節(jié)點元件的節(jié)點接口輸出端的時序和數(shù)據(jù)的要求。IC64包括數(shù)據(jù)存儲器,該存儲器能夠接收并保持以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率,從高速網(wǎng)絡(luò)所接收數(shù)據(jù),然后將該數(shù)據(jù)以與節(jié)點兼容的任何速率輸出到IC節(jié)點接口。其它配置參數(shù)可以包括更基本的通信信息,例如,該節(jié)點為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)上得到的時隙。只要各個節(jié)點具有這樣的配置信息,IC64就能夠以本地的或遙控的方式運(yùn)行。本地配置可以被具有板內(nèi)計算能力的智能節(jié)點所利用,而遙控配置是沒有足夠的板內(nèi)計算能力的“非智能”節(jié)點所需要的。對于非智能節(jié)點,主控制器可以提供必要的信息給IC設(shè)定時序和其它節(jié)點通信協(xié)議。智能節(jié)點具有足夠的計算能力提供給必要的IC部分設(shè)定其本身的信息。在任一情況下,主控制器將所有必要信息傳播給IC和/或與其相關(guān)的節(jié)點。對于非智能節(jié)點,必要信息包括總線上有關(guān)數(shù)據(jù)的信息,和表示當(dāng)節(jié)點需要知道總線上的數(shù)據(jù)時的顯式指令。對于智能節(jié)點,必要信息包括總線上的有關(guān)信息,并且該節(jié)點使用其本身的計算能力確定它是否需要接收數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在回到最佳實施例細(xì)節(jié),圖1說明一個由在星形網(wǎng)絡(luò)布局的中央集線器32周圍的多個設(shè)備或節(jié)點所組成的光纖網(wǎng)絡(luò)30。主控制器40以與節(jié)點相同的形式與集線器32連接。主控制器40通過常規(guī)單板可編程微處理器,隨機(jī)存儲器和只讀存儲器,具有常規(guī)的處理能力。按照本發(fā)明所提出的參數(shù),主控制器的處理能力足夠完成網(wǎng)絡(luò)時序和配置任務(wù)(使用常規(guī)網(wǎng)絡(luò)通信)。主控制器40一般包括外部時鐘發(fā)生器,諸如定時晶體。網(wǎng)絡(luò)配置信息給各節(jié)點分配特定的時隙,在該時隙中,特定的節(jié)點可以將數(shù)據(jù)放入網(wǎng)絡(luò)30或從網(wǎng)絡(luò)30上接收數(shù)據(jù)。
本發(fā)明主要針對網(wǎng)絡(luò)30的物理層,更具體地說,利用IC64接口(如圖2,3和9-14所示)將節(jié)點與復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)總線通信協(xié)議的特定集合,以及IC硬件設(shè)計隔離,以減少數(shù)據(jù)總線通信的相對復(fù)雜性,從而允許用相對廉價的元件來實現(xiàn)接口IC。本發(fā)明的物理層可以由其它被分為幾層的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),轉(zhuǎn)高層次的層以常規(guī)方法控制如何來完成主控制器的任務(wù)的細(xì)節(jié)。
如圖1所示的節(jié)點是多媒體或其它非嚴(yán)格使用設(shè)備,包括放大器/揚(yáng)聲器48,LCD屏幕42,用戶接口44,導(dǎo)航系統(tǒng)46(例如,GPS接收器),音樂播放設(shè)備50,數(shù)字收音機(jī)52,CD轉(zhuǎn)換器54,視頻播放器56,以及后座音響部件58。某些節(jié)點(諸如,放大器/揚(yáng)聲器48和LCD屏幕42)只能夠從集線器32中接收信息,而其它節(jié)點(諸如,用戶接口44,導(dǎo)航系統(tǒng)46,音樂播放器50,數(shù)字收音機(jī)52,CD轉(zhuǎn)換器54,視頻播放器56,以及后座音響部件58)能夠從集線器32接收數(shù)據(jù),也能夠向集線器32發(fā)送數(shù)據(jù)。這里所說明的節(jié)點只是可以連接到高速光纖網(wǎng)絡(luò)30設(shè)備類型的例子,其它在這里沒有說明的節(jié)點也可以和網(wǎng)絡(luò)30相連,這并不背離本發(fā)明。
如圖1所示的星形布局配置是實施本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)30的最佳結(jié)構(gòu),尤其適用于汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。在該星形布局中,所有被送到集線器32的信息被同時送到所有與其連接的節(jié)點上。一個節(jié)點的故障不會影響信息被傳送到其他的節(jié)點。當(dāng)傳輸高帶寬數(shù)據(jù),例如,視頻時,網(wǎng)絡(luò)30的光纖數(shù)據(jù)總線比起有線網(wǎng)絡(luò)來說具有更大的優(yōu)越性,這是由于隨著運(yùn)行頻率的增加,有線網(wǎng)絡(luò)的成本將急劇地增加。
借助于光纖接收線路36,所有節(jié)點將被連接到中央集線器32上。另外,這些能夠發(fā)送信息的節(jié)點借助于光纖發(fā)送線路34連接到集線器32上。光纖線路最好是市場可買到的、汽車等級的、柔性的、干凈的能夠以有限的亮度損失傳輸光信號的塑料管或電纜。該塑料具有一衍射角,使得光纜中的光完全從光纜的外表面反射,并繼續(xù)地向光纜的另外一端傳輸。該光纜最好是具有較大的孔,這可使它們有效地與低成本的光纖元件相連接。
中央集線器32是一種相對簡單的部件,該部件基本上是由與光纖電纜是同一種材料所構(gòu)成的。在最佳實施例中,集線器32實際上是一種扁平的長方形塑料元件。所有傳輸電纜34都與集線器32末端連接,并且所有接收電纜36都與集線器的另外一端連接。用常規(guī)的方法,該集線器32的物理尺寸使得從傳輸電纜34接收的光脈沖均勻分布在整個接收電纜36中,其損失最小。然后,接收電纜36將光信號從集線器32發(fā)送到所有被連接的節(jié)點中。因此,由一個節(jié)點傳輸?shù)郊€器32的數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)剿信c集線器32連接的節(jié)點中。
數(shù)據(jù)是由表示二進(jìn)制的光脈沖在光纖網(wǎng)絡(luò)30中傳遞的。光的亮脈沖代表二進(jìn)制的1,無光代表二進(jìn)制的0。當(dāng)然,很多因素可以影響光的亮度。塑料光纖電纜將具有某些衰減,所以從一特定光纜出去的光要比進(jìn)入該光纜的光的亮度要低。另外,由于分布在整個集線器32中的光,以及分散在幾個接收光纜36中的光的衰減,使得集線器32出口的光比起集線器32的入口光的亮度要低,這樣進(jìn)一步降低了到達(dá)節(jié)點的光的亮度。
對光亮度的各種影響不應(yīng)改變被發(fā)送的數(shù)據(jù)的值。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一個方法是提供一種能夠按照接收光亮度上的各種外部影響,調(diào)整其閾值的靈活的接收器。在任何情況下,閾值光亮度都能區(qū)分二進(jìn)制的1和二進(jìn)制的0。閾值以上的光亮度被看做為邏輯1,該閾值以下的光亮度被看做為邏輯0。光接收器應(yīng)該具有足夠的靈活性,使得各種影響光亮度的因素(例如,由于長度和光纖電纜數(shù)量所產(chǎn)生的衰減)一般都不會導(dǎo)致接收器將邏輯“1”當(dāng)做邏輯“0”或?qū)⑦壿嫛?”當(dāng)做邏輯“1”的錯誤。這樣,盡管經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)30傳遞的光亮度會產(chǎn)生一些衰減,但是數(shù)據(jù)的完整性將被保持。
圖2和圖3是更加詳細(xì)的、如圖1所示的光纖數(shù)據(jù)總線(即,發(fā)送光纜34,接收光纜36和集線器32)和節(jié)點之一(在圖2和圖3中由標(biāo)號70和70’表示)之間的接口的方框圖。連接器62將發(fā)送光纜34和接收光纜36連接到IC64。連接器62最好是市場上可買到的汽車級連接器,具有正向鎖定機(jī)構(gòu),來保證光纖電纜的連接。連接器62與發(fā)送和接收光纜34,36進(jìn)行物理連接,由接收光纜36與光電二極管66進(jìn)行光耦合,并且發(fā)送光纜34到LED68也是光耦合。連接器62與接口IC64,光電二極管66和LED68之間即有物理連接又有電氣連接。
圖2和圖3中將IC64與節(jié)點70或70’分開的虛線是節(jié)點70和總線電子線路(由IC64表示)之間接口的圖形表示。在給定節(jié)點中的現(xiàn)有電子線路將隨節(jié)點而變化,并且在圖2和圖3中并沒有必要顯示所有的節(jié)點元件。如圖2和圖3所示的節(jié)點電子線路是可以在給定節(jié)點中找到的典型線路的一般的圖形表示。典型的節(jié)點70可能包括電源調(diào)節(jié)電路72,節(jié)點控制器74,數(shù)據(jù)處理電路76和本地I/O接口78。電源調(diào)節(jié)電路72一般是電源,控制器74一般是控制節(jié)點的節(jié)點微處理器,數(shù)據(jù)處理器76代表對于網(wǎng)絡(luò)來往的實際數(shù)據(jù)的處理。例如,如果節(jié)點70負(fù)責(zé)完成語音控制,數(shù)據(jù)處理部分76將從IC64中接收語音數(shù)據(jù),完成低音和高音功能,然后將數(shù)據(jù)經(jīng)過IC64放回到網(wǎng)絡(luò)30上。本地I/O78可以是任何類型的本地節(jié)點輸入和輸出功能塊,例如,具有按鍵和/或顯示器的控制線。
IC64和節(jié)點70之間的通信端口可以包括,例如,與節(jié)點電源調(diào)節(jié)部分72連接的+V端口,同時連接到電源調(diào)節(jié)部分72的開/關(guān)端口,連接到節(jié)點控制器74的IIC端口(內(nèi)部IC控制),連接到節(jié)點數(shù)據(jù)處理部分76的IC時鐘端口,和同時連接到數(shù)據(jù)處理部分76的IIS端口(內(nèi)部IC信號)。一般來說,+V連接提供電源連接,開/關(guān)端口提供電源模式功能,IIC是一種提供低帶寬控制信號(1Mbs以下)的控制接口,節(jié)點70IC64外部時鐘信號與網(wǎng)絡(luò)30同步,并且用來處理數(shù)據(jù)以及作為節(jié)點本地參考,IIS端口將用于實際數(shù)據(jù)的有效載荷,并能夠達(dá)到10Mbs或更高的速度。如圖2和圖3所示的IC接口是用來舉例的最佳接口,然而,其它接口也同樣可以。其目的是提供一種靈活性,允許IC64根據(jù)各種節(jié)點來配置,以提供實際的接口。IIC和IIS格式是大家所熟知,并廣泛地用于音響數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)格式。IC64可以具有特殊的串行數(shù)據(jù)格式,或其它類型數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)格式。例如,適合于視頻的標(biāo)準(zhǔn)串行接口協(xié)議可以是SPI(串行外圍設(shè)備接口)協(xié)議。
數(shù)據(jù)最好以光脈沖的形式從中央集線器32經(jīng)過接口線路36傳輸?shù)焦怆姸O管66。被接收的光使光電二極管66向接口IC64發(fā)送電脈沖,該發(fā)送過程是與被接收光的亮度成正比的。IC64放大并處理作為數(shù)據(jù)的電信號。傳輸線34與LED68連接。為了將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò),IC64將電脈沖送給LED68。這導(dǎo)致LED68將光脈沖發(fā)送到傳輸光纜34中,同時該光脈沖也被發(fā)送到中央集線器32,并分布到所有被連接的接收線路上。在最佳實施例中,所述LED使用波長大約為660nm的紅光。
如圖2和圖3所示的IC64在網(wǎng)絡(luò)和外部節(jié)點設(shè)備70,70’的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)76之間,經(jīng)過利用IIS接口發(fā)送數(shù)據(jù)。IIS是一種用于音響數(shù)據(jù)處理器的普通數(shù)據(jù)格式/協(xié)議。它只需要串行數(shù)據(jù)通信中的四種信號數(shù)據(jù)入,數(shù)據(jù)出,位時鐘,和字時鐘。IIS接口上的位時鐘速率是可變的,以便以低于光纖網(wǎng)絡(luò)速度運(yùn)行的設(shè)備的速率從接口IC64接收數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到接口IC64上。IC64具有用于捕捉從網(wǎng)絡(luò)上接收的高速突發(fā)形式的信息的內(nèi)部存儲器。IC64能夠?qū)⒃撔畔⒁暂^低的傳輸速率轉(zhuǎn)移出其存儲器,該傳輸速率與節(jié)點現(xiàn)有接收/發(fā)送數(shù)據(jù)的能力是相匹配的。例如,光纖網(wǎng)絡(luò)30能夠傳輸比一般播放速度高出50倍的CD質(zhì)量的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。接口IC64允許CD播放機(jī)節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò),以高速突發(fā)的方式,將打包的音頻信息傳送到放大器/揚(yáng)聲器上,傳輸標(biāo)準(zhǔn)播放頻率的打包信息將花費(fèi)1/50的時間。網(wǎng)絡(luò)30利用其它49/50的正常傳送時間傳送另外的信息,諸如在其它節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)視頻。音響接收器上的接口IC64捕捉高速突發(fā)數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存儲在IC64上的本地存儲器上。音響接收器上的IC64將數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)播放速率提供給接收器。因此,接口IC64完全將節(jié)點上的接收器設(shè)備與復(fù)雜的高速網(wǎng)絡(luò)隔離,并產(chǎn)生一種“虛擬”連接,以便設(shè)備相互之間直接連接。
節(jié)點設(shè)備上的控制器74通過IIC兼容連接(但是最好更快)連接到IC64上。所有配置,狀態(tài),和信息數(shù)據(jù)通過這一端口都可以到達(dá)外部設(shè)備。另外,在IC64上有一種中斷信號,該信號用來向節(jié)點設(shè)備發(fā)出報警。當(dāng)要重新安排網(wǎng)絡(luò)傳輸,并以分時方式對各種節(jié)點進(jìn)行新的配置時,這是特別重要的。每一節(jié)點具有電源調(diào)節(jié)器72,它將電源提供給IC64和外部節(jié)點硬件。智能節(jié)點還具有本地I/O78,用來完成整個節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。
