以太网设备时钟调整装置转让专利
申请号 : CN200410082210.6
文献号 : CN1722654B
文献日 : 2010-04-14
发明人 : 洪建明 , 董树国 , 戴科
申请人 : 杭州华三通信技术有限公司
摘要 :
本发明公开一种以太网设备时钟调整装置，包括：时钟产生单元，用于产生所述的以太网设备发送数据使用的发送时钟；时钟比较单元，与所述的时钟产生单元相连，用于将所述的时钟产生单元产生的发送时钟的频率与接收数据恢复时恢复出的接收时钟的频率进行比较，以确定收发时钟的频率的差值；时钟调整控制单元，分别与所述的时钟产生单元和所述的时钟比较单元相连，根据所述的时钟比较单元确定的收发时钟的频率的差值通过中央处理器控制时钟产生单元调整发送时钟的频率。本发明消除了以太网设备中因时钟源器件差异性带来的实际转发容量低于标称转发容量的问题。
权利要求 :
1.一种以太网设备时钟调整装置，其特征在于，包括：
时钟产生单元，用于产生所述的以太网设备发送数据使用的发送时钟；
时钟比较单元，与所述的时钟产生单元相连，用于将所述的时钟产生单元产生的发送时钟的频率与接收数据恢复时恢复出的接收时钟的频率进行比较，以确定收发时钟的频率的差值；
时钟调整控制单元，分别与所述的时钟产生单元和所述的时钟比较单元相连，根据所述的时钟比较单元确定的收发时钟的频率的差值通过中央处理器控制时钟产生单元调整发送时钟的频率。
2.根据权利要求1所述的以太网设备时钟调整装置，其特征在于，所述时钟产生单元包括：参考时钟源模块，用于产生一个本地的参考时钟；
时钟驱动模块，与所述参考时钟源模块相连，用于对所述参考时钟进行倍频和分频产生所需的发送时钟。
3.根据权利要求2所述的以太网设备时钟调整装置，其特征在于，所述时钟驱动模块采用CY22393FCT时钟驱动芯片。
4.根据权利要求1-3任一项所述的以太网设备时钟调整装置，其特征在于，所述时钟比较单元包括：接收计数器，用于根据接收时钟进行累加计数以确定定时清零后的接收时钟脉冲的个数；
发送计数器，用于根据发送时钟进行累加计数以确定定时清零后的发送时钟脉冲的个数；
时钟比较器，分别与所述的接收计数器和发送计数器相连，对所述的接收计数器和发送计数器计数结果的接收时钟脉冲和发送时钟脉冲个数进行比较，以确定接收时钟和发送时钟差值；
定时器，与所述的接收计数器、所述的发送计数器以及所述的时钟比较器相连，用于定时对所述的接收计数器和所述的发送计数器清零并控制所述的时钟比较器的比较结果定时输出。
5.根据权利要求4所述的以太网设备时钟调整装置，其特征在于，所述时钟比较器采用格雷码比较器。
6.根据权利要求5所述的以太网设备时钟调整装置，其特征在于，所述定时器采用1秒定时器。
说明书 :
技术领域
本发明涉及时钟控制装置，更具体的说，本发明涉及一种提高以太网设备标称转发容量的时钟调整装置。
背景技术
以太网是当今局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法，随着通讯技术飞速发展，以太网在通讯领域中所占地位也越来越重要。
参考图1，在以太网设备中，物理层芯片的收发时钟是不同的，接收时钟是通过锁相环PLL从接收数据线路恢复时钟来使用，保证所有数据都可以可靠的被接收下来，但是发送时钟都是采用本地时钟来发送，所以本地时钟是否高于对端时钟就决定了能否线速转发对端的数据，尤其是与测试仪器对接的时候，如果本地时钟比测试仪器低，势必造成数据在被测试设备中被丢弃，不能通过测试。
通常，以太网设备中，由于采用了包交换技术，各个对接的设备可以允许接口时钟频率有一定的偏差，如正负50ppm，而不需要像传统语音交换网络采用同频同相位的时钟进行工作来避免数据错误。
以太网设备使用的时钟源一般为晶振，时钟有50ppm或者100ppm的偏差是正常的，时钟偏差虽然不会导致通讯的错误，却使得以太网设备无法达到系统标称的转发容量，另外，对于不同的晶振时钟源器件，时钟偏差也不同，如何调整以太网的发送时钟使以太网设备达到标称的转发容量是业界急需解决的问题。
