以太网设备、以太网通信系统、及以太网设备的配置方法

摘要

一种以太网设备、以太网通信系统、及以太网设备的配置方法，其中，该以太网设备与其它以太网设备通过管理接口装置进行数据流速率和工作方式的交互和/或协商，并且以太网设备通过管理接口装置配置以太网设备的MAC接口的工作状态、以及配置外部时钟发生装置的工作频率；以太网设备与其它以太网设备通过控制及状态连接装置实现状态信息以及控制信号的交互；以太网设备通过时钟接口装置接收来自外部时钟发生装置的时钟信号；以太网设备与其它以太网设备通过数据线连接装置实现基于数据流速率和工作方式的交互和/或协商的结果、以太网设备的MAC接口和其它以太网设备的MAC接口的工作状态、以及外部时钟发生装置的工作频率的以太网数据通信。

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统，具体地，涉及一种以太网设备、以太网通信系统、及以太网设备的配置方法。

背景技术

在现代通讯及计算机设备中广泛使用以太网技术，各种中央处理单元(Central Processor Unit，简称为CPU)、网络处理器、交换芯片都提供以太网接口用于相互连接。

按照传输控制协议/互联网协议(Transmission ControlProtocol/Internet Protocol，简称为TCP/IP)模型，以太网分为应用层、传输层、网络层和主机到网络层，主机到网络层又可分为数据链路层和物理层。按照TCP/IP模型设计的以太网端口是在物理层上进行连接的。

以太网的数据链路层包括逻辑链路控制(Logical Link Control，简称为LLC)子层和媒体访问控制(Media Access Control，简称为MAC)子层。在IEEE802.3协议标准中，MAC就是媒体接入控制器，位于LLC和物理层之间，并且MAC可以单独作为一个子层，这样，就不会因为媒体访问方法的改变而影响较高层次的协议。

MAC由数据拆装和媒体访问管理两个模块组成，其主要功能是完成数据帧的封装、解封、发送和接收。CPU、网络处理器、以及交换芯片等以太网相关芯片的以太网接口一般统称为MAC接口，通常，在两个以太网设备的MAC接口之间，可以通过连接PHY(physic)芯片来实现以太网物理层。

PHY芯片的功能是将数据链路层传来的并行数据信号串行化，然后按照物理层的编码规则(例如，4B/5B等)进行编码，最后转换为适合在双绞线上传输的差分信号。

传统的设备内部以太网接口的互联都是在物理层上实现的，即，通过连接PHY芯片来实现物理层的功能，按照互联信号的耦合方式又分为以下两种方式。

方式一，变压器互连方式。图1示出了以太网网口之间以变压器互连方式在物理层上实现连接的情况，如图1所示，协议处理器和网络处理器的MAC接口都外接一个PHY芯片，PHY芯片通过变压器将信号耦合到对端的PHY芯片上。MAC接口与PHY芯片连接的接口为MII接口，该接口通常被称为媒体无关接口。这种连接方式的优点在于抗干扰能力强，传输距离长，但是，其缺点在于变压器体积过大，占用印刷电路板(Printed Circuit Board，简称为PCB)的面积较大，且成本很高。

方式二，电容器互连方式。图2示出了以太网网口之间以电容器互连方式在物理层上实现连接的情况，如图2所示，协议处理器和网络处理器的MAC接口都外接一个PHY芯片，PHY芯片通过电容将信号耦合到对端的PHY芯片上。相对于方式一，方式二的优点在于节省了隔离变压器、减少了占有PCB的面积、减少了成本，因此，目前设备内部以太网网口的互连方式主要采用方式二。但是，方式二的缺点在于不同厂家的PHY芯片通过电容耦合时可能会出现不能相互兼容的问题，在这种情况下，就必须用变压器互联的方式(方式一)。

可以看出，上述这两种以太网网口的连接方式都是在物理层上实现的，其优点是抗干扰性较强，而缺点是连接的成本较高、PHY芯片增加系统的功耗、以及变压器和电容将占用PCB面积。这样，对于一些限制成本和功耗的设备，就不适合采用上述两种连接方式。

针对上述在同一设备内部，以太网网口间的互联技术中存在的成本高、占用PCB面积大、以及功耗高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