圖3說明一種只接收“非智能”節(jié)點70’的有代表性的配置。連接器62’將接收線路36連接到光電二極管66。由于只接收節(jié)點設(shè)備不傳輸信息到網(wǎng)絡(luò),所以不需要傳輸光纜和LED。接口IC64是相同的,除了地址線被用來選擇IC64的網(wǎng)絡(luò)地址,而不是通過IIC接口。該節(jié)點設(shè)備具有數(shù)字處理器76和本地I/O78的能力。電源調(diào)節(jié)器72用來把電力輸送到IC64以及節(jié)點設(shè)備。
用于在光纖網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的通信結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。通信是以幀的形式出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的。如圖4所示,在最佳實施例中,幀是以48kHz發(fā)送的,長度為256個碼元。幀頻的帶寬被分為數(shù)據(jù)包,而記號“Master”“N2-Nx”,和“M”是幀數(shù)據(jù)包的例子。每一個數(shù)據(jù)包代表網(wǎng)絡(luò)上特定節(jié)點所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。每一幀的發(fā)送節(jié)點的數(shù)目被限制在256個碼元帶寬。
如圖5所示,幀的第一數(shù)據(jù)包最好由主控制器發(fā)送,而最后一個數(shù)據(jù)包最好是信息包(M),雖然這一順序不是必須的。所有從不同節(jié)點所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由特殊的被稱為傳輸開始(SOT)碼元所分開。接口IC64包括檢測SOT碼元和識別它作為新數(shù)據(jù)包開始的電路。數(shù)據(jù)包的長度最好是變化的,其長度可以由主控制來設(shè)置。在最佳實施例中,每一碼元時隙代表每秒384,000位的數(shù)據(jù)性能。根據(jù)其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量,不同節(jié)點設(shè)備具有不同的帶寬要求。例如,音頻通信發(fā)送足夠的數(shù)據(jù)只需要每幀1個碼元時隙就可滿足通信要求。然而,CD質(zhì)量的音頻需要每幀4個碼元時隙。10倍速CD-ROM通信需要37個時隙,非壓縮的視頻需要50個時隙。這里所公開的配置具有足夠的靈活性,以給出所有這些設(shè)備的數(shù)據(jù)包,這些數(shù)據(jù)包具有足夠的帶寬來滿足設(shè)備的需要,而不會浪費(fèi)超出的帶寬量。
如圖6所示,每一數(shù)據(jù)包可以被進(jìn)一步分成若干數(shù)據(jù)塊。例如,攝像機(jī)節(jié)點可以發(fā)送數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)塊和數(shù)字化的音頻數(shù)據(jù)塊。這兩種數(shù)據(jù)塊可以由同一數(shù)據(jù)包來發(fā)送。主控制器數(shù)據(jù)包被分成控制塊和數(shù)據(jù)塊??刂茐K是一些配置信息,從主控制器傳送到其它節(jié)點。配置信息定義怎樣將幀分成數(shù)據(jù)包,以及在哪些碼元時隙上節(jié)點可以開始向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。每一節(jié)點經(jīng)過它的IC64來接收這一配置信息,并將其存儲在接口IC64上的配置存儲器154,156(如圖14b所示)中。
主控制器40不需要馬上發(fā)送所有配置信息。而配置存儲器可以通過控制塊在幾幀的長度上傳送。然而,網(wǎng)絡(luò)最好是不改變配置,直到完整的新的配置已經(jīng)被傳送。這種方法允許主控制器一個接一個地發(fā)出新的配置存儲器,如果要求大部分網(wǎng)絡(luò)帶寬用來傳輸數(shù)據(jù),而只有很小部分保留來傳輸新的配置信息,這種方法是有利的。
來自主控制器40控制塊的第一碼元是同步(SYNC)碼元。緊跟在SYNC后面的是SOT碼元,該碼元標(biāo)志著數(shù)據(jù)包的開始。IC64包括識別特殊SOT/SYNC組合的電路。這種碼元序列用來標(biāo)志新一幀的開始,和控制塊的位置。
信息包利用令牌傳遞布置,后者允許節(jié)點在幀中發(fā)送附加信息。主控制器在幀的始端給特定節(jié)點一個令牌(通過接口IC64)。該令牌允許節(jié)點在幀的信息包部分發(fā)送信息。信息長度是變化的,并且可能傳送一幀以上。一旦節(jié)點完成其信息,它將傳送一種信息結(jié)束碼元(EOM)。EOM碼元指示主控制器已經(jīng)完成信息,并且標(biāo)記可以傳遞給下一節(jié)點。節(jié)點可以用兩種方法中的一種進(jìn)行接收。第一,隨著信息從信息產(chǎn)生節(jié)點的發(fā)送,該節(jié)點能夠直接從集線器接收信息。第二,通過主控制器可以接收信息,并且在幀與幀之間主控制器能夠傳播該信息。
圖7更加詳細(xì)地說明主控制器包。標(biāo)題碼元跟著SYNC碼元。標(biāo)題碼元用來將把幀標(biāo)識符的開始從兩個碼元(SOT/SYNC)擴(kuò)展為三個。雖然三個碼元的幀開始標(biāo)識符將網(wǎng)絡(luò)帶寬減少一個碼元時隙,但是,較長的三碼元標(biāo)識符允許系統(tǒng)更加精確地識別幀的開始。標(biāo)題碼元后面是長度可變的控制塊。CRC碼元提供對于控制塊的檢查,以保證無錯傳輸。CRC碼元后面是主控制器節(jié)點的數(shù)據(jù)包。主控制器的數(shù)據(jù)包也被分為多個數(shù)據(jù)塊。圖6說明來自各種節(jié)點的每一個數(shù)據(jù)塊也可以包括數(shù)目可變的碼元。
圖8更加詳細(xì)地說明組成數(shù)據(jù)包的碼元。如圖8所示,幀中的每一碼元的長度最好是9位,并且每一位表示二進(jìn)制狀態(tài)邏輯0或邏輯1。在光纖網(wǎng)絡(luò)30中,邏輯1由某一閾值亮度以上的光脈沖來表示,而邏輯0由無光或亮度小于一定閾值的光脈沖來表示,在最佳實施例中,接口IC64使用4倍的過采樣(oversampling)來確定一位是否是1或0。在這種程序中,IC64以高出傳輸速度4倍的速度對位值進(jìn)行采樣。然后,在該位被確認(rèn)為有效之前,IC必須得到正確的時間校準(zhǔn),這種4倍的過采樣有助于保證數(shù)據(jù)的完整性,否則系統(tǒng)中的噪聲或變形的數(shù)據(jù)尖峰將破壞數(shù)據(jù)的完整性。
該網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議非常靈活,并且可配置。該協(xié)議可以處理多種設(shè)備,每一設(shè)備具有不同的帶寬要求,并且每一設(shè)備具有可變的數(shù)據(jù)流數(shù)目。各節(jié)點的ICs通過主控制器所發(fā)送的信息可以被配置,允許將沒有微處理器或其它控制機(jī)構(gòu)的設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上。
接口IC64的內(nèi)部功能框圖如圖9所示。如圖所示,IC64包括接收器80,發(fā)送器82,數(shù)據(jù)接口92,節(jié)點控制90,時鐘恢復(fù)部分84和時鐘發(fā)生部分88。接收器80連接到外部光電二極管上(圖中沒有示出)。該光電二極管發(fā)送電信號到接收器80,該電信號是與照射到光電二極管上的光的亮度成比例的。該接收器80將該信號數(shù)字化,并且將位串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為9位碼元。接收器80對于所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行通常的錯誤檢查,以保證接收到有效碼元。9位碼元被轉(zhuǎn)換成為8位數(shù)據(jù)字節(jié)加標(biāo)志位,然后被送到數(shù)據(jù)接口92,在那里數(shù)據(jù)可以被傳送到外部節(jié)點設(shè)備。
接收器80還對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行相位修正。每一個接口IC64的本地時鐘相對于中央集線器32以及其它節(jié)點存在輕微的相位差。這是由于IC64使用中央集線器32上的活動數(shù)據(jù)作為設(shè)定本地時鐘的參考。然而,隨著光線從中央集線器傳輸?shù)礁鱾€節(jié)點,將產(chǎn)生傳播延遲。因為各種接收和發(fā)送光纜的長度的改變,從一個節(jié)點到其它節(jié)點的延遲也將發(fā)生變化。因此,由于傳播延遲的不同,網(wǎng)絡(luò)30上所有節(jié)點的ICs64的本地時鐘將與其它時鐘不同相。大多數(shù)的這種相位差將通過發(fā)送器82得到補(bǔ)償,發(fā)送器82判斷該延遲,并利用與所判斷的延遲成一定比例的量提早發(fā)送其信號。
接收器80也將補(bǔ)償小的剩余相位差,該相位差是發(fā)送器在調(diào)整其傳輸時間時沒有考慮到的。這些剩余相位差是由于在做傳輸補(bǔ)償時所產(chǎn)生的誤差以及節(jié)點之間產(chǎn)生的時鐘相位漂移引起的。在最佳實施例中,每一數(shù)據(jù)包以9位的SOT碼元開始。SOT碼元的前4位為邏輯0狀態(tài),被稱為警戒間隔。余下的位服從一種特定的校準(zhǔn)模式。每一個IC64上的配置存儲器提前告訴IC64,是哪一個碼元時隙將要包含SOT碼元。按照其自身的本地時鐘,該IC知道在從第5到第9位的預(yù)期時間到達(dá)的位應(yīng)該與校準(zhǔn)模式相匹配。
剩余相位差將產(chǎn)生校準(zhǔn)模式的預(yù)期到達(dá)時間和實際到達(dá)時間之間小的偏差。例如,校準(zhǔn)模式到達(dá)的時間可能是第四位到第8位的預(yù)期時間。接收器80檢測在不正確的時間到達(dá)的數(shù)據(jù),并提前或延遲將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接口92,以修正相位差。這樣,所有發(fā)送到數(shù)據(jù)接口92的數(shù)據(jù)將與該節(jié)點IC本地時鐘的相位相同。4位警戒間隔被設(shè)置到邏輯0電平,以產(chǎn)生接收相位不同的數(shù)據(jù)而不致產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。
發(fā)送器82取得從數(shù)據(jù)接口92接收的數(shù)據(jù),并將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)30。發(fā)送器82與外部LED連接(圖中沒有示出),該LED將來自發(fā)送器82的電脈沖轉(zhuǎn)換成為適合于在網(wǎng)絡(luò)光數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)墓饷}沖。光脈沖必須經(jīng)過傳輸光纖電纜才能從發(fā)送器82傳輸?shù)郊€器。該光纜在信號上增加了傳播延遲。發(fā)送器82預(yù)測這一傳播延遲,并按照適當(dāng)?shù)臅r間提前傳輸數(shù)據(jù),以補(bǔ)償該延遲。該發(fā)送器計算必須比該數(shù)據(jù)提前多少發(fā)出短數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊€器,并測量接收其本身的短數(shù)據(jù)傳輸所需時間。如果傳送和接收光纜近似等長,則該延遲的一半可能分布在從節(jié)點到集線器上,而另一半將是接收從集線器返回的脈沖的延遲。節(jié)點提前傳輸數(shù)據(jù)的時間量是發(fā)送/接收延遲的組合。
時鐘恢復(fù)塊84被用來產(chǎn)生本地采樣時鐘,該時鐘用來對數(shù)據(jù)位進(jìn)行過采樣(oversample)。另外,時鐘恢復(fù)84把由本地時鐘所產(chǎn)生的幀開始信號與主控制器發(fā)送到集線器去的幀開始信息進(jìn)行比較。如果本地時鐘與集線器相位很不相同,則時鐘恢復(fù)電路84將中止節(jié)點的發(fā)送和接收操作,并嘗試修正該相位差。一旦本地節(jié)點與集線器同相位,它將恢復(fù)發(fā)送和接收。時鐘恢復(fù)電路84中的壓控振蕩器產(chǎn)生,以4倍的過采樣對輸入的數(shù)據(jù)位的值進(jìn)行采樣所需的采樣時鐘。
時鐘發(fā)生塊88根據(jù)時鐘恢復(fù)電路84所產(chǎn)生的采樣時鐘獲得接口IC64所需的其它時鐘信號。時鐘發(fā)生器88通過將采樣時鐘頻率除以4得到位時鐘,通過將位時鐘頻率除以9得到碼元時鐘,通過將碼元時鐘頻率除以256得到幀時鐘。時鐘發(fā)生塊88還監(jiān)視當(dāng)前幀的哪一個碼元時隙正在發(fā)送或接收。
節(jié)點控制器90協(xié)調(diào)IC64上功能塊的操作。節(jié)點控制器90包括網(wǎng)絡(luò)配置信息,并通知節(jié)點幀上的哪些時隙可以用來發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)上。該配置信息還通知每一單獨的節(jié)點何時網(wǎng)絡(luò)上的信息與該節(jié)點有關(guān),應(yīng)該接收并發(fā)送到被連接的節(jié)點設(shè)備上。節(jié)點控制器90包括配置存儲器,節(jié)點控制器90將占據(jù)每一幀時隙的碼元類型存儲在配置存儲器中,例如,該碼元是數(shù)據(jù)碼元還是象SOT或SYNC那樣的控制碼元。這將使節(jié)點控制器90在碼元被接收之前知道將是一個SOT碼元。接收器80通過比較實際接收碼元位的時間與預(yù)期時間,能夠修正其相位差。節(jié)點控制器90與IIC總線相連,允許配置信息在現(xiàn)有節(jié)點電子線路能夠接收和處理配置信息的情況下有選擇地與節(jié)點通信。
每一個IC64具有兩個配置存儲器--工作存儲器和更新存儲器。新配置信息被一個接一個地從主控制器送到節(jié)點IC64的更新存儲器中。節(jié)點IC64將繼續(xù)使用工作存儲器中舊的配置信息,直到新的配置信息已經(jīng)全部被傳送,并且主控制器指示將在某一時刻使用新的配置信息為止。那時,工作存儲器和更新存儲器上將交換功能。更新存儲器將成為工作存儲器,并將用來定義新的網(wǎng)絡(luò)配置。舊工作存儲器將成為更新存儲器,并將開始從主控制器上一個接一個地接收新的配置。