参考图1，在以太网设备中，物理层芯片的收发时钟是不同的，接收时钟是通过锁相环PLL从接收数据线路恢复时钟来使用，保证所有数据都可以可靠的被接收下来，但是发送时钟都是采用本地时钟来发送，所以本地时钟是否高于对端时钟就决定了能否线速转发对端的数据，尤其是与测试仪器对接的时候，如果本地时钟比测试仪器低，势必造成数据在被测试设备中被丢弃，不能通过测试。
通常，以太网设备中，由于采用了包交换技术，各个对接的设备可以允许接口时钟频率有一定的偏差，如正负50ppm，而不需要像传统语音交换网络采用同频同相位的时钟进行工作来避免数据错误。
以太网设备使用的时钟源一般为晶振，时钟有50ppm或者100ppm的偏差是正常的，时钟偏差虽然不会导致通讯的错误，却使得以太网设备无法达到系统标称的转发容量，另外，对于不同的晶振时钟源器件，时钟偏差也不同，如何调整以太网的发送时钟使以太网设备达到标称的转发容量是业界急需解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种以太网设备时钟调整装置，以使以太网设备达到标称的转发容量。
为解决上述问题，本发明的以太网设备时钟调整装置，包括：
时钟产生单元，用于产生所述的以太网设备发送数据使用的发送时钟；
时钟比较单元，与所述的时钟产生单元相连，用于将所述的时钟产生单元产生的发送时钟的频率与接收数据恢复时恢复出的接收时钟的频率进行比较，以确定收发时钟的频率的差值；
时钟调整控制单元，分别与所述的时钟产生单元和所述的时钟比较单元相连，根据所述的时钟比较单元确定的收发时钟的频率的差值通过中央处理器控制时钟产生单元调整发送时钟的频率。
其中，所述时钟产生单元包括：
参考时钟源模块，用于产生一个本地的参考时钟；
时钟驱动模块，与所述参考时钟源模块相连，用于对所述参考时钟进行倍频和分频产生所需的发送时钟。
其中，所述时钟驱动模块采用CY22393FCT时钟驱动芯片。
其中，所述时钟比较单元包括：
接收计数器，用于根据接收时钟进行累加计数以确定定时清零后的接收时钟脉冲的个数；
发送计数器，用于根据发送时钟进行累加计数以确定定时清零后的发送时钟脉冲的个数；
时钟比较器，分别与所述的接收计数器和发送计数器相连，对所述的接收计数器和发送计数器计数结果的接收时钟脉冲和发送时钟脉冲个数进行比较，以确定接收时钟和发送时钟差值；
定时器，与所述的接收计数器、所述的发送计数器以及所述的时钟比较器相连，用于定时对所述的接收计数器和所述的发送计数器清零并控制所述的时钟比较器的比较结果定时输出。
其中，所述时钟比较器采用格雷码比较器。
其中，所述定时器采用1秒定时器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中通过时钟比较单元确定接收时钟和发送时钟的时钟差值，并反馈给时钟调整控制单元，由时钟调整控制单元控制时钟产生单元动态调整发送时钟，使发送时钟达到相应频率，对于时钟产生单元采用不同的时钟源器件都可实现动态调整，消除了以太网设备中因时钟源器件差异性带来的实际转发容量低于标称转发容量的问题。
为解决上述问题，本发明的以太网设备时钟调整装置，包括：
时钟产生单元，用于产生所述的以太网设备发送数据使用的发送时钟；
时钟比较单元，与所述的时钟产生单元相连，用于将所述的时钟产生单元产生的发送时钟的频率与接收数据恢复时恢复出的接收时钟的频率进行比较，以确定收发时钟的频率的差值；
时钟调整控制单元，分别与所述的时钟产生单元和所述的时钟比较单元相连，根据所述的时钟比较单元确定的收发时钟的频率的差值通过中央处理器控制时钟产生单元调整发送时钟的频率。
其中，所述时钟产生单元包括：
参考时钟源模块，用于产生一个本地的参考时钟；
时钟驱动模块，与所述参考时钟源模块相连，用于对所述参考时钟进行倍频和分频产生所需的发送时钟。
