《SPI-4.2接口协议分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SPI-4.2接口协议分析.doc（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SPI-4.2协议分析一SPI-4.2协议简介：SPI-4.2协议的全称为System Packet Interface，可译为“系统包接口”。该协议由OIF（Optical Internetwoking Forum）创建，用于规定10Gbps聚合带宽应用下的物理层（PHY）和链路层（Link）之间的数据抱传输协议，支持多通道的包或信元传输。适用于OC-192，ATM，POS以及10G以太网。1系统模型：SPI-4.2系统参考模型如图1所示，我们把从链路层到物理层的数据方向，称为“发送”方向；而从物理层到链路层的数据方向，称为“接收”方向。在两个方向上，都存在数据流控制（流控）机制，流控数据传
2、输方向和数据传输方向相反，把接收端的状态信息实时地反映到发射端，用来调节控制发射端的数据传输。图1. SPI-4.2系统参考模型图在发送与接收方向，FIFO信息（流控数据）都是和相应得数据通路之间分开独立发送的，我们称之为带外传输。状态信息的带外传输使得发送和接收接口相互独立，这就使得SPI4.2接口不仅适合于双向传输的链路层器件，也适合于单向传输的应用。另外，数据包的地址、描述信息（包括包结束、包开始信息等）、差错控制编码都是和数据一起，进行带内传输。SPI-4.2支持多通道（Port）传输。一个通道，是指接收或发送方向上，相互传输数据的一对关联的实体。如果有很多对关联的实体（即很多个通道）
3、，都在同时传输数据，它们可复用SPI总线。最多可支持256个通道（由流控数据内的地址位11:4确定）。例如OC-192的192个STS-1通道，快速以太网中的100个通道等，各个通道的数据都可以相互独立地复用在SPI总线上传输。2协议特点：A点对点互连（PHY与LINK之间）；B支持最大256个通道；C数据链路宽度为16位，LVDS差分I/O接口；线上最小数据速率为622Mbps；D数据链路内部携带地址、起始标志和验证码等；E使用源同步时钟，双沿采样，最小时钟频率为311MHz；F流控端口宽度为2位，LVDS或LVTTL端口，同样是使用源同步时钟；G接收模块和发射模块都有FIFO队列，用于缓存
4、数据，队列长度由设计确定；H接收模块和发射模块FIFO状态信息相互独立，并附带DIP-2校验码，提高传输可靠性。另外，SPI4.2接口的突发数据（Burst）可以按规定的最大长度、最小长度或固定长度进行传输，除非在数据末尾有EOP（End Of Packet）标志以外，突发数据的长度都必须是16Byte的倍数。每一次传输的附带信息（端口地址，起止标志，差错控制）以16bit的控制字（PC=Payload Control）发送。图2显示了数据包（Packet）和ATM信元两个数据通道复用到SPI总线上的数据流的示例图，从中我们可以看到不同通道的数据负载和控制字交替传输的情况。图2. 数据包映射图
5、3接口信号：SPI-4.2的接口信号如图3所示，包含发送数据总线接口（TDCLK，TDAT15:0，TCTL）和接收数据总线接口（RDCLK，RDAT15：0，RCTL）。发送FIFO状态总线接口（TSCLK，TSTAT1：0），接收FIFO状态总线接口（RSCLK，RSTAT1：0）。接收和发送两个方向完全类似。每个方向的信号线都包括数据总线和状态总线。 以接收方向为例，数据总线包括RDAT，RDCLK和RCTL，其中RDAT为16比特的数据线，RDCLK为与RDAT、RCTL的同步的源同步时钟，RCTL为控制信号线。RDCLK为双沿采样的时钟，在上升沿和下降沿RDAT 和RCTL分别表示不
6、同的数据。当RCTL为1时，表示RDAT上的当前传输的是控制字；当RCTL为0时，表示当前传输的是实际所需数据。 状态总线为RSTAT和RSCLK，其中RSCLK为源同步时钟，对RSTAT进行采样；RSTAT为2比特的状态线，用于传输接收方向的目标FIFO的状态，主要用于流控（flow control）。 图3. 接口信号图数据总线（包括R/TDCLK、R/TDAT、R/TCTL）只能使用LVDS电平标准；状态总线（包括R/TSCLK、R/TSTAT）可以使用LVTTL电平标准，也可使用LVDS电平标准。当使用LVTTL电平标准时，时钟频率不超过数据总线的1/4（通常取1/4或1/8）；当使用
7、LVDS电平标准时，最大时钟频率可以和数据总线频率一致。接口的信号列表见表1。表 1 接口信号列表信号方向描述TDCLKLink PHY发送数据采样同步时钟双沿采样、驱动TDAT和TCTLTDAT15:0Link PHY发送数据传输从Link到PHY的载荷数据和带内控制字。TCTLLink PHY1：TDAT15:0上为控制字0：TDAT15:0上为数据TSCLKPHY LinkTSTAT采样同步时钟TSTAT1:0PHY Link传输轮循的FIFO状态信息以及相关的错误侦测和成帧RDCLKPHY Link接收数据采样同步时钟用其上升和下降沿来采样和驱动RDAT和RCTLRDAT15:0PHY