數(shù)據(jù)接口92在IC64和外部節(jié)點設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接口92具有能夠保持兩幀信息的內(nèi)部存儲器。它使存儲器的一個存儲體能夠以外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率與外部設(shè)備(節(jié)點)進(jìn)行通信,而其它存儲體以高速與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。該節(jié)點數(shù)據(jù)接口上的位時鐘速率(舉例來說,以IIS格式顯示)是可變的,它使得將要被傳輸?shù)男畔⒛軌蛞宰兓乃俾拾l(fā)送到外部設(shè)備,以及從外部設(shè)備接收。這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性減少了增加外部元件的需要,并且使IC64能夠直接與各種設(shè)備進(jìn)行通信。
如圖9所示的各種功能塊在圖10-14中有更加詳細(xì)的說明。圖10是時鐘恢復(fù)84更加詳細(xì)的示意圖。時鐘恢復(fù)84一般包括相位檢測器100(它可以是數(shù)字的或模擬的),環(huán)路濾波器104(它可以是數(shù)字的或模擬的),壓控振蕩器(VCO)106,和參考選擇器102。對于多數(shù)節(jié)點來說,數(shù)字相位檢測器100將本地幀時鐘相位與接收器時鐘80所產(chǎn)生的SYNC脈沖進(jìn)行比較。在每一幀開始時,當(dāng)接收塊檢測到由主控制器所發(fā)送的SOT/SYNC組合時,接收塊80產(chǎn)生SYNC脈沖。把兩個時鐘信號進(jìn)行比較,以提供指示說明是否從中央集線器所接收的信息與本地時鐘的相位不同。如果該時鐘同步,則數(shù)字相位選擇器100觸發(fā)閉鎖狀態(tài)標(biāo)志。而如果不同步將使數(shù)字相位選擇器100解除閉鎖狀態(tài)標(biāo)志,并中止節(jié)點的發(fā)送和接收操作。
主控制器40使用外部時鐘發(fā)生器建立網(wǎng)絡(luò)30的幀時鐘。與主控制器節(jié)點40相關(guān)的IC64把本地產(chǎn)生的幀時鐘與外部參考時鐘進(jìn)行比較,以保證主節(jié)點同步。參考選擇器102在SYNC信號和外部時鐘之間切換時鐘輸入。在大多數(shù)節(jié)點上出現(xiàn)的參考選擇REFERENCESELECTL信號將使參考選擇器102使用SYNC信號作為時鐘輸入。然而,在主控制器上的參考選擇REFERENCE SELECTL信號將指示參考選擇器102使用外部參考。最好以IC64上的輸入針的形式提供參考選擇REFERENCE SELECTL,它使同一IC能夠用來將節(jié)點70或主控制器40連接到網(wǎng)絡(luò)30上。
數(shù)據(jù)相位檢測器100將相位差的幅度和方向輸出到數(shù)據(jù)環(huán)路濾波器104上。該環(huán)路濾波器104產(chǎn)生輸出電壓控制VCO106。VCO106產(chǎn)生IC采樣時鐘,它是用來對各個數(shù)據(jù)位進(jìn)行過采樣的時鐘。在最佳實施例中,采樣時鐘是幀頻的9216倍(256碼元/幀*9位/碼元*4次采樣/位=9216次采樣/幀)。正如下面對接收塊80連接所做的更加詳細(xì)的討論,VCO106具有自激振蕩頻率范圍,該頻率范圍大于3倍小于6倍的網(wǎng)絡(luò)實際位速率,以保證在非同步系統(tǒng)中SOT/SYNC的正常檢測。
圖11是如圖8所示的接收塊80的更加詳細(xì)的視圖。接收器80一般包括量化器108,SOT/SYNC檢測器112,數(shù)據(jù)延遲線110,延遲線接頭選擇器114,接收移位寄存器116,鎖存器118,碼元解碼器120和接收數(shù)據(jù)寄存器122。模擬電信號從外部光電二極管(圖中沒有示出)被傳送到量化器108。模擬電信號的電壓范圍可以從0伏到最大光電二極管輸出電壓。量化器108取得這一寬范圍的輸入信號,并輸出只有兩個值的信號--0伏表示邏輯0,或VCC伏表示邏輯1。VCC一般來說是用于IC電源的直流電壓。在最佳實施例中,IC64是運(yùn)行在直流3.3伏或5伏電壓的CMOS芯片。量化器108將任何低于截止閾值的輸入電壓轉(zhuǎn)換成為0伏輸出,并且將任何高于該閾值的輸入電壓轉(zhuǎn)換成為表示二進(jìn)制1的VCC電平。
從量化器108輸出的邏輯信號被送到數(shù)據(jù)延遲線110,該延遲線可以以多接頭移位存儲器的形式來實現(xiàn)。VCO106所產(chǎn)生的采樣時鐘(如圖10所示)也被輸入到數(shù)據(jù)延遲線110。從量化器108輸出的邏輯信號以采樣時鐘速率被采樣,并以數(shù)字形式被存儲在數(shù)據(jù)延遲線110的移位寄存器中。數(shù)據(jù)延遲線110上可用的多接頭產(chǎn)生連續(xù)時移位置的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)延遲線110上的所有接頭可以同時用于SOT/SYNC檢測器112。SOT/SYNC檢測器112能夠識別在采樣時鐘周期分辨率以內(nèi),節(jié)點所接收的SOT和SYNC信號的時間位置。一旦SOT/SYNC檢測器112檢測到兩個碼元SOT/SYNC組合,它將SYNC信號送給時鐘恢復(fù)電路88表示新的幀的開始。利用主控制器40所發(fā)送出去的SOT/SYNC信息,時鐘恢復(fù)電路88使用這種SYNC信號與本地幀時鐘同步。
SOT碼元是在該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)之前,由節(jié)點發(fā)送的第一種信號。SOT信號有已知位代碼,它使SOT/SYNC檢測器112把位模式被接收的時間與所期望的位模式到達(dá)的時間進(jìn)行比較。這兩個時間的差是校準(zhǔn)誤差。數(shù)字延遲線110的若干接頭并聯(lián)連接到延遲線接頭選擇器114上。延遲線接頭選擇器114選擇一個接頭,該接頭被適當(dāng)?shù)貢r移,以便當(dāng)數(shù)據(jù)被初次接收時,它能夠修正數(shù)據(jù)的相位誤差。每次新的節(jié)點發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)時,必須進(jìn)行新的相位修正。這是由于各個節(jié)點的所有本地時鐘工作時會有輕微的相位差。因此,每一新發(fā)送的節(jié)點必須以SOT碼元開始它的傳輸,以便其它節(jié)點能夠鎖定在SOT碼元的已知位模式,并修正任何的相位差。
在壓控振蕩器與主控制器所發(fā)出的幀開始(SOF)碼元同步之前,該振蕩器會工作在某一頻率范圍之內(nèi),最好是從3倍到6倍的正常系統(tǒng)位頻率。選擇已知SOT/SYNC碼元序列最好是使得它們能夠在從3倍到6倍的位頻率的所有工作頻率上被識別,因此,增加了SOT/SYNC檢測器112識別所需幀開始(SOF)碼元的能力,使VCO106同步。
相位修正數(shù)據(jù)被串行地從延遲線接頭選擇器114傳送到接收移位寄存器116,該位被連接成為9位碼元。為保證精確度,該數(shù)據(jù)以位時鐘速率被移位到接收移位寄存器116中。鎖存器118以碼元時鐘速率選通9位碼元。這使得當(dāng)接收移位寄存器116開始下一碼元的串行移位時,完整的碼元數(shù)據(jù)可用于碼元檢測器120。碼元檢測器120得到9位碼元,并進(jìn)行句法檢查,以確定它是否為有效碼元。最好不是所有512個可能的碼元組合都是有效碼元。該碼元的8位數(shù)據(jù)部分構(gòu)成256種可能性。象SOT/SYNC這樣的特殊控制信號組成另外組合。按照最佳實施例,余下的組合是無效的,并必須被標(biāo)記。碼元檢測器120輸出9位碼元。開始的8位代表該碼元的數(shù)據(jù)部分。第9位是特殊碼元標(biāo)志,它表示開始的8位是否是數(shù)據(jù)位,或者它們是控制碼元,無效碼元,還是其它一些類型的碼元。被解碼的碼元在碼元時鐘速率下按照時鐘輸入到數(shù)據(jù)寄存器122中,以保證傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接口塊92中的數(shù)據(jù)沒有毛刺信號。
圖12表示發(fā)送器塊82更加詳細(xì)的布局。發(fā)送器82一般包括傳送數(shù)據(jù)寄存器124,碼元編碼器ROM126,移位寄存器128,輸出接頭選擇器130,以及輸出驅(qū)動器132。8位數(shù)據(jù)字和一位特殊碼元標(biāo)志從數(shù)據(jù)接口塊92中被送到數(shù)據(jù)寄存器124中。數(shù)據(jù)寄存器124以碼元時鐘速率記錄所述輸入數(shù)據(jù),以保證到碼元編碼器126的無錯傳輸。碼元編碼器126是只讀存儲器,它讀取8位數(shù)據(jù)字和一位特殊碼元標(biāo)志作為地址,并輸出編碼后的9位碼元。典型的光纖數(shù)據(jù)信道是二進(jìn)制串行信道,其中信息是以固定的速率,每次被發(fā)送一位(1或0對應(yīng)光的有或無)。在二進(jìn)制信道上傳輸任意數(shù)字信息,象光纖鏈路中光或有或無,它通常需要將信息位編碼成為大于某一信道位的數(shù)以便能夠提取時間信息,并且能夠更加可靠地恢復(fù)位。在指定用于這種信道的代碼時,存在多種屬性,它們確定怎樣容易地,可靠地并有效地將信息傳輸。這些屬性能夠被粗略地分為主要影響怎樣能夠可靠地恢復(fù)信道位的屬性,諸如信道位轉(zhuǎn)換之間的最小時間,信道位轉(zhuǎn)換之間的最大時間,信道位轉(zhuǎn)換的時間粒度(granularity),以及開關(guān)比(on-to-offratio),以及那些主要影響如何有效地,方便地將信息編碼的屬性,諸如信道位與信息位的比,塊大小和碼元字母大小。屬性的優(yōu)化組合主要依賴于信道特性。
光纖信道本身非???,因此,在所需速度和距離下,內(nèi)部碼元變形不成為問題。最大的問題是由于無源分路器所產(chǎn)生的大量衰減。將檢測器帶寬減到最小可以改進(jìn)信號噪聲比,但是將引起噪聲出現(xiàn)其本身邊沿位置的不確定性。為了容許這點,希望有較大的時間粒度,即信道位寬度。由于內(nèi)部碼元變形不是問題,所以轉(zhuǎn)換之間的最小時間可以是一個信道位?,F(xiàn)在的問題變成在被認(rèn)為是1或開電平和0或關(guān)電平之間恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定一個閾值。如果該信號是交流的,當(dāng)需要放大時,這是一般的情況,最佳閾值漂移作為直流分量的一種功能,它是信道位流中1信號與0信號的比。采用在整個間隔上具有相等數(shù)量的1信號和0信號的方法來穩(wěn)定直流分量是有幫助的。在轉(zhuǎn)換之間具有短時間更快轉(zhuǎn)換頻率也是有幫助的,因為它將有更多的機(jī)會檢查1和0之間的差,并調(diào)整該閾值。在許多系統(tǒng)中,對于正常時序或時鐘恢復(fù),有必要縮短轉(zhuǎn)換之間的最長時間以及運(yùn)行長度??傊?,所希望的信道碼屬性是長位周期,低電平直流元件和短的運(yùn)行長度。
在盡可能長地保持信道位時間的同時保持高信息速率需要高的編碼效率。當(dāng)很多位被組成塊,并整體地進(jìn)行編碼時,更加容易達(dá)到高效率。其它需要考慮的是數(shù)據(jù)包的粒度,復(fù)雜性和諸如表示特殊條件的能力以及滿足信道的需要。在這種情況下,8信息位的塊作為使用9信道位的單一碼元進(jìn)行編碼能夠提供非常好的折衷。
使用的8位到9位代碼的關(guān)鍵屬性是低電平和有限的直流偏差,短的和有限的運(yùn)行長度以及明確地表示任意數(shù)據(jù)流外部信息的能力。8位數(shù)據(jù)塊可以具有256個不同的值,并且9信道位可以有512種不同的方式安排,但是這些對于滿足DC直流和運(yùn)行長度標(biāo)準(zhǔn)是不夠的??梢詫⑵渲幸恍┯吧錇閿?shù)據(jù)值,同時滿足運(yùn)行長度,而不滿足DC直流的一些可以按對提取,一個具有正向偏差,另一個具有反向偏差,以表示單一數(shù)據(jù)值。要做出選擇以使得累積直流偏差最小。這一技術(shù)給出比足夠的表示256個數(shù)據(jù)值組合更多的組合。其它可用于特殊目的。編碼方案的主要變化能夠在運(yùn)行長度和/或復(fù)雜性的開銷上改善平均直流性能。
已經(jīng)定義三個特殊目的碼元。傳輸碼元的起始部分實際上是含有警戒間隔和起始位置標(biāo)記的非信息組合。在警戒間隔期間運(yùn)行長度能夠被擾亂。信息碼元的終結(jié)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的無數(shù)據(jù)的明確的表示,并提供一種方便地定界數(shù)據(jù)的方法,否則該數(shù)據(jù)將是模糊的。同步SYNC碼元提供一種產(chǎn)生符合規(guī)則的短位序列的方法,但是不能被任意數(shù)據(jù)序列模仿。在有大時間比例誤差下所選擇的序列也具有明確的性質(zhì),因為只需要在轉(zhuǎn)換之間區(qū)分一個和兩個或更多的位時間。
下面將討論三種不同類型的8位到9位編碼--最小運(yùn)行長度類型,零DC類型和折衷類型。可以強(qiáng)加的,并且對于256個不同的可以自由組合代碼仍有余地的最小運(yùn)行長度是4。因為輸入數(shù)據(jù)組(在這種情況下8位字節(jié))能夠以任意順序構(gòu)成,一些規(guī)則是必要的,以防止碼字的并置擾亂運(yùn)行長度規(guī)則。有512個潛在的9位碼字。其中的258個具有4種或少于4種運(yùn)行,同時,在每端有兩種或少于2種運(yùn)行,以使自由并置不超過極限值4。這是對具有左邊2位作為特殊定界符的所有256種可能的數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行編碼的足夠大的字母表。碼字的直流分量的分布是在所有+/-9/9或+/-1可能的全部比例范圍以外,+/-1/9上的1 78,在+/-3/9上的74和在+/-5/9上的6。在所有情況下,一半是“加”,一半是“減”。對于均勻分布的隨機(jī)數(shù)據(jù),直流分量是0,并且平均絕對值是滿標(biāo)的18.5%。將較小希望的碼指定給較小使用頻度的數(shù)值可以對數(shù)據(jù)的實際分布知識取平均。更重要的是得到“正”“負(fù)”代碼的平衡。
作為例子,實際數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)趨于包含比大數(shù)字更小的數(shù)字,并且最低有效位趨于最均勻分布。根據(jù)最低有效數(shù)據(jù)位,通過指定“正”和“負(fù)”代碼,給出最低數(shù)據(jù)值的低偏差代碼,可以改善統(tǒng)計規(guī)律。即使如此,最壞情況條件仍然是滿標(biāo)的+/-77.8%,并且能夠出現(xiàn)同一數(shù)值的長運(yùn)行。改善統(tǒng)計規(guī)律的已知的方法是加入偽隨機(jī)序列與輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行混合,以給出更加均勻的分布。在接收結(jié)束時加入同一序列以恢復(fù)數(shù)據(jù)。