其中，所述时钟驱动模块采用CY22393FCT时钟驱动芯片。
其中，所述时钟比较单元包括：
接收计数器，用于根据接收时钟进行累加计数以确定定时清零后的接收时钟脉冲的个数；
发送计数器，用于根据发送时钟进行累加计数以确定定时清零后的发送时钟脉冲的个数；
时钟比较器，分别与所述的接收计数器和发送计数器相连，对所述的接收计数器和发送计数器计数结果的接收时钟脉冲和发送时钟脉冲个数进行比较，以确定接收时钟和发送时钟差值；
定时器，与所述的接收计数器、所述的发送计数器以及所述的时钟比较器相连，用于定时对所述的接收计数器和所述的发送计数器清零并控制所述的时钟比较器的比较结果定时输出。
其中，所述时钟比较器采用格雷码比较器。
其中，所述定时器采用1秒定时器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中通过时钟比较单元确定接收时钟和发送时钟的时钟差值，并反馈给时钟调整控制单元，由时钟调整控制单元控制时钟产生单元动态调整发送时钟，使发送时钟达到相应频率，对于时钟产生单元采用不同的时钟源器件都可实现动态调整，消除了以太网设备中因时钟源器件差异性带来的实际转发容量低于标称转发容量的问题。
附图说明
图1是现有技术工作时时钟源选择示意图；
图2是本发明以太网设备时钟调整装置的组成框图；
图3是图2所示时钟比较单元的一种具体组成框图。
图2是本发明以太网设备时钟调整装置的组成框图；
图3是图2所示时钟比较单元的一种具体组成框图。
具体实施方式
参考图2，本发明以太网设备时钟调整装置主要包括：时钟产生单元11、时钟比较单元12和时钟调整控制单元13，下面进行详细说明。
时钟产生单元11
本发明中所述时钟产生单元22主要用于产生所述的以太网设备发送数据使用的发送时钟，具体实现时，所述时钟产生单元11可由参考时钟源模块和时钟驱动模块组成，其中
参考时钟源模块为以太网设备中的本地时钟源，产生一个本地的参考时钟，如25MHz晶振。参考时钟源模块产生一个稳定的时钟，供给以太网设备使用。由于晶振的器件差异，该时钟可能与标称值有50ppm(有的器件为100ppm，视不同厂家不同型号而定)以内的差别。例如一个标称25MHz的晶振，频差为-20ppm，则该器件满足正负50ppm的频差，为合格品，但实际频率是25MHz×(1-0.00002)＝24.9995MHz。；
时钟驱动模块为可编程时钟驱动模块，例如采用一个带锁相环的时钟驱动芯片。该芯片可以对输入参考时钟进行倍频及分频后输出，作为以太网设备业务口发送数据的发送时钟。输出时钟fo＝fi/M×N，fi为输入的参考时钟，在本例中为25MHz，M为分频因子，N为倍频因子，M和N均为正整数。本例中需要输出125MHz时钟，则M＝1，N＝5即可。如果需要输出124MHz，则M＝25，N＝124即可。该模块可以使用目前市面已有的器件如CYPRESS公司的CY22393FCT芯片。该芯片只需要用专用编程器或者CPU的I2C接口将倍频及分频因子写入芯片内自带的FLASH即可完成输出时钟的更改。本例中采用CPU的I2C接口配置，不使用专用编程器，实现了器件的在线更新。
时钟比较单元12
本发明中所述时钟比较单元12，与所述的时钟产生单元11相连，用于将所述的时钟产生单元11产生的发送时钟与接收数据恢复时恢复出的接收时钟进行比较，判断本地发送时钟是否高于接收时钟，以及误差是多少，以确定收发时钟差值；
参考图3，该图是所述时钟比较单元12的一种具体组成示意图。
如图示，本发明中所述时钟比较单元12可由一个接收计数器121、一个发送计数器122、一个时钟比较器123和一个定时器124组成。
接收计数器121，用于根据接收时钟进行累加计数以确定定时清零后的接收时钟脉冲的个数；
发送计数器122，用于根据发送时钟进行累加计数以确定定时清零后的发送时钟脉冲的个数；
时钟比较器123，分别与所述的接收计数器和发送计数器相连，对所述的接收计数器和发送计数器计数结果的接收时钟脉冲和发送时钟个数进行比较，以确定接收时钟和发送时钟差值；
