信系統(tǒng)器件所提供的接口技術(shù)種類繁多，令人困惑。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)所需功能選擇器件，采用FPGA解決當(dāng)中的接口和互用性問題。
引言
在過去兩年里，用于消除IC、電路板和系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸瓶頸的接口標(biāo)準(zhǔn)層出不窮，本文將考評(píng)通信應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)部件的某些最流行的標(biāo)準(zhǔn)，并研究眾多新標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)的原因，此外還探討設(shè)計(jì)者可如何解決互用性的難題。
新興接口標(biāo)準(zhǔn)綜述
如果查看一下典型通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(見圖)，可以看出很多元件都需要相互進(jìn)行通信。為滿足數(shù)據(jù)通道中各種元件的不同需求，因而出現(xiàn)了各種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)。要了解各種接口的優(yōu)缺點(diǎn)，就需要查看元件本身及每個(gè)元件所發(fā)生的通信類型。這里將從光電接口開始，然后逐一介紹內(nèi)部元件，直至交換架構(gòu)(switch fabric)。

 

圖1 型通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖2 各種通信接口標(biāo)準(zhǔn)
a.與串并行轉(zhuǎn)換器相連的光電器件
在高速光纖通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，即在光纖傳輸時(shí)的串行格式及在電子處理時(shí)的并行格式之間轉(zhuǎn)換。串化器-解串器 (一般被稱作串并行轉(zhuǎn)換器) 就是用來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的。串并行轉(zhuǎn)換器與光電傳感器間的接口通常為高速串行數(shù)據(jù)流，利用一種編碼方案實(shí)現(xiàn)不同信令，這樣可從數(shù)據(jù)恢復(fù)嵌入的時(shí)鐘。視乎所支持的通信標(biāo)準(zhǔn)，該串行流可在1.25Gb/s (千兆以太網(wǎng))、2.488Gb/s (OC-48 / STM-16)、9.953Gb/s (OC-192 / STM-64) 或10.3Gb/s (10千兆以太網(wǎng))條件下傳輸。
b.串并行轉(zhuǎn)換器至成幀器接口
在Sonet / SDH的世界中，光纖中的數(shù)據(jù)傳輸往往采用幀的形式。每幀包括附加信息(用于同步、誤差監(jiān)視、保護(hù)切換等)和有效載荷數(shù)據(jù)。傳輸設(shè)備必須在輸出數(shù)據(jù)中加入幀的附加信息，接收設(shè)備則必須從幀中提取有效載荷數(shù)據(jù)，并用幀的附加信息進(jìn)行系統(tǒng)管理。這些操作都會(huì)在成幀器中完成。
由于成幀器需要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的數(shù)字邏輯，因而決定了串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間所用的接口技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造的高集成度IC。目前的CMOS工藝不能支持10Gb/s串行數(shù)據(jù)流(盡管很多人認(rèn)為未來的CMOS工藝可以實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能)，因此串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間需要并行接口。目前最流行的選擇是由光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)論壇 (Optical Internetworking Forum) 開發(fā)的SFI-4，該接口使用兩個(gè)速度達(dá)622Mb/s的16位并行數(shù)據(jù)流(每個(gè)方向一個(gè))。SFI-4與目前很多新興接口一樣，使用源同步時(shí)鐘，即時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)共同由傳輸器件傳輸。源同步時(shí)鐘可顯著降低時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)間的偏移，但它不能完全消除不匹配PCB線路長度引起的偏移效應(yīng)。16個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)均使用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS信令。該接口僅需在串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間來回傳輸數(shù)據(jù)，距離較短，因此無需具備復(fù)雜的流控制或誤差檢測功能。 以太網(wǎng)中也存在類似接口。在10千兆以太網(wǎng)PHY的物理編碼子層(PCS)與物理介質(zhì)連接(PMA)層之間，IEEE-802.3ae規(guī)范提供了一種被稱作XSBI的接口。這種"10千兆16位接口"在每個(gè)方向都具有16位并行數(shù)據(jù)流及源同步時(shí)鐘。數(shù)據(jù)和時(shí)鐘均使用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS信令。數(shù)據(jù)通道使用64b/66b編碼方案，其時(shí)鐘頻率為644MHz。
該10千兆以太網(wǎng)規(guī)范使用串行接口連接MAC(介質(zhì)訪問控制)層和PHY(物理)層。這個(gè)被稱作XAUI的接口，也被稱為"10千兆連接單元接口"，這是一種使用四通道的串行接口，每個(gè)通道傳輸2.5Gb/s有效載荷數(shù)據(jù)，8b/10b編碼使每個(gè)通道的比特率高達(dá)3.125Gb/s。該接口一般用于連接MAC和包含PHY及光器件的獨(dú)立模塊。根據(jù)幾家制造商的多源協(xié)議開發(fā)的Xenpak光模塊使用XAUI接口。后文還將提到XAUI也用于系統(tǒng)背板。
c.成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器及其它元件間的接口
成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可代表很多不同的數(shù)據(jù)流。Sonet/SDH幀中包含的附加數(shù)據(jù)表明數(shù)據(jù)有效載荷中每個(gè)數(shù)據(jù)流的位置，該信息需要在成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器及相關(guān)器件間傳輸，如分類引擎和流量管理器。此外，網(wǎng)絡(luò)處理器和相關(guān)器件還實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的任務(wù)，如數(shù)據(jù)包傳向交換芯片的時(shí)序安排，管理數(shù)據(jù)包內(nèi)容以確保沒有非法數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，以及測量帶寬以便特定應(yīng)用或用戶享有優(yōu)先權(quán)。由于這些任務(wù)很復(fù)雜，因此需要在成幀器與網(wǎng)絡(luò)處理器間實(shí)施流控制方案。

成幀器、網(wǎng)絡(luò)處理器與相關(guān)器件間通常使用的接口包括Utopia接口、POS-PHY接口、SPI接口和Flexbus接口。每個(gè)接口的后綴為 "level X"，其級(jí)別表明標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率。Level 2即指每個(gè)方向的數(shù)據(jù)速率為622Mb/s，Level 3為2.488Gb/s，level 4為9.953Gb/s，Level 5為39.8Gb/s。因此POS-PHY Level 4的標(biāo)稱帶寬為9.953Gb/s。Utopia接口是為包含固定長度ATM單元的數(shù)據(jù)流而設(shè)計(jì)的。Utopia的規(guī)范由ATM論壇頒布。
POS-PHY接口 (Sonet物理層上的包) 由PMC-Sierra和Saturn開發(fā)，很多特性與Utopia接口相同，有一項(xiàng)改進(jìn)功能值得注意，即POS-PHY能滿足不同長度數(shù)據(jù)包的需要，而Utopia只適用于固定單元長度
。這表明POS-