考虑到相关技术中以太网网口间的互联技术中存在的成本高、占用PCB面积大、以及功耗高的问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种以太网设备、以太网通信系统、及以太网设备的配置方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种以太网设备，该设备用于通过其媒体接入控制接口即MAC接口连接至其它以太网设备的MAC接口。

根据本发明的以太网设备包括管理接口装置、控制及状态连接装置、时钟接口装置和数据线连接装置，其中，

该以太网设备与其它以太网设备通过管理接口装置进行数据流速率和工作方式的交互和/或协商，并且该以太网设备通过管理接口装置配置该以太网设备的MAC接口的工作状态、以及配置用于对该以太网设备提供时钟信号的外部时钟发生装置的工作频率；

该以太网设备与其它以太网设备通过控制及状态连接装置实现状态信息以及控制信号的交互；

该以太网设备通过时钟接口装置接收来自外部时钟发生装置的时钟信号，时钟接口装置还用于向管理接口装置、控制及状态连接装置、和数据线连接装置提供时钟信号；

该以太网设备与其它以太网设备通过数据线连接装置实现基于数据流速率和工作方式的交互和/或协商的结果、该以太网设备的MAC接口和其它以太网设备的MAC接口的工作状态、以及外部时钟发生装置的工作频率的以太网数据通信。

其中，在该以太网设备与其它以太网设备所在的系统中存在共享数据空间的情况下，该以太网设备通过管理接口装置访问共享数据空间中预先存储的配置数据，以配置该以太网设备的MAC接口的工作状态和数据流速。

其中，在该以太网设备与其它以太网设备所在的系统中不存在共享数据空间的情况下，该以太网设备将其期望的工作状态通过管理接口装置通知给其它以太网设备、接收其它以太网设备通知的其它以太网设备期望的工作状态、响应于其它以太网设备通知的工作状态发送反馈信息、接收来自其它以太网设备的反馈信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种以太网通信系统。

根据本发明的以太网通信系统包含通过MAC接口连接的第一以太网设备和第二以太网设备，其中，第一以太网设备和第二以太网设备均为上述根据本发明的以太网设备，其中，

第一以太网设备的管理接口装置与第二以太网设备的管理接口装置连接；

第一以太网设备的控制及状态连接装置与第二以太网设备的控制及状态连接装置连接；

第一以太网设备的数据线连接装置与第二以太网设备的数据线连接装置连接；

并且，该以太网通信系统进一步包括：

时钟发生装置，连接至第一以太网设备的时钟接口装置与第二以太网设备的时钟接口装置，并连接至第一以太网设备的管理接口装置或第二以太网设备的管理接口装置，用于根据第一以太网设备的MAC接口的工作频率和第一以太网设备的MAC接口的工作频率向第一MAC接口和第二MAC接口提供时钟信号。

并且，该以太网通信系统进一步包括：

共享数据存储模块，第一以太网设备的管理接口装置与第二以太网设备的管理接口装置，用于存储第一以太网设备与第二以太网设备配置各自的MAC接口的工作状态和数据流速所需的配置信息。

此外，第一以太网设备与第二以太网设备将各自期望的工作状态通知给对方，以及响应于对方的通知的工作状态将反馈信息通知给对方。

优选地，时钟发生装置支持的工作频率为2.5MHz和/或25MHz。

根据本发明的又一个方面，提供一种以太网设备的配置方法，用于在上述以太网通信系统中进行以太网设备的配置。

根据本发明的以太网设备的配置方法包括：

判断是否存在第一以太网设备与第二以太网设备配置各自的MAC接口的工作状态和数据流速所需的配置信息；

在判断为是的情况下，第一以太网设备与第二以太网设备根据配置信息进行配置；

在判断为否的情况下，第一以太网设备与第二以太网设备通过相互连接的管理接口装置进行双方MAC接口的数据流速率和工作方式的交互和/或协商并分别进行MAC接口工作状态、以及外部时钟发生装置的工作频率的配置。