另外合適的從8位到9位的編碼方案在運(yùn)行長度的開銷上達(dá)到0直流開銷。每一種數(shù)據(jù)值被指定為兩個不同的代碼,一種具有正向偏差,另一個具有負(fù)向偏差。在傳輸期間,偏差被累積,并且選擇累積偏差趨于0的代碼。利用這種方案,最大運(yùn)行長度是21。256個數(shù)據(jù)值的雙影射使用所有512種對于特殊字符沒有余地的可能代碼。如果需要一種或多種特殊字符,則某些字符可以個別地影射以騰出空間。這對于平均性能有小的影響,但是能夠使得最壞情況的直流分量接近滿標(biāo)的1/9。同時,除非偏差累積被限定,否則最大運(yùn)行長度能夠增加。
如果具有更好平均性能的1/9絕對最壞情況可以接受,則存在最大運(yùn)行長度為5和特殊字符空間的另外解決方案。有可以自由組合,不超出運(yùn)行長度5的328個9位代碼。當(dāng)然,206具有+/-1/9的偏差,104為+/-3/9,以及18為+/-5/9。能夠通過數(shù)據(jù)字符的72種雙影射構(gòu)成256個代碼的字符集,以具有正負(fù)代碼,并且個別地將其它184個字符影射到+1/9或-1/9代碼。該偏差被累積,并當(dāng)給出一種選擇時,大約28%的時間,使用使得該累積偏差趨于0的代碼。由于雙影射字符一般具有3/9的偏差,所以一些雙影射字符能夠補(bǔ)償大量個別影射字符所累積的不均勻性。該偏差累積應(yīng)該飽和或減小過時間,以在試圖進(jìn)行補(bǔ)償中,不幸長周期所引起的短周期大偏差。通過將一個雙影射與兩個單影射交換可以確定另外的字符。可以定義最多267個字符,而偏差限制為+/-1/9。在大約為23%的61字符點是雙影射。可以再次利用已知的分布來增加補(bǔ)償?shù)念l率,并且有可能使用擾頻器來更加均勻地分布正和負(fù)偏差。例如,通過擾頻器只修改最低有效位可以同時使用兩種技術(shù)。如果允許運(yùn)行長度為6,則可以得到更佳的直流特性。
有時需要有唯一位序列,例如,該序列不能出現(xiàn)與提供的任何任意數(shù)據(jù)序列明確的同步。方便的方法是違反規(guī)則。對于RLL代碼來說,超出運(yùn)行長度是最容易的,但是,如果它不是所希望的,則可以違反合并規(guī)則。對于這里所討論的RLL代碼,4個連續(xù)最大長度運(yùn)行序列是足夠的。如果代碼010101010和101010101不包括在字符集中,則多于16交替變化1’和0’的序列不會在任意數(shù)據(jù)中出現(xiàn),并且可以作為唯一的同步序列。這種序列的優(yōu)點是在存在大的初始時鐘誤差時,比起區(qū)分00000000000,或區(qū)分111111和11111來,更加容易區(qū)分00和0,或區(qū)分11和1。
8到9位編碼方案的例子如本說明書末尾的表1所示。表1中所示的形式中運(yùn)行長度限制為6,而上面所討論的運(yùn)行長度限制為5。其唯一差別是可接受代碼的數(shù)量。這反過來影響減少直流分量的雙影射可用代碼數(shù)量。表1中的“偏差”是代碼中1的數(shù)量減去0的數(shù)量。它提供直流分量的測量。編碼最好采用查表法來完成,根據(jù)可接受代碼列表,如表1所示的特殊代碼可以被任意地指定。例外的情況是雙影射指定(這里給出+或-偏差的選擇,以減小直流分量)由補(bǔ)碼給出(即,1,0互換),以減小差的大小。
使用如表1所示的信道代碼的一般規(guī)則是在傳輸之前或之后,把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與時隙號碼的最低有效位進(jìn)行“異”操作。在傳輸中(從SOT到下一個SOT),該偏差被累積。當(dāng)給出碼元代碼的選擇時,使用一種使得偏差趨于0的代碼。EOM碼元選擇是例外(010101010或101010101)。在表1中,根據(jù)前一碼元的最后位來選擇,以給出0010101010或1101010101。例外的例外是幀同步序列,其中SOT的后面是“錯誤”EOM。上述規(guī)則和碼元編碼導(dǎo)致唯一同步形式(..110101010101010101011..),它可識別大頻率誤差,以及4/9到5/9的最壞情況直流分量。平均直流分量非常接近于50%,恰好具有恒定長運(yùn)行輸入數(shù)據(jù)。
如前所述,碼元編碼器126是一種只讀存儲器,它讀取8位數(shù)據(jù)字和一位特殊碼元標(biāo)志作為地址,并輸出編碼后的9位碼元。9位碼元輸出不是簡單地將8位數(shù)據(jù)字和一位特殊碼元標(biāo)志進(jìn)行并置。相反,該數(shù)據(jù)被影射到9位運(yùn)行長度限制(RLL)碼元空間。受運(yùn)行長度限制的碼元空間限制了連續(xù)發(fā)送的0或1的數(shù)量。在時鐘錯誤出現(xiàn)時,限制連續(xù)發(fā)送的邏輯狀態(tài)數(shù)量使數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}最小。例如,010和0110比起0111110和01111110來更加容易被區(qū)分。在圖11中接收塊80的碼元解碼器120將該編碼反轉(zhuǎn),并將該碼元從9位RLL碼元空間轉(zhuǎn)換到具有并置的特殊碼元位的標(biāo)準(zhǔn)8位數(shù)據(jù)字。
編碼后的9位RLL碼元從碼元編碼器126鎖存到移位寄存器128中。移位寄存器128具有許多可選接頭,每一接頭帶有同一9位碼元的時移形式。這些接頭被用來修正從節(jié)點到集線器的傳輸延遲。從節(jié)點送到集線器的數(shù)據(jù)到達(dá)集線器時,將具有相位差,除非發(fā)送節(jié)點IC64修正信號傳輸經(jīng)過發(fā)送光纜36傳輸?shù)男盘柕膫鬏斞舆t。由于網(wǎng)絡(luò)最初的自舉,主控制器40同時將每一個節(jié)點聯(lián)機(jī)。隨著每一節(jié)點的啟動,節(jié)點送出,然后接收其本身的信號。在接口IC上數(shù)據(jù)接口92測量從信號傳送到信號接收的延遲,存儲這一延遲時間,并用它產(chǎn)生接頭選擇信號。
來自移位寄存器128的所有接頭可以并聯(lián)地用于輸出接頭選擇器130。從數(shù)據(jù)接口塊92送出的接頭選擇TAP SELECT信號選擇一個接頭,該接頭含有按照與發(fā)送/接收周期傳輸延遲相同的時間量超前的數(shù)據(jù)。因此,從發(fā)送器送出的數(shù)據(jù)將被提前,以便它與發(fā)送時的本地時鐘不同相位,但是,當(dāng)它返回集線器被接收時,它將是同相位的。通過輸出接頭選擇130,被發(fā)送的數(shù)據(jù)從移位寄存器128被串行地移位到輸出驅(qū)動器132中。IC64直接連接到LED,并且必須具有足夠的電流能力驅(qū)動LED。輸出驅(qū)動器132將發(fā)送的數(shù)據(jù)放大,并且驅(qū)動LED。
圖13是由時鐘發(fā)生器88所產(chǎn)生的多種時鐘的擴(kuò)展的視圖。時鐘發(fā)生塊通常包括除4電路134,除9電路136,和除256電路138。時鐘發(fā)生電路88接收作為輸入信號的采樣時鐘,該采樣時鐘由時鐘恢復(fù)塊84的VCO106產(chǎn)生。在最佳實施例中,除4電路134將采樣時鐘頻率分開產(chǎn)生位時鐘。過采樣速率與4倍速不同,應(yīng)按照選用的過采樣速率將采樣時鐘分割。位時鐘頻率通過除9電路136分開,以產(chǎn)生碼元時鐘。除256電路138將碼元時鐘除以256,以產(chǎn)生幀時鐘。時鐘恢復(fù)塊84將幀時鐘與接收塊80所產(chǎn)生的同步脈沖進(jìn)行比較,以確定節(jié)點是否與中央集線器32同步。除256電路138也進(jìn)行計算,看當(dāng)前碼元幀是來自哪里。
接口IC64和如圖9所示的功能塊的更加詳細(xì)的框圖如圖14a和14b所示。當(dāng)節(jié)點70,70’接收信息時,光從網(wǎng)絡(luò)30的中央集線器32傳輸?shù)焦怆姸O管66。光電二極管66將該光轉(zhuǎn)換成為電信號,該電信號的強(qiáng)度與投射到光電二極管66上的光強(qiáng)度成正比。輸入放大器140將來自光電二極管66的信號放大,并將放大后的信號傳輸?shù)搅炕?08。量化器108將可變強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換成為邏輯信號,該邏輯信號的值只取兩個電壓中的一個,或0或VCC伏。量化器108的輸出以采樣速率數(shù)字化,并存儲在數(shù)據(jù)延遲線110中,數(shù)據(jù)延遲線110是一種多接頭的移位寄存器,每一個接頭表示漸進(jìn)的時移位置的數(shù)字化數(shù)據(jù)。
傳輸起始(SOT)相位校準(zhǔn)塊144用來檢測被接收的數(shù)據(jù)與IC64上的本地時鐘相位是否相同。接收控制器150從工作配置存儲器156中讀出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。工作結(jié)構(gòu)存儲器156包含SOT信號應(yīng)到達(dá)的時間,并提供關(guān)于SOT碼元應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)的時間的信息給接收控制器150。SOT相位校準(zhǔn)電路144使用這種來自接收控制器150的信息,以確定被接收的SOT信號是否在所希望的時間到達(dá),或者是否到達(dá)時不同相位。SOT相位校準(zhǔn)電路144控制延遲線接頭選擇器144,發(fā)出來自已經(jīng)時移接頭的接收移位寄存器116的數(shù)據(jù),以修正相位誤差。然后該數(shù)據(jù)以位速率被串行地移入接收移位寄存器116中,形成9位字。鎖存器118在每一碼元時鐘周期的邊沿獲得該9位字,并在下一個碼元時鐘周期保持該數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。當(dāng)鎖存器118保持前一9位字穩(wěn)定時,接收移位寄存器116接收下一個字。
9位字通過鎖存器118到達(dá)碼元解碼器120,在這里檢查該數(shù)據(jù)的有效性,并根據(jù)運(yùn)行長度限制數(shù)據(jù)空間將該數(shù)據(jù)解碼。碼元解碼器120最好是259×9的只讀存儲器ROM,該存儲器將9位字作為地址,并返回存儲在該地址的9位碼元。9位碼元的第9位是特殊碼元標(biāo)志。它通知IC64第一個8位表示有效數(shù)據(jù),無效數(shù)據(jù),或特殊碼元,例如SOT或SYNC。解碼后的9位字在每一碼元時鐘周期結(jié)束時被記錄在接收數(shù)據(jù)寄存器122中,它在那里在整個碼元時鐘周期內(nèi)保持穩(wěn)定。
接收數(shù)據(jù)寄存器122中的被接收的數(shù)據(jù)可以作為數(shù)據(jù)存儲器146的輸入信號。數(shù)據(jù)存儲器146最好是能夠存儲至少兩個完整幀信息的512×9雙區(qū)SRAM。兩個區(qū)使數(shù)據(jù)存儲器146能夠同時從接收數(shù)據(jù)寄存器122中接收數(shù)據(jù),并通過接口164發(fā)送或接收數(shù)據(jù)到外部設(shè)備,接口164能夠按照標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,例如IIS,IIC或SPI,或其它標(biāo)準(zhǔn)輸出數(shù)據(jù)。另外,接口164能夠按照可變的通信協(xié)議輸出數(shù)據(jù),其參數(shù)由網(wǎng)絡(luò)的更高層在設(shè)備配置時,提供給接口邏輯148。每一幀之后,兩個區(qū)的作用將交換。在一個區(qū)中從光纖網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)可以被傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備,由另一區(qū)從該設(shè)備接收的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)30。在接收操作期間,存儲控制器162和接收控制器150控制數(shù)據(jù)存儲器146。接收控制器150讀取工作配置存儲器,以確定幀的當(dāng)前碼元。如果工作配置存儲器156包含一種說明接收的碼元包含對于特定節(jié)點重要的數(shù)據(jù)的代碼,則接收控制器150將指示存儲控制器162將數(shù)據(jù)存儲器146設(shè)定為寫模式,并存儲被接收的數(shù)據(jù)。接口IC64將繼續(xù)在數(shù)據(jù)存儲器146中存儲與該節(jié)點有關(guān)的所有信息,直到幀結(jié)束為止。在這時,數(shù)據(jù)存儲器146的兩個區(qū)將交換其作用,并將新的接收數(shù)據(jù)通過輸出端口164傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。輸出端口164上的位時鐘速率是變化的,使得接口IC64能夠以適合于外部設(shè)備的適當(dāng)?shù)乃俾?,直接與外部設(shè)備通信,這樣可以免于為了與網(wǎng)絡(luò)30進(jìn)行通信而將外部設(shè)備電子線路調(diào)整到與該數(shù)據(jù)速率匹配。
在發(fā)送周期中,來自外部設(shè)備的8位數(shù)據(jù)字通過接口164發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲器146的一個存儲體。一個傳送幀周期之后,傳送控制器152檢查工作配置存儲器156已經(jīng)制定為當(dāng)前節(jié)點傳送周期的碼元時隙。當(dāng)這些時隙到達(dá)時,傳送控制器152發(fā)出信號給存儲控制器162,并指示存儲控制器162將數(shù)據(jù)存儲器設(shè)定為讀模式。然后,數(shù)據(jù)存儲器146將最后一幀來自外部設(shè)備的信息傳送到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器124中。每次傳送一個碼元,并且發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器124被以碼元速率記錄。發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器124的8位輸出與來自發(fā)送控制器152的特殊碼元標(biāo)志進(jìn)行組合。該標(biāo)志表示來自數(shù)據(jù)寄存器146的8位字是否代表由外部設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù),或是否它是一個由配置控制器158插入在數(shù)據(jù)存儲器146中,例如SOT的特殊碼元。8位字與特殊碼元標(biāo)志組合成為碼元編碼器ROM126的9位地址。碼元編碼器126將該8位字和特殊碼元標(biāo)志映射到9位運(yùn)行長度限制碼元空間。RLL碼元空間減少碼元中連續(xù)的1或0的數(shù)量,并降低了由于時序問題產(chǎn)生誤差的風(fēng)險。該9位碼元被記錄到傳輸移位寄存器128中,并且該發(fā)送移位寄存器128將該碼元存儲在多路時移接頭中。所有接頭都并聯(lián)到輸出接頭選擇器130。發(fā)送控制器152識別選擇哪個接頭的超前數(shù)據(jù)足夠抵消到集線器的傳輸延遲。當(dāng)節(jié)點由主控制器40第一次被聯(lián)機(jī)時,發(fā)送控制器152通過發(fā)送并接收其本身信號來識別這一延遲。9位碼元從發(fā)送移位寄存器128,通過輸出接頭選擇器130串行移位到輸出放大器160。輸出放大器160放大被傳送的位流,以便它能夠直接驅(qū)動與接口IC64連接的LED68。當(dāng)通過LED的被放大的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為經(jīng)過發(fā)送光纜34發(fā)送到光纖網(wǎng)絡(luò)30的中央集線器32的光脈沖時,傳輸完成。