定时器124，与所述的接收计数器、所述的发送计数器以及所述的时钟比较器相连，用于定时对所述的接收计数器和所述的发送计数器清零并控制所述的时钟比较器的比较结果定时输出。
具体实现时，本发明中所述定时器124可采用1秒定时器，所述时钟比较器123可采用格雷码比较器，1秒定时器每秒输出一个控制脉冲给其他三个组成模块，将接收计数器121和发送计数器122清零，同时将格雷码比较器的计算结果锁定输出给时钟调整控制单元13查询；接收计数器121为一个采用接收时钟进行累加的计数器，在每个接收时钟的上升沿进行加1操作，计数器的值反映出自1秒定时器上次清零以来接收时钟脉冲的个数。例如125M标准接收时钟在计数器再次被1秒定时器清零前的计数器值就是125000000。发送计数器同接收计数器，只是计数的时钟脉冲是发送时钟而已。由于接收时钟和发送时钟频率存在差别，而且差别小于数百ppm，直接将接收计数器121和发送计数器122进行比较就可能出错，所以可采用一个格雷码比较器来进行比较，原理是将接收计数器121和发送计数器122的二进制数值分别转换为两个格雷码数值，然后使用格雷码减法器进行相减，得到的结果即为收发时钟的频差，频差再转换为二进制数值，供时钟调整控制单元13读取。由于每次比较仅发送在1秒定时器的控制脉冲输出时，所以格雷码比较器输出给时钟调整控制单元13的数值每秒变化一次，保证时钟调整控制单元13可靠读取。
时钟调整控制单元13
本发明中所述时钟调整控制单元13，分别与所述的时钟产生单元11和所述的时钟比较单元12相连，根据所述的时钟比较单元12确定的收发时钟差值通过中央处理器控制时钟产生单元11调整发送时钟。
具体实现时，本发明所述时钟调整控制单元采用CPU控制从时钟比较单元12读出时钟差值，即可知道接收时钟和发送时钟频率差，如果发送时钟低于接收时钟，根据结果计算出需要将发送时钟调高多少，从而得出可编程时钟驱动模块需要的M和N值，然后对时钟驱动模块进行配置，改变发送时钟频率，保证系统的转发容量。
需要说明的是，本发明中实现时钟调整控制单元13的CPU调整时钟的范围必须低于本地时钟源器件最大正偏，例如时钟源厂家给出的频偏范围为正负50ppm，则CPU不允许将时钟调高超出50ppm，即使这时接收时钟依然大于发送时钟。
为了避免具有自动时钟调整的两个设备对接时出现发送时钟无休止的调整，本发明中时钟调整单元13的CPU对时钟驱动模块的调整不具有自动性，必须在用户或厂商通过设备的用户接口下发调整命令时才调整。最佳调整时刻是设备出厂与标准设备对接测试时由生产厂家启用该命令，完成正确时钟的配置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
时钟产生单元11
本发明中所述时钟产生单元22主要用于产生所述的以太网设备发送数据使用的发送时钟，具体实现时，所述时钟产生单元11可由参考时钟源模块和时钟驱动模块组成，其中
参考时钟源模块为以太网设备中的本地时钟源，产生一个本地的参考时钟，如25MHz晶振。参考时钟源模块产生一个稳定的时钟，供给以太网设备使用。由于晶振的器件差异，该时钟可能与标称值有50ppm(有的器件为100ppm，视不同厂家不同型号而定)以内的差别。例如一个标称25MHz的晶振，频差为-20ppm，则该器件满足正负50ppm的频差，为合格品，但实际频率是25MHz×(1-0.00002)＝24.9995MHz。；
时钟驱动模块为可编程时钟驱动模块，例如采用一个带锁相环的时钟驱动芯片。该芯片可以对输入参考时钟进行倍频及分频后输出，作为以太网设备业务口发送数据的发送时钟。输出时钟fo＝fi/M×N，fi为输入的参考时钟，在本例中为25MHz，M为分频因子，N为倍频因子，M和N均为正整数。本例中需要输出125MHz时钟，则M＝1，N＝5即可。如果需要输出124MHz，则M＝25，N＝124即可。该模块可以使用目前市面已有的器件如CYPRESS公司的CY22393FCT芯片。该芯片只需要用专用编程器或者CPU的I2C接口将倍频及分频因子写入芯片内自带的FLASH即可完成输出时钟的更改。本例中采用CPU的I2C接口配置，不使用专用编程器，实现了器件的在线更新。