其中，根据时钟发生装置支持的2.5MHz和25MHz配置时钟发生装置的工作频率。

通过本发明的上述技术方案，通过对MAC接口的重新定义，能够在MAC层上实现可靠有效的数据交换，解决了相关技术中在物理层上实现数据交换所带来的互联设备成本高、占用PCB面积大、以及功耗高的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的以太网网口之间在物理层上进行连接的方式一的示意图；

图2是根据相关技术的以太网网口之间在物理层上进行连接的方式二的示意图；

图3是根据本发明的以太网通信系统的连接方式的简要示意图；

图4A是根据本发明设备实施例的以太网设备的框图；

图4B是根据本发明优选设备实施例的以太网设备的框图；

图5是根据本发明优选系统实施例的以太网通讯系统的框图；

图6是根据本发明系统实施例的以太网通讯系统中配置工作状态的处理流程图；

图7是根据本发明优选系统实施例的以太网通讯系统的框图；

图8是根据本发明方法实施例的以太网设备的配置方法的处理流程图；

图9是根据本发明方法实施例的以太网设备的配置方法在实际应用中的处理流程图。

具体实施方式

功能概述

本发明针对相关技术中以太网网口间的互联设备存在成本高和功耗高的问题，提出了一种以太网设备和通信系统。其中，该通信系统能够通过管理接口获取或协商通信系统内部以太网设备间合适的工作方式，能够可靠稳定地传输数据，从而在不需要通过物理层的情况下，就能够实现双方的互相通信，节省了成本、降低了功耗。

下面对本发明提出的思路进行简要说明。

如上所述，媒体接入控制(Media Access Control，简称为MAC)的主要功能是完成数据帧的封装、解封、发送和接收，在相关技术中两个设备的MAC接口间可以通过连接PHY(physic)芯片来实现以太网的物理层(如图1和图2所示)，从而在MAC接口间进行数据交换。

以太网物理层的作用是实现的以太网的物理编码子层(PhysicalCoder Sublayer，简称为PCS)、物理介质接入(Physical Media Access，简称为PMA)子层、物理介质相关(Physical Media Dependent，简称为PMD)子层、以及媒体相关接口(Media Dependent Interface，简称为MDI)子层。

更具体地，以太网物理层的主要功能有以下三个：第一，在发送端将MAC接口送来的并行数据转换为适合在双绞线上传输的差分模拟信号，在接收端将差分模拟信号恢复为并行数据送给MAC；第二，速率自适应功能，PHY信号通过硬件及相应的协议支持，可自动协商出通讯的速率及全双工半双工方式；第三，根据线路上的数据恢复出时钟，并将该时钟提供给MAC作为发生和接收数据的工作时钟。

在同一个设备内部，以太网接口间的距离不是特别远，可以通过PCB走线在以太网接口间进行连接，这样，即使设备内部没有PHY提供的并串转换、编解码和驱动功能，设备内部的以太网数据也可以正常的收发，也就是说，通过PCB走线连接起MAC接口而不通过物理层也可以实现MAC接口间的数据交换，但是，在这种情况下，必须提供一个合适的时钟发生装置来代替PHY的时钟恢复功能，这样才能保证数据的正常交换。

从节约成本和减小功耗的角度出发，在同一设备内部要直接在MAC层进行数据交换，而不是通过物理层芯片来实现数据交换，并且，要保证所连接的双方能够正常工作，需要考虑以下问题：

第一，在MAC接口之间需要一个工作时钟来控制数据接收和发送；

第二，在MAC接口之间应该设置合适的工作方式，包括进行通讯速率和全双工半双工状态的参数配置；

第三，在MAC接口之间应该正确地传输数据、控制和状态信号。

基于以上考虑，本发明提出了一种以太网设备和通信系统，用于在设备内部在MAC层上进行数据交换。图3示出了根据本发明的以太网通信系统的简要连接方式，如图3所示，在MAC接口上直接在MAC层上实现数据的交换，即，在MII接口上直接实现数据交换，而不是在物理层上进行数据交换。

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

设备实施例

图4A是根据本发明设备实施例的以太网设备的框图，如图4A所示，根据本发明设备实施例的以太网设备包括时钟接口装置402、数据线连接装置404、控制及状态连接装置406和管理接口装置408。