數(shù)據(jù)相位檢測器100開始產(chǎn)生本地采樣時鐘。數(shù)據(jù)相位檢測器100將本地產(chǎn)生的幀速率時鐘的相位與外部參考時鐘進(jìn)行比較。外部參考時鐘由參考選擇器102送到數(shù)據(jù)相位檢測器100中。參考選擇器102傳遞由主控制器所產(chǎn)生的SYNC脈沖,和外部參考時鐘。從屬節(jié)點70,70’將使用SYNC脈沖,主控制器40將使用外部參考時鐘。數(shù)據(jù)相位檢測器100將與外部時鐘不同的本地時鐘相位的幅度和方向輸出給數(shù)據(jù)環(huán)路濾波器104。數(shù)據(jù)環(huán)路濾波器104向VCO106發(fā)送輸出電壓,使得VCO106能夠產(chǎn)生與外部參考時鐘相同相位的采樣速率時鐘。時鐘發(fā)生塊88用該采樣速率時鐘作為輸入,并從中得到一系列時鐘,例如,位速率(采樣速率/4),碼元速率(位速率/9),以及幀速率(碼元速率/256)。幀速率時鐘用來作為數(shù)據(jù)相位檢測器100的輸入,檢查IC64與外部參考相位相同。另外,時鐘發(fā)生塊88保持對當(dāng)前正在被處理的幀碼元時隙的跟蹤。
配置控制器158在工作配置存儲器156,刷新配置存儲器154,以及數(shù)據(jù)存儲器146之間起接口的作用?;仡檲D6,主控制器40在每一幀開始時,發(fā)送一個碼元控制塊。該控制塊包含整個網(wǎng)絡(luò)30的配置信息,并發(fā)送到每一節(jié)點。配置控制器158從數(shù)據(jù)存儲器146中讀出該控制塊,并將該塊轉(zhuǎn)換成為對于該控制塊中被定義的每一碼元的特殊代碼。碼元控制塊長度是可變的,并且每次不總是定義幀中的所有碼元。配置控制器158將被定義的碼元類型寫入刷新配置存儲器154。一旦配置控制器158在刷新配置存儲器154中完成整個幀的配置信息的定義,它將工作配置存儲器156和刷新配置存儲器154的命令交換。這時,配置控制器158將開始發(fā)出新的配置信息到舊的工作存儲器156,并且刷新配置存儲器154將被用來操作接收控制器150和發(fā)送控制器152。本專業(yè)的技術(shù)人員將會理解,通過接口IC64有很多不同的方法可以從主控制器中接收配置信息。配置控制器158可以有很多不同的應(yīng)用,并以各種不同的方法加到IC64中。另外,有很多種定義從主控制器到IC64一塊一塊地發(fā)送配置信息協(xié)議的方法。本發(fā)明不對任何配置設(shè)立和控制系統(tǒng)的特殊的實施例加以限制。
配置控制器還負(fù)責(zé)在要發(fā)送的數(shù)據(jù)中插入特殊碼元。一種實施過程使得配置控制器能夠?qū)⑦@一信息直接寫到數(shù)據(jù)存儲器146中。發(fā)送控制器152讀取工作配置存儲器156以識別要被插入特殊碼元的碼元時隙。隨著該碼元從傳送數(shù)據(jù)寄存器被傳送到碼元編碼ROM126,發(fā)送控制器152將啟動特殊碼元標(biāo)志,以便該碼元作為特殊碼元而不是數(shù)據(jù)被編碼。同樣這種功能的特殊操作可以有很大的變化。本專業(yè)的技術(shù)人員能夠設(shè)計出各種實現(xiàn)在要發(fā)送的數(shù)據(jù)中插入特殊碼元功能的方法。
接口IC64最好具有休眠模式(也稱為“功率模式”),在該模式中,IC64上的主要電氣功能和功率消耗被暫時掛起。輸入放大器140檢測總線上非激活的實際周期。然后,輸入放大器140向功率模式部分166發(fā)出一種信號,將IC64切換到休眠模式。在休眠模式中,IC64所消耗的功率被限制僅僅為IC64本身繼續(xù)監(jiān)視接收線路36的新總線活動所需的功率。如果輸入放大器140檢測到總線的活動,則休眠模式中止。任意節(jié)點70,更具體地說主控制器40,也能夠從發(fā)送控制器152發(fā)出一種恢復(fù)信號到輸出放大器160。這使輸出放大器給LED68予能量,產(chǎn)生沿總線傳輸?shù)墓饷}沖,并將整個網(wǎng)絡(luò)從休眠模式切換到正常操作模式。
網(wǎng)絡(luò)需要幾個幀周期來完成其初始化。主控制器40最好是被激活的的第一個節(jié)點。主控制器40首先發(fā)送并接收一種短的數(shù)據(jù)傳輸,以測試發(fā)送數(shù)據(jù)的整個傳輸延遲。該信息由發(fā)送控制器152進(jìn)行存儲并使用,以選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)提前時間量,修正該傳輸延遲。主控制器40發(fā)出幾幀SOT和SYNC信息,使得節(jié)點有機(jī)會將它們自己與中央集線器32的活動(activity occurring)同相。然后主控制器同時將每一節(jié)點聯(lián)機(jī)。每一節(jié)點有機(jī)會測試并存儲其本身發(fā)送/接收的延遲。當(dāng)完成發(fā)送/接收操作時,總線在比一般4位警戒周期大得多的周期內(nèi)保持閑置,以防止數(shù)據(jù)沖突。一旦所有的節(jié)點已經(jīng)被聯(lián)機(jī),則主節(jié)點通過碼元控制時鐘傳輸新的配置信息到各節(jié)點。一旦主控制器40定義了全部幀(需要幾個幀),則網(wǎng)絡(luò)30可以開始正常的工作。
根據(jù)上面的詳細(xì)的描述,可以清楚本發(fā)明具有多個優(yōu)點。按照上述發(fā)明的方法和設(shè)備,具有各種信號處理能力和需要的多種類型的節(jié)點能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,而不需要為了使得該節(jié)點能與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信而在現(xiàn)有的節(jié)點電子線路上增加處理能力。這將通過在節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線之間安裝智能接口來實現(xiàn)。在使用高速光纖的情況下,該接口單元包括與網(wǎng)絡(luò)光纖數(shù)據(jù)總線耦合的連接;與節(jié)點輸入和輸出口耦合連接,將被接收的光脈沖轉(zhuǎn)換成為電信號或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換成為光脈沖的轉(zhuǎn)換器;以及接口電路。該接口電路與其相關(guān)的協(xié)議,提供具有足夠靈活性的接口單元,使得同一單元能與“智能”和“非智能”節(jié)點交互作用。智能節(jié)點一般具有某一級別的微處理能力,它可以用來控制與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線交互作用的節(jié)點的某一方面,而非智能節(jié)點一般即不具有處理能力也不能得到處理能力。接口電路最好能夠被配置,以識別其相關(guān)節(jié)點是智能的還是非智能節(jié)點,如果該節(jié)點是智能的,則傳輸數(shù)據(jù)總線控制功能的某些部分,如果節(jié)點被確定將作為“非智能”節(jié)點,則在接口電路中保持所有數(shù)據(jù)總線控制(或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線的其它某些部分)。這樣,接口電路具有將節(jié)點與處理通過提供能夠處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的電子電路來與高速數(shù)據(jù)總線的交互作用的復(fù)雜性完全或部分地隔離的能力,所提供的電路能夠把與這些協(xié)議相關(guān)的功能轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)墓?jié)點,而同時以適合于特殊節(jié)點的某種格式/速率提供數(shù)據(jù)??梢员恢付榻涌陔娮泳€路的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的某些復(fù)雜性保持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和組合信息,確定到節(jié)點的傳輸/接收時隙,節(jié)點時鐘同步,節(jié)點時鐘頻率和相位恢復(fù),時隙定位,和其它為了以高速在網(wǎng)絡(luò)上準(zhǔn)確地接收或發(fā)送數(shù)據(jù)所必須執(zhí)行的任務(wù)。
由于接口電路將已經(jīng)在節(jié)點上存在的電子線路與網(wǎng)絡(luò)高速總線的細(xì)節(jié)隔離,所以本發(fā)明減輕了為了駐留在高速網(wǎng)絡(luò)中,不得不放置在節(jié)點上的電子線路負(fù)擔(dān)(以及額外的開銷)。例如,節(jié)點可以是一種小顯示器或具有1ow-end$1的處理器的小型轉(zhuǎn)換微機(jī)(switch pad),該處理器足夠完成節(jié)點的處理任務(wù)。為了與高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信,節(jié)點電子線路通常需要能夠接收和處理極高速的輸入數(shù)據(jù),例如,100Mbs,以及對于該節(jié)點電子線路的處理能力來說相對復(fù)雜的格式或協(xié)議的數(shù)據(jù)。通常,為了使得節(jié)點能夠處理與網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)總線通信的復(fù)雜性,這需要更換具有更加昂貴的處理器(例如,$10)的節(jié)點。本發(fā)明通過提供靈活的接口電路來消除更新節(jié)點電子線路的需要,如果該節(jié)點還不具備完成主要節(jié)點的通信任務(wù)的能力,則接口電路能夠執(zhí)行這些任務(wù)。與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線通信的接口部分具有按照該網(wǎng)絡(luò)格式與該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的處理能力,與節(jié)點通信的接口部分輸出并接收具有一般數(shù)據(jù)與該節(jié)點兼容的數(shù)據(jù)特性的數(shù)據(jù)。關(guān)于增加的靈活性,每一接口具有以多種預(yù)定格式中的一種格式將數(shù)據(jù)輸出到相關(guān)節(jié)點的能力,其中格式由接口中所指定的寄存器來選擇。
接口電路和網(wǎng)絡(luò)物理層的信息和控制協(xié)議具有處理高速數(shù)據(jù)的能力,而只用相對低成本的元件就足以實現(xiàn),例如,該接口電路完成多種網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的通信功能,諸如建立節(jié)點的本地時鐘,修正本地時鐘和發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)其他參考點之間的相位差,以及有助于節(jié)點設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸。在修正相位偏差時,該節(jié)點電子線路將指出由于信號沿數(shù)據(jù)總線傳輸介質(zhì)傳輸所需時間所產(chǎn)生的與傳輸延遲相關(guān)的問題。盡管這種延遲對于光纜長度在1-10米范圍內(nèi)來說通常很小,但是高頻延遲變得很重要,足以引起數(shù)據(jù)傳輸誤差。同時,光纜的長度不等,將引起不同的傳輸延遲。類似的數(shù)據(jù)沖突將增加,除非對這些時序問題進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明通過提供一種能夠修正節(jié)點上本地時鐘與中央集線器的活動之間的相位差的相對簡單的電路結(jié)構(gòu)來修正這一時序問題。該電路配置在每一節(jié)點建立本地時鐘頻率,并使用網(wǎng)絡(luò)上其它點作為與本地時鐘相位同步的參考。該電路基本上保持本身在集線器上的傳輸,并且使其傳輸提前適當(dāng)?shù)牧?,以便在集線器保持適當(dāng)?shù)男?zhǔn)。
通過以相對低的成本和靈活的接口解決高速網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,本發(fā)明避免了增加節(jié)點成本以使其駐留在高速網(wǎng)絡(luò)中。通過設(shè)計簡單的數(shù)據(jù)協(xié)議和能夠在IC中實現(xiàn)的硬件,該接口的成本下降。通過研究硬件方面的元件,IC能夠做得更快,并且通過新的設(shè)計,硬件將被簡化。由于允許借助于網(wǎng)絡(luò)上來自主控制器的軟件命令來配置所述IC,所以,增加了所需要的靈活性。
顯然,對上述的最佳實施例可以進(jìn)行變化和修改。因此,上述詳細(xì)討論的目的只是為了說明,而不是進(jìn)行限制,而后面的權(quán)利要求書,包括所有等價條款,其目的是定義本發(fā)明的范圍。