时钟比较单元12
本发明中所述时钟比较单元12，与所述的时钟产生单元11相连，用于将所述的时钟产生单元11产生的发送时钟与接收数据恢复时恢复出的接收时钟进行比较，判断本地发送时钟是否高于接收时钟，以及误差是多少，以确定收发时钟差值；
参考图3，该图是所述时钟比较单元12的一种具体组成示意图。
如图示，本发明中所述时钟比较单元12可由一个接收计数器121、一个发送计数器122、一个时钟比较器123和一个定时器124组成。
接收计数器121，用于根据接收时钟进行累加计数以确定定时清零后的接收时钟脉冲的个数；
发送计数器122，用于根据发送时钟进行累加计数以确定定时清零后的发送时钟脉冲的个数；
时钟比较器123，分别与所述的接收计数器和发送计数器相连，对所述的接收计数器和发送计数器计数结果的接收时钟脉冲和发送时钟个数进行比较，以确定接收时钟和发送时钟差值；
定时器124，与所述的接收计数器、所述的发送计数器以及所述的时钟比较器相连，用于定时对所述的接收计数器和所述的发送计数器清零并控制所述的时钟比较器的比较结果定时输出。
具体实现时，本发明中所述定时器124可采用1秒定时器，所述时钟比较器123可采用格雷码比较器，1秒定时器每秒输出一个控制脉冲给其他三个组成模块，将接收计数器121和发送计数器122清零，同时将格雷码比较器的计算结果锁定输出给时钟调整控制单元13查询；接收计数器121为一个采用接收时钟进行累加的计数器，在每个接收时钟的上升沿进行加1操作，计数器的值反映出自1秒定时器上次清零以来接收时钟脉冲的个数。例如125M标准接收时钟在计数器再次被1秒定时器清零前的计数器值就是125000000。发送计数器同接收计数器，只是计数的时钟脉冲是发送时钟而已。由于接收时钟和发送时钟频率存在差别，而且差别小于数百ppm，直接将接收计数器121和发送计数器122进行比较就可能出错，所以可采用一个格雷码比较器来进行比较，原理是将接收计数器121和发送计数器122的二进制数值分别转换为两个格雷码数值，然后使用格雷码减法器进行相减，得到的结果即为收发时钟的频差，频差再转换为二进制数值，供时钟调整控制单元13读取。由于每次比较仅发送在1秒定时器的控制脉冲输出时，所以格雷码比较器输出给时钟调整控制单元13的数值每秒变化一次，保证时钟调整控制单元13可靠读取。
时钟调整控制单元13
本发明中所述时钟调整控制单元13，分别与所述的时钟产生单元11和所述的时钟比较单元12相连，根据所述的时钟比较单元12确定的收发时钟差值通过中央处理器控制时钟产生单元11调整发送时钟。
具体实现时，本发明所述时钟调整控制单元采用CPU控制从时钟比较单元12读出时钟差值，即可知道接收时钟和发送时钟频率差，如果发送时钟低于接收时钟，根据结果计算出需要将发送时钟调高多少，从而得出可编程时钟驱动模块需要的M和N值，然后对时钟驱动模块进行配置，改变发送时钟频率，保证系统的转发容量。
需要说明的是，本发明中实现时钟调整控制单元13的CPU调整时钟的范围必须低于本地时钟源器件最大正偏，例如时钟源厂家给出的频偏范围为正负50ppm，则CPU不允许将时钟调高超出50ppm，即使这时接收时钟依然大于发送时钟。
为了避免具有自动时钟调整的两个设备对接时出现发送时钟无休止的调整，本发明中时钟调整单元13的CPU对时钟驱动模块的调整不具有自动性，必须在用户或厂商通过设备的用户接口下发调整命令时才调整。最佳调整时刻是设备出厂与标准设备对接测试时由生产厂家启用该命令，完成正确时钟的配置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。