下面对上述模块进行详细说明。

该以太网设备通过时钟接口装置402接收来自外部时钟发生装置(图4A中未示出)的时钟信号，时钟接口装置402还用于向管理接口装置408、控制及状态连接装置406、和数据线连接装置404提供时钟信号。

该以太网设备与其它以太网设备通过数据线连接装置404实现基于数据流速率和工作方式的交互和/或协商的结果、该以太网设备的MAC接口和其它以太网设备的MAC接口的工作状态、以及外部时钟发生装置的工作频率的以太网数据通信。

该以太网设备与其它以太网设备通过控制及状态连接装置406实现状态信息以及控制信号的交互。

该以太网设备与其它以太网设备通过管理接口装置408进行数据流速率和工作方式的交互和/或协商，并且该以太网设备通过管理接口装置408配置该以太网设备的MAC接口的工作状态、以及配置用于对该以太网设备提供时钟信号的外部时钟发生装置的工作频率。

下面对上述模块间的交互处理过程进行说明。

在该以太网设备与其它以太网设备进行连接并进行数据交换时，首先要沟通双方设备的工作信息，并在经过协商确定双方都接收某种工作方式的情况下，双方设备都将该工作方式设置为工作方式。这样，

在该以太网设备与其它以太网设备所在的系统中存在共享数据空间(图4A中未示出该共享数据空间)的情况下，该以太网设备通过管理接口装置408访问共享数据空间中预先存储的配置数据，以配置该以大网设备的MAC接口的工作状态和数据流速；

在该以太网设备与其它以太网设备所在的系统中不存在共享数据空间的情况下，该以太网设备将其期望的工作状态通过管理接口装置408通知给其它以太网设备、接收其它以太网设备通知的其它以太网设备期望的工作状态、响应于其它以太网设备通知的工作状态发送反馈信息、接收来自其它以太网设备的反馈信息。

其次，在设置了双方以太网设备的工作方式后，就可以在以太网设备间进行数据交换。控制及状态连接装置406控制数据线连接装置404进行数据发送的启动和停止，数据线连接装置404响应于控制及状态连接装置406发出的启动数据发送的控制，参考时钟接口装置402输出的时钟信号，将数据发送到对端以太网设备。

下面对本发明的优选实施例进行说明。

图4B是根据本发明优选设备实施例的以太网设备的框图，如图4B所示，以太网设备包括：时钟接口装置402、数据线连接装置404、控制及状态连接装置406、和管理接口装置408。

上述模块进一步包括以下端口。

时钟接口装置402中包括TXC 4022和RXC 4044这两个端口，TXC 4022端口是发送数据的工作时钟，RXC 4044是接收数据的工作时钟，这两个时钟可以同步工作也可以不同步工作。

数据线连接装置404中包括TX[3:0]4042和RX[3:0]4044端口，这两个端口与对方以太网设备的数据线连接装置相连接，TX[3:0]4042端口用于发送以太网数据报文，RX[3:0]4044端口用于接收以太网数据报文。TX[3:0]4042和对方以太网设备中的数据线连接装置中的RX[3:0]连接，按时钟接口装置402发出的每个时钟周期4bit的顺序依次向对方以太网设备发送数据报文；RX[3:0]4044和对方以太网设备中的数据线连接装置中的TX[3:0]连接，按时钟接口装置402发出的每个时钟周期4bit的顺序依次接收对方以太网设备发送过来的数据报文。

控制及状态连接装置406中包括发送数据始能(TXEN)4062、发送数据错误(TXER)4064、接收数据有效(RXDV)4066、接收数据错误(EXER)4068、载波检测信号(CRS)4070、碰撞检测信号(COL)4072这6个端口，用于控制数据流的启动和停止，检测数据碰撞，检测载波信号，指示错误信息。TXEN 4062和对方以太网设备的控制及状态连接装置(以下简称为“对方的”)中的RXDV相连，当TXEN 4062有效时，TX[3:0]4042端口开始发送数据，此时当对方的RXDV有效时，对方的RX[3:0]端开始接收数据。TXER4064和对方的RXER相连，当TXER 4064有效时，表示TX[3:0]4042端发送的数据是错误的，此时当对方的RXER是有效的，对方的RX[3:0]端停止接收数据。由于根据本发明的以太网设备是通过点到点方式与其它以太网设备连接的，所以不可能出现发送数据碰撞，因此将COL 4072接“0”电平，并且，由于该以太网设备没有连接PHY器件，所以不存在载波信号，因此将CRS 4070接“0”电平。