表18位到9位碼元轉(zhuǎn)換表名稱或數(shù)字值 編碼后的碼元偏差SOT(傳輸開始)==> 000011101 -1SYNC(同步模式的一部分)==> 010101010-1EOM(信息結(jié)束) ==> 000110111 or 111001000 +/-10 =00000000 ==> 111011100 or 000100011 +/-31 =00000001 ==> 111011010 or 000100101 +/-32 =00000010 ==> 111011001 or 000100110 +/-33 =00000011 ==> 111010110 or 000101001 +/-34 =00000100 ==> 111010101 or 000101010 +/-35 =00000101 ==> 111010011 or 000101100 +/-36 =00000110 ==> 111001110 or 000110001 +/-37 =00000111 ==> 111001101 or 000110010 +/-38 =00001000 ==> 111001011 or 000110100 +/-39 =00001001 ==> 111000111 or 000111000 +/-310 =00001010 ==> 110111100 or 001000011 +/-311 =00001011 ==> 110111010 or 001000101 +/-312 =00001100 ==> 110111001 or 001000110 +/-313 =00001101 ==> 110110110 or 001001001 +/-314 =00001110 ==> 110110101 or 001001010 +/-315 =00001111 ==> 110110011 or 001001100 +/-316 =00010000 ==> 110101110 or 001010001 +/-317 =00010001 ==> 110101101 or 001010010 +/-318 =00010010 ==> 110101011 or 001010100 +/-319 =00010011 ==> 110100111 or 001011000 +/-320 =00010100 ==> 110011110 or 001100001 +/-321 =00010101 ==> 110011101 or 001100010 +/-322 =00010110 ==> 110011011 or 001100100 +/-323 =00010111 ==> 110010111 or 001101000 +/-324 =00011000 ==> 101111100 or 010000011 +/-325 =00011001 ==> 101111010 or 010000101 +/-326 =00011010 ==> 101111001 or 010000110 +/-327 =00011011 ==> 101110110 or 010001001 +/-328 =00011100 ==> 101110101 or 010001010 +/-329 =00011101 ==> 101110011 or 010001100 +/-330 =00011110 ==> 101101110 or 010010001 +/-331 =00011111 ==> 101101101 or 010010010 +/-332 =00100000 ==> 011001011 or 100110100 +/-133 =00100001 ==> 011000111 or 100111000 +/-134 =00100010 ==> 010111100 or 101000011 +/-135 =00100011 ==> 010111010 or 101000101 +/-136 =00100100 ==> 010111001 or 101000110 +/-137 =00100101 ==> 010110110 or 101001001 +/-138 =00100110 ==> 010110101 or 101001010 +/-139 =00100111 ==> 010110011 or 101001100 +/-140 =00101000 ==> 010101110 or 101010001 +/-141 =00101001 ==> 010101101 or 101010010 +/-142 =00101010 ==> 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-37=11011011 ==> 001011011 or 110100100 +/-1220 or -36=11011100 ==> 001010111 or 110101000 +/-1221 or -35=11011101 ==> 000111110 or 111000001 +/-1222 or -34=11011110 ==> 000111101 or 111000010 +/-1223 or -33=11011111 ==> 000111011 or 111000100 +/-1224 or -32=11100000 ==> 101101011 or 010010100 +/-3225 or -31=11100001 ==> 101100111 or 010011000 +/-3226 or -30=11100010 ==> 101011110 or 010100001 +/-3227 or -29=11100011 ==> 101011101 or 010100010 +/-3228 or -28=11100100 ==> 101011011 or 010100100 +/-3229 or -27=11100101 ==> 101010111 or 010101000 +/-3230 or -26=11100110 ==> 100111110 or 011000001 +/-3231 or -25=11100111 ==> 100111101 or 011000010 +/-3232 or -24=11101000 ==> 100111011 or 011000100 +/-3233 or -23=11101001 ==> 100110111 or 011001000 +/-3234 or -22=11101010 ==> 011111100 or 100000011 +/-3235 or -21=11101011 ==> 011111010 or 100000101 +/-3236 or -20=11101100 ==> 011111001 or 100000110 +/-3237 or -19=11101101 ==> 011110110 or 100001001 +/-3238 or -18=11101110 ==> 011110101 or 100001010 +/-3239 or -17=11101111 ==> 011110011 or 100001100 +/-3240 or -16=11110000 ==> 011101110 or 100010001 +/-3241 or -15=11110001 ==> 011101101 or 100010010 +/-3242 or -14=11110010 ==> 011101011 or 100010100 +/-3243 or -13=11110011 ==> 011100111 or 100011000 +/-3244 or -12=11110100 ==> 011011110 or 100100001 +/-3245 or -11=11110101 ==> 011011101 or 100100010 +/-3246 or -10=11110110 ==> 011011011 or 100100100 +/-3247 or -9=11110111 ==> 011010111 or 100101000 +/-3248 or -8=11111000 ==> 010111110 or 101000001 +/-3249 or -7=11111001 ==> 010111101 or 101000010 +/-3250 or -6=11111010 ==> 010111011 or 101000100 +/-3251 or -5=11111011 ==> 010110111 or 101001000 +/-3252 or -4=11111100 ==> 001111110 or 110000001 +/-3253 or -3=11111101 ==> 001111101 or 110000010 +/-3254 or -2=11111110 ==> 001111011 or 110000100 +/-3255 or -1=11111111 ==> 001110111 or 110001000 +/-權(quán)利要求
1.一種通信接口包括與節(jié)點接口通信的數(shù)據(jù)接口;與所述數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線通信的接收器;與所述數(shù)據(jù)接口和所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線通信的發(fā)送器;所述數(shù)據(jù)接口按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式從所述接收器接收數(shù)據(jù),并將來自所述接收器的被接收數(shù)據(jù)按照與節(jié)點兼容的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,通過所述接口提供給外部節(jié)點;所述數(shù)據(jù)接口還按照所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式,通過所述接口接收來自所述外部節(jié)點的數(shù)據(jù),并將來自所述外部節(jié)點的所述被接收數(shù)據(jù)按照所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式,提供給所述發(fā)送器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于接收器和發(fā)送器包括集成電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于所述數(shù)據(jù)接口包括能夠按照所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式接收和輸出數(shù)據(jù)的第一存儲體;能夠按照所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式接收和輸出數(shù)據(jù)的第二存儲體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式包括大約為100Mbs的數(shù)據(jù)速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,其特征在于所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括適合于發(fā)送音頻的格式。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,其特征在于從所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口所接收的所述數(shù)據(jù)包括音頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與音頻信號兼容的格式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,其特征在于從所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口所接收的所述數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與視頻信號兼容的格式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于還包括與所述數(shù)據(jù)接口通信的控制器,接收器和發(fā)送器,所述控制器控制所述數(shù)據(jù)接口來確定所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置,其特征在于所述控制器含有預(yù)定的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,并且為所述數(shù)據(jù)接口提供與所述預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式相關(guān)的控制信息,使得所述數(shù)據(jù)接口能夠據(jù)按所述預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式之一向所述接口提供數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置,其特征在于所述預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與音頻數(shù)據(jù)兼容的格式。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置,其特征在于所述預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與視頻數(shù)據(jù)兼容的格式。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于還包括與所述數(shù)據(jù)接口進(jìn)行通信的控制器,接收器和發(fā)送器。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置,其特征在于所述控制器含有關(guān)于以下內(nèi)容的信息所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間;網(wǎng)絡(luò)上的信息與該裝置有關(guān),并應(yīng)當(dāng)由所述接收器接收和傳到所述數(shù)據(jù)接口的時間;可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的各種類型的數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置,其特征在于所述各種類型的信息還包括有關(guān)如何識別并區(qū)分所述各種數(shù)據(jù)類型的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置,其特征在于所述各種類型的信息還包括如何識別并區(qū)分在配置存儲器中的各種數(shù)據(jù)類型。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于所述發(fā)送器包括估計從發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)挠嘘P(guān)傳輸延遲,并調(diào)整由所述發(fā)送器所發(fā)送的信號,以補(bǔ)償所述的被估計的傳輸延遲。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置,其特征在于所述發(fā)送器確定所述傳輸延遲的所述估計。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置,其特征在于所述確定所述估計的發(fā)送器方法包括測量信號從所述發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線到達(dá)所述接收器的傳輸時間。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置,其特征在于所述接收器根據(jù)所述控制器中有關(guān)如何識別并區(qū)分所述各種數(shù)據(jù)類型的所述信息,通過比較接收數(shù)據(jù)相位與期望相位檢測其相位差。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置,其特征在于所述接收器根據(jù)所述接收器檢測的相位差,將數(shù)據(jù)提前或延遲送到所述數(shù)據(jù)接口。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其特征在于所述發(fā)送器包括估計從發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)挠嘘P(guān)傳輸延遲,并調(diào)整由所述發(fā)送器所發(fā)送的信號,以補(bǔ)償所述的被估計的傳輸延遲;所述發(fā)送器確定所述傳輸延遲的所述估計;確定所述估計的所述發(fā)送器的方法包括測量信號從所述發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線到達(dá)所述接收器的傳輸時間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置,其特征在于所述接收器根據(jù)所述控制器中有關(guān)如何識別并區(qū)分所述各種數(shù)據(jù)類型的所述信息,通過比較接收數(shù)據(jù)相位與期望相位來檢測其相位差;以及所述接收器根據(jù)所述接收器檢測的相位差,將數(shù)據(jù)提前或者延遲送到所述數(shù)據(jù)接口。