8、 Link接收数据传输从PHY到Link的载荷数据和带内控制字RCTLPHY Link1：RDAT15:0上为控制字0：RDAT15:0上为数据RSCLKLink PHYRSTAT采样同步时钟RSTAT1:0Link PHY传输轮循的FIFO状态信息以及相关的错误侦测和成帧二接口详述：SPI-4.2接口包含数据总线（Data Path）和状态总线（FIFO Status Channel）两大部分,下面就针对两部分分别进行介绍。1 数据总线（Data Path）：数据总线中TDAT/RDAT、TDCLK/RDCLK和TCTL/RCTL相互之间的关系见图4。从图中可以看出：时钟和DAT/CTL同步
9、。总线上传输的数据分为两类：一类为需传输的数据负载（payload），一类用于控制负载传输的字节，称为控制字（Control words）。我们可以通过R/TCTL的电平情况来区分数据总线上传输的是是数据负载，还是控制字。当R/TCTL为高电平时，数据线上传输的是控制字；当R/TCTL为低电平时，数据线上传输的是正常数据。在传输控制字时，如果下一个周期仍然是控制字，则当前控制字为IDLE控制字。图4. 数据总线时序图A数据负载：数据负载为16位，其在总线上传输时，高8位为低字节，低8位传送高字节。如图5所示，其中图(a)包含奇数个字节的数据包负载传输的字节顺序，无效的字节“XX”一般设置为零，
10、图(b)为包含偶数个字节的数据包负载传输的字节顺序。 （a） （b）图4. 负载传输顺序数据负载包的最大、最小长度由具体的应用决定。但是，每次数据突发，通常必须为16字节（8个周期）的整数倍。只有一种情况例外，即当前数据包已传输到数据的最末尾。也就是说，仅仅带包终止标志（EOP）控制字的前一个数据突发可以不是16字节的整数倍。从数据包传输的角度来看，数据突发只能暂时停止在包的16字节整数倍的边界处，或停止在数据包结束处。 图5. SOP间距示意图注：S：SOP有效的控制字E：EOP有效的控制字ES：SOP、EOP有效的控制字I：idle控制字C：连续传输控制字（bit15：12=8）EC：EO
11、P有效，设置连续传输的控制字P0，P1：载荷数据字节对于每一通道，其数据在总线上传输时，包起始标志（SOP）控制字的间隔不能少于8个周期（每个周期为两个字节（16比特），可以传输一个控制字或者数据字），短包之间的间隙（gap）用idle控制字来填充。也就是说，连续传输两个数据包时，这两个数据包的起始位置至少要相隔8个周期。图5上部列出了单通道情况，针对不同包长时，数据在总线上的排列情况。上面所说的8个周期限制仅仅是针对单个通道传输数据而言，当多个通道复用总线时，多个通道之间的控制字和数据字相互独立，没有相互关系，也没有限制。在图5左下角，在不同通道的数据负载之间只有连续传输控制字，这样可以让更
12、多的数据能够立即被传输，提高了传输效率。上面提到的多通道传输。是指在某个时间段内，总线上在传输这个通道的数据；在下一个时间段，总线上在传输另外一个通道的数据。每一段数据，称为一次数据突发（Burst）；两次数据突发之间，以控制字（EC）分隔，并表征前后两次突发数据的状态。同时，有关通道的信息也内嵌在控制字中。 B控制字：控制字用于控制负载数据的传输，表征负载数据的状态，在接收和发送方向使用相同的控制字。在整个传输的数据流中，控制字既表示了该控制字前一段连续负载的状态，同时也表示了后一段连续负载的状态。 每个控制字由两个字节组成，为总线上一个周期传输的数据。包括以下几个控制域： a) 类型（Ty
13、pe）：表示后一周期的数据，为负载数据，还是一个IDLE周期。 b) 包结束标志（EOPS）：表示前一个周期的数据为数据包的最后一个周期。 c) 包超始标志（SOP）：表示下一个周期的数据为数据包的第一个周期。 d) 通道地址（ADR）：表示后一段连续负载数据所属的通道。 e) 校验和（DIP-4）：校验和，保证控制字和数据传输的正确性。 这几个控制域在16比特中的分布如图6所示： 图6. 控制字的控制域分布图其中EOPS为两比特，除表示数据结束的含义之外，还可以用来表示数据包结束时的两个字节，是仅有一个字节有效（11），还是两个字节都有效（10）。通道地址为8比特，因此可以支持256个通道的
14、数据传输。详细说明见表2、表3，举例说明见表4。 表 2 控制字格式描述表Bit位标签描述15Type控制字类型1：载荷控制字（控制字后将立即发送载荷）0：idle或者训练控制字14：13EOPSEOP状态，与前一个采样周期的payload传输状态有关00：非EOP01：EOP中止（特定应用的错误状态）10：EOP正常终止，2byte有效11：EOP正常终止，1byte有效在一个burst的首个控制字中EOPS也是合理的，但是他不会被设置或者设置为“00”12SOPSOP状态1：控制字后立即会有payload传输0：其他情况在idle和训练控制字中全部设为“0”11：4ADR端口地址8bit的
15、载荷数据的端口地址，无保留地址Idle中设为全“0”训练序列中设为全“1”3：0DIP-44-bit的对角线隔行校验位4-bit的奇校验，通过计算当前控制字和紧邻的数据字（前1控制字后面的数据字内容，无数据字则不计算）表 3 控制字类型列表Bit15:12下一个字状态前一个字状态意义00000IdleContinuedIdle，非EOP，训练控制字10001ReservedReservedReserved20010IdleEOPw/abortIdle，中止前一个包30011ReservedReservedReserved40100IdleEOPw/2bytesIdle，EOP，2字节有效50101ReservedReservedReserved6