图4B中模块间的交互处理过程与参照图4A所述的处理过程相同，不在赘述。

通过上述技术方案，提供了一种以太网设备，能够为设备内部以太网接口的数据交换在MAC层上实现。

系统实施例

根据本发明实施例，还提供了一种以太网通讯系统。

图5示出了根据本发明系统实施例的以太网通讯系统。如图5所示，根据本发明的以太网通讯系统包括第一以太网设备51和第二以太网设备52，第一以太网设备51和第二以太网设备52间通过MAC接口连接，其中，第一以太网设备51和第二以太网设备52均可以为图4所示的以太网设备。

下面对以太网通讯系统中的第一以太网设备51和第二以太网设备52间的连接关系及处理过程进行详细说明。

第一以太网设备51和第二以太网设备52间的端口进行如下所述的连接。

如图5所示，第一以太网设备51的数据线连接装置5112与第二以太网设备52的数据线连接装置5212连接，进行数据交互；

第一以太网设备51的控制及状态连接装置5113与第二以太网设备52的控制及状态连接装置5213连接，进行数据发送启动和停止的控制；

第一以太网设备51的管理接口装置5114与第二以太网设备52的管理接口装置连接5214，其间进行工作状态信息和工作时钟的协商和确定工作；

并且，该以太网通信系统进一步包括时钟发生装置53和共享数据存储模块54。

时钟发生装置53，连接至第一以太网设备51的时钟接口装置5111与第二以太网设备52的时钟接口装置5211，并连接至第一以太网设备51的管理接口装置5114或第二以太网设备52的管理接口装置5214，用于根据第一以太网设备51的MAC接口的工作频率和第二以太网设备52的MAC接口的工作频率向第一MAC接口和第二MAC接口提供时钟信号。并且，时钟发生装置53支持的工作频率为2.5MHz和/或25MHz。

共享数据存储模块54，第一以太网设备51的管理接口装置5114与第二以太网设备52的管理接口装置5214，用于存储第一以太网设备51与第二以太网设备52配置各自的MAC接口的工作状态和数据流速所需的配置信息。

此外，第一以太网设备51与第二以太网设备52将各自期望的工作状态通知给对方，以及响应于对方的通知的工作状态将反馈信息通知给对方。

下面详细说明以太网通讯系统中配置第一以太网设备51和第二以太网设备52之间的工作状态的处理流程。

基于图5所示的系统，图6示出了根据本发明系统实施例的以太网通讯系统中配置工作状态的处理流程，如图6所示，具体的处理过程包括如下步骤。

步骤601a，以太网通讯系统中存在共享数据空间的情况下，第一以太网设备51通过管理接口装置5114访问共享数据存储模块54中预先存储的配置数据，即，预先配置的关于工作状态的信息；

步骤601b，在以太网通讯系统中不存在共享数据空间的情况下，第一以太网设备51询问第二以太网设备52是否接收第一以太网设备51的期望的工作状态，即，第一以太网设备51通过管理接口装置5114向第二以太网设备52的管理接口装置5214发送询问消息，如果第二以太网设备52接受第一以太网设备51所询问的工作状态，则确定该工作状态设置为第一以太网设备51和第二以太网设备52的工作状态；如果不接收，则第一以太设备51向第二以太设备依次询问是否接收第二工作方式或更低的工作方式，在第二以太网设备52接受第一以太网设备51所询问的工作状态的情况下，确定该工作状态设置为第一以太网设备51和第二以太网设备52的工作状态；

步骤602，根据步骤601a或601b中所确定的工作状态，设置时钟发生装置53的工作频率；

步骤603a和603b，分别根据步骤601a或601b中所确定的工作状态，设置第一以太网设备51和第二以太网设备52的工作状态；

步骤604a，时钟发生装置53为第一以太网设备分配工作时钟；

步骤604b，时钟发生装置53为第二以太网设备分配工作时钟。

需要说明的是，上述步骤601a和601b中，均是由第一以太网设备51发起查询和询问工作状态的工作，该工作也可以由第二以太网设备52发起，并且，步骤602和步骤603a、603b之间没有先后次序。