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置,其特征在于所述控制器經(jīng)過所述數(shù)據(jù)接口和所述節(jié)點接口,任選地提供給所述外部節(jié)點有關(guān)所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間的信息;網(wǎng)絡(luò)上的信息與裝置有關(guān)并應(yīng)該由所述接收器接收和發(fā)送到所述數(shù)據(jù)接口的時間的信息;各種可能從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型的信息。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置,其特征在于所述控制器查詢所述外部節(jié)點設(shè)備,確定所述外部節(jié)點設(shè)備當(dāng)在下列情況下時是否能夠接收并對所述信息起作用當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的信息與裝置有關(guān),并應(yīng)該由所述接收器接收和送到所述數(shù)據(jù)接口上時;各種可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置,其特征在于所述控制器根據(jù)對所述外部節(jié)點設(shè)備的所述查詢,任選地經(jīng)過所述數(shù)據(jù)接口和所述節(jié)點接口,向所述外部節(jié)點設(shè)備提供關(guān)于以下內(nèi)容的所述信息所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的時間;網(wǎng)絡(luò)上的信息與裝置有關(guān),并應(yīng)該由所述接收器接收和送到所述數(shù)據(jù)接口上的時間;各種可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型。
26.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置,其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式包括大約100Mbs的數(shù)據(jù)速率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置,其特征在于所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式適合于傳輸音頻。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置,其特征在于從所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口接收的所述數(shù)據(jù)包括音頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與音頻信號兼容的格式。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置,其特征在于所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口所接收的所述數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與視頻信號兼容的格式。
30.通信接口包括與節(jié)點接口進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)接口;與所述數(shù)據(jù)接口通信的接收器,和第一轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器接收來自光數(shù)據(jù)總線上的光纖傳輸線的光脈沖,并將所述接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),并將所述數(shù)據(jù)提供給所述接收器;與所述數(shù)據(jù)接口和第二轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信的發(fā)送器,第二轉(zhuǎn)換器接收來自所述發(fā)送器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),將從所述發(fā)送器接收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為光脈沖,并將所述光脈沖提供給所述光數(shù)據(jù)總線上的另一光纖傳輸線;所述數(shù)據(jù)接口按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式從所述接收器上接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),并將從所述接收器接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)按照與節(jié)點兼容的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,提供給外部節(jié)點;所述數(shù)據(jù)接口還按照所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式,從所述外部節(jié)點接收數(shù)據(jù),并將從所述外部節(jié)點接收的所述數(shù)據(jù)按照所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式提供給所述發(fā)送器;與所述數(shù)據(jù)接口通信的控制器,接收器和發(fā)送器;所述控制器包括預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式,并通過將與所述預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式之一有關(guān)的控制信息提供給數(shù)據(jù)接口來配置所述數(shù)據(jù)接口,使得所述數(shù)據(jù)接口能夠以所述預(yù)定節(jié)點數(shù)據(jù)格式向所述接口提供數(shù)據(jù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置,其特征在于從所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口接收的所述數(shù)據(jù)包括音頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與音頻信號兼容的格式。
32.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置,其特征在于所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口所接收的所述數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與視頻信號兼容的格式。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置,其特征在于所述發(fā)送器包括估計從發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)挠嘘P(guān)傳輸延遲,并調(diào)整由所述發(fā)送器所發(fā)送的信號,以補(bǔ)償所述的被估計的傳輸延遲。
34.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置,其特征在于所述發(fā)送器確定所述傳輸延遲的所述估計。
35.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置,其特征在于所述確定所述估計的發(fā)送器方法包括測量信號從所述發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線到達(dá)所述接收器的傳輸時間。
36.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置,其特征在于所述數(shù)據(jù)接口包括具有第一和第二部分的存儲器;所述第一部分按照所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式,與所述接收器和所述發(fā)送器進(jìn)行通信;所述第二部分按照與節(jié)點兼容的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,與所述接口部分進(jìn)行通信。
37.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置,其特征在于所述控制器經(jīng)過所述數(shù)據(jù)接口和所述節(jié)點接口,任選地提供給所述外部節(jié)點有關(guān)所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間信息;網(wǎng)絡(luò)上的信息與裝置有關(guān)并應(yīng)該由所述接收器接收和發(fā)送到所述數(shù)據(jù)接口的時間的信息;各種可能從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型的信息。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的裝置,其特征在于所述控制器查詢所述外部節(jié)點設(shè)備,確定所述外部節(jié)點設(shè)備當(dāng)在下列情況下時是否能夠接收并對有關(guān)信息起作用當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的信息與裝置有關(guān),并應(yīng)該由所述接收器接收和送到所述數(shù)據(jù)接口上時;各種可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置,其特征在于所述控制器根據(jù)對所述外部節(jié)點設(shè)備的所述查詢,任選地經(jīng)過所述數(shù)據(jù)接口和所述節(jié)點接口,向所述外部節(jié)點設(shè)備提供有關(guān)下述內(nèi)容的所述信息所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的時間;網(wǎng)絡(luò)上的信息與裝置有關(guān),并應(yīng)該由所述接收器接收和送到所述數(shù)據(jù)接口上的時間;各種可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型。
40.一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò);多個節(jié)點,所述多個節(jié)點中的任意一個均可按照由所述多個節(jié)點中的任意一個節(jié)點所使用的節(jié)點數(shù)據(jù)格式發(fā)送或接收數(shù)據(jù);與所述網(wǎng)絡(luò)和所述多個節(jié)點進(jìn)行通信的可配置的通信接口,所述通信接口從所述節(jié)點向所述網(wǎng)絡(luò)或從所述網(wǎng)絡(luò)向所述節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述可配置的接口電路包括集成電路。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述多個節(jié)點還包括一種主控制器,該控制器經(jīng)過所述可配置的接口與所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式包括大約100Mbs以上的數(shù)據(jù)速率;各自指定給多個節(jié)點之一的時隙,用于在網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)過所述可配置的接口電路之一發(fā)送數(shù)據(jù);利用所述主控制器經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的所有接口的同步碼元,所述接口利用所述同步碼元來調(diào)整每一接口的相對于所述主控制器的頻率時序。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的系統(tǒng),其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式還包括在每次所述時隙開始時所發(fā)送的起始傳輸碼元,所述接口使用所述起始傳輸碼元來調(diào)整每一接口的相位時序。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的系統(tǒng),其特征在于從所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口接收的所述數(shù)據(jù)包括音頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與音頻信號兼容的格式。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的系統(tǒng),其特征在于所述外部節(jié)點經(jīng)過所述接口所接收的所述數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù);所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與視頻信號兼容的格式。
47.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述可配置接口包括發(fā)送器,該發(fā)送器估計來自發(fā)送器進(jìn)行傳輸?shù)挠嘘P(guān)傳輸延遲,并調(diào)整由所述發(fā)送器所發(fā)送的信號,以補(bǔ)償所述的被估計的傳輸延遲。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng),其特征在于所述發(fā)送器確定所述傳輸延遲的所述估計。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的系統(tǒng),其特征在于所述確定所述估計的發(fā)送器方法包括測量信號從所述發(fā)送器經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線到達(dá)所述接收器的傳輸時間。
50.根據(jù)權(quán)利要求40的裝置,其特征在于所述數(shù)據(jù)接口包括具有第一和第二部分的存儲器;所述第一部分按照所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式,與所述接口的接收器和所述接口的發(fā)送器進(jìn)行通信;所述第二部分按照與節(jié)點兼容的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,與所述接口部分進(jìn)行通信。
51.根據(jù)權(quán)利要求42的系統(tǒng),其特征在于所述接口任選地提供給所述外部節(jié)點有關(guān)所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間的信息;網(wǎng)絡(luò)上的信息與接口有關(guān)并應(yīng)該由所述接收器接收和發(fā)送到相關(guān)節(jié)點的時間的信息;各種可能從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型的信息。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的系統(tǒng),其特征在于所述接口查詢所述外部節(jié)點設(shè)備,確定所述外部節(jié)點設(shè)備當(dāng)在下列情況下時是否能夠接收并對所述有關(guān)信息起作用當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的信息與接口有關(guān),并應(yīng)該由所述接口接收和送到其相關(guān)的節(jié)點上時;各種可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的裝置,其特征在于所述接口根據(jù)對所述外部節(jié)點設(shè)備的所述查詢,任選地向所述外部節(jié)點設(shè)備提供有關(guān)下述內(nèi)容的所述信息所述網(wǎng)絡(luò)適用于所述裝置向該網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的時間;網(wǎng)絡(luò)上的信息與接口有關(guān),并應(yīng)該由所述接口接收和送到其相關(guān)節(jié)點上的時間;各種可以從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)類型。
54.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述多個節(jié)點還包括主控制器,該控制器經(jīng)過所述可再配置的接口電路中的一個與所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信;由所述主控制器經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)向所有可配置接口發(fā)送同步碼元,所述接口電路利用該同步碼元將所述每一個接口的本地時鐘與所述主控制器同步。
55.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括與數(shù)字音頻兼容的格式;與數(shù)字視頻兼容的格式;與控制數(shù)據(jù)兼容的格式。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng),其特征在于所述與數(shù)字音頻兼容的格式包括IIS。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng),其特征在于與數(shù)字視頻兼容的所述格式包括SPI。
58.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng),其特征在于與控制數(shù)據(jù)兼容的所述格式包括IIC。
59.根據(jù)權(quán)利要求42的系統(tǒng),其特征在于所述接口接收來自所述主控制器的恢復(fù)通信時鐘頻率,并使用所述恢復(fù)通信時鐘頻率,產(chǎn)生與所述主控制器有關(guān)的接口的頻率時序;接收恢復(fù)通信時鐘相位,并使用恢復(fù)通信時鐘相位,產(chǎn)生與所述網(wǎng)絡(luò)上某一參考點有關(guān)的接口的相位時序;只有在完成時鐘頻率和時鐘相位之后才能恢復(fù)數(shù)據(jù)。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的系統(tǒng),其特征在于包括起始傳輸碼元的所述恢復(fù)通信時鐘相位包括警戒間隔;具有知道所述接口的預(yù)定模式的相位校準(zhǔn)標(biāo)記;所述接口利用的所述警戒間隔考慮到用來檢測所述相位校準(zhǔn)標(biāo)記的時間間隔。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的系統(tǒng),其特征在于把所述恢復(fù)通信相位中的所述相位調(diào)整標(biāo)記與所述已知模式比較;根據(jù)所述比較調(diào)整所述相位時序;當(dāng)不同節(jié)點查看同一數(shù)據(jù)時,由于傳輸延遲可以引起幾位時間的偏差,所以要使用起始傳輸碼元。
62.根據(jù)權(quán)利要求59的系統(tǒng),其特征在于所述接口具有對與來自所述發(fā)送器的傳輸有關(guān)的傳輸延遲的估計,并調(diào)整由所述發(fā)送器所發(fā)送的信號,以補(bǔ)償所述的估計的傳輸延遲。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的系統(tǒng),其特征在于所述接口確定對所述傳輸延遲的所述估計。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的系統(tǒng),其特征在于所述確定所述估計的接口方法包括測量信號從所述接口經(jīng)過所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線又回到所述接口所需的傳輸時間。
65.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式包括9位代碼;所述節(jié)點數(shù)據(jù)格式包括8位代碼;所述接口包括將所述9位代碼轉(zhuǎn)換成為所述8位代碼并將所述8位代碼轉(zhuǎn)換成為所述9位代碼的裝置。
66.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng),其特征在于所述接口包括休眠模式,在該模式中,如果出現(xiàn)總線休閑的一段預(yù)定時期,總線接口所消耗的功率將被限制。
67.根據(jù)權(quán)利要求48的系統(tǒng),其特征在于所述發(fā)送器確定所述估計的方法包括測量信號從所述發(fā)送器經(jīng)過所述數(shù)據(jù)總線返回到所述接口所需的傳輸時間;提前從所述發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù),以便當(dāng)發(fā)送時,所述數(shù)據(jù)與所述接口的本地時鐘的相位不同,但是實際上當(dāng)所述數(shù)據(jù)返回到所述接口時,它將與本地時鐘同相。
68.根據(jù)權(quán)利要求59的系統(tǒng),其特征在于所述恢復(fù)通信時鐘頻率包括同步模式,該模式將被送到壓控振蕩器中,以便產(chǎn)生時鐘信號。
69.根據(jù)權(quán)利要求59的系統(tǒng),其特征在于所述恢復(fù)通信時鐘相位包括檢測傳輸起始碼元;以及檢測從接口發(fā)送的返回的數(shù)據(jù)通信。
70.一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),其特征在于包括能夠在網(wǎng)絡(luò)上以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)的光纖通信網(wǎng)絡(luò);與所述網(wǎng)絡(luò)通信的節(jié)點,所述每一節(jié)點具有其自己的節(jié)點數(shù)據(jù)速率,它以該速率接收或發(fā)送數(shù)據(jù);物理上與所述節(jié)點和所述網(wǎng)絡(luò)分離,但是可與所述節(jié)點和所述網(wǎng)絡(luò)連接的可配置的接口電路;當(dāng)連接到所述節(jié)點和所述網(wǎng)絡(luò)時,所述可配置接口電路放置在與所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的所述的一個節(jié)點上,數(shù)據(jù)從所述節(jié)點傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò),或從所述網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿龉?jié)點,所述可配置接口電路能夠被配置,使得每一個所述可配置接口電路從相關(guān)的節(jié)點、以相關(guān)節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)速率接受數(shù)據(jù)、以所述網(wǎng)絡(luò)速率向所述網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù),從所述網(wǎng)絡(luò)、以所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率接收數(shù)據(jù)、并以相關(guān)節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)速率向相關(guān)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的系統(tǒng),其特征在于還包括與所述可配置接口電路通信的主控制器;所述主控制器能夠?qū)λ黾呻娐吩倥渲?,使得每一個所述可配置接口電路從相關(guān)節(jié)點、以相關(guān)節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)速率接受數(shù)據(jù)、以所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率、向所述網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù),從所述網(wǎng)絡(luò)、以所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率接收數(shù)據(jù),并以相關(guān)節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)速率向相關(guān)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。
72.根據(jù)權(quán)利要求71的系統(tǒng),其特征在于還包括至少一個所述節(jié)點包括只接收節(jié)點,它接收數(shù)據(jù),但不發(fā)送數(shù)據(jù);至少一個所述節(jié)點包括接收/發(fā)送節(jié)點,它接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng),其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)包括集線器;將所述集線器連接到所述節(jié)點的傳輸光纜;將所述集線器連接到所述節(jié)點的接收光纜。
74.一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),其特征在于包括按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò);若干節(jié)點,所述若干節(jié)點中的任意一個具有能夠按照所述若干節(jié)點中任意一個所使用的節(jié)點數(shù)據(jù)格式傳輸或接收數(shù)據(jù)的節(jié)點電子線路;主控制器;與所述網(wǎng)絡(luò)通信的可配置接口電路,所述若干節(jié)點,以及所述主控制器,所述接口電路將數(shù)據(jù)從所述節(jié)點電子線路和所述主控制器傳遞到所述網(wǎng)絡(luò),或?qū)?shù)據(jù)從所述網(wǎng)絡(luò)傳遞到所述節(jié)點電子線路或所述主控制器,所述可配置接口電路,該可配置接口電路可被配置成為使得任意所述可配置接口電路能夠以與其相關(guān)的節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)格式,從與其相關(guān)的節(jié)點電子線路接受數(shù)據(jù),以所述網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)傳送到所述網(wǎng)絡(luò),以所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式從所述網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù),以及按與其相關(guān)的節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)發(fā)送到相關(guān)節(jié)點的電子線路中。
全文摘要
公開一種低成本,高速多媒體數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)最好包括按星形布局結(jié)構(gòu)分布的光纖數(shù)據(jù)總線。各種類型的設(shè)備或節(jié)點經(jīng)過特殊設(shè)計的接口與總線通信。該接口能使設(shè)備與高速網(wǎng)絡(luò)通信,而不需要該設(shè)備具有按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和要求接收和傳送數(shù)據(jù)的處理能力。該接口能夠與復(fù)雜的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行配置,使之與其匹配。對于智能設(shè)備,該接口能夠通過其設(shè)備本身完成一些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的功能。對于非智能(或“啞”)設(shè)備,該接口基本上能夠完成所有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的功能。
文檔編號H04L12/00GK1189726SQ98103660
公開日1998年8月5日 申請日期1998年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月19日
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