通过上述的以太网通信系统，能够使设备内部以太网接口的数据交换在MAC层上实现。

下面对本发明的优选实施例进行说明。

图7示出了根据本发明优选系统实施例的以太网通讯系统，如图7所示，根据本发明优选系统实施例的以太网通讯系统包括上述的第一以太网设备以和第二以太网设备(可参考图4A、图4B)。

根据本发明优选系统实施例的以太网通讯系统中第一以太网设备和第二以太网设备的结构和连接关系、以及其间的工作状态设置过程如上所述，不再重复。

如图7所示，在如图4B所示的以太网设备所组成的以太网通信系统中，时钟发生装置73又可以包括晶振731和时钟分频器732。晶振731用于产生标准的25MHz时钟，时钟分频器732将这个25MHz时钟变化为4个和输入完全相同的25MHz或2.5MHz工作时钟，它们分别送给第一以太设备71的TXC和RXC、第二以太设备72的TXC和RXC，这样MAC就可以得到稳定的工作时钟。当MAC工作在100M速率的时候，时钟分频器输出的四路25MHz时钟，当MAC工作在10M速率的时候，时钟分频器输出的四路2.5MHz时钟。第一以太网设备71(或第二以太网设备72)根据MAC工作速率协商的结果设计时钟的速率。

下面对本发明的方法实施例进行详细说明。

方法实施例

根据本发明的实施例，还提供了一种以太网设备的配置方法，该方法可以用于在上述以太网通信系统(参考图5)中进行以太网设备的配置。

图8示出了根据本发明方法实施例的以太网设备的配置方法的处理流程图，如图8所示，根据本发明方法实施例的以太网设备的配置方法的处理流程包括以下步骤：

步骤S802，判断是否存在第一以太网设备与第二以太网设备配置各自的MAC接口的工作状态和数据流速所需的配置信息；

步骤S804A，在判断为是的情况下，第一以太网设备与第二以太网设备根据配置信息进行配置；

步骤S804B，在判断为否的情况下，第一以大网设备与第二以太网设备通过相互连接的管理接口装置进行双方MAC接口的数据流速率和工作方式的交互和/或协商并分别进行MAC接口工作状态、以及外部时钟发生装置的工作频率的配置。

根据该技术方案，能够对以太网通信系统(参考图5)中的以太网设备间的工作方式进行配置。

图9示出了根据本发明方法实施例的以大网设备的配置方法在实际应用中的处理流程，如图9所示，包括以下处理过程：

S901，判断是否存在预先约定的MAC工作状态信息，在判断为是的情况下，执行步骤S906，否则执行步骤S902；

S902，系统中的以太网设备通过管理接口将本设备期望的工作状态通知给对方(这里假设在每一次进行工作状态的通知时，以期望程度从高到低的顺序进行通知)；

S903，接收对方的反馈信息；

S904，判断对方反馈的信息是否表示对方支持本设备通知的工作状态；在反馈信息表示对方支持本设备期望的工作状态的情况下，执行S905，将确认信息通过管理接口装置发送给对断设备，之后执行S906；否则返回步骤S902，将本设备第二期望的工作状态通知给对方设备；

S906，根据工作状态的配置信息设定MAC和时钟。

根据该技术方案，能够对以太网通信系统(参考图5)中的以太网设备间的工作方式进行配置。

综上所述，借助本发明的技术方案，通过本发明提供的以太网设备和以太网通讯系统，能够在MAC层进行直接互连并配置MAC接口的工作状态，使得设备内部的以太网口不需要物理层就可以互相通讯，从而大大节省了成本，降低了功耗，避免了PHY器件占用PCB的问题；并且，本发明提供的以太网设备和通讯系统通过管理通道获取或协商出通讯双方合适的工作速率及全双工/半双工工作方式，保证了以太网两端可以稳定可靠地进行数据传输。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。