23自协商技术专题.docx
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23自协商技术专题
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以太网自协商技术专题
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脉冲、脉冲序列、寄存器自协商
摘要:
本文针对以太网的自协商技术的概念、实现方法、典型运用进行了详细的描述。
缩略语清单:
无。
参考资料清单
无。
以太网自协商技术专题
1自协商技术概述
自协商功能允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端,并接受对方可能传递过来的相应信息。
它使用修订过的10BASE-T的整合性测试脉冲序列(linkintegritytestpulsesequence)来传递信息,自协商功能完全由物理层芯片设计实现,因此并不使用专用数据包或带来任何高层协议开销。
自协商功能的基本机制就是将协商信息封装进一连串修改后的“10BASE-T连接测试收发波形”的连接整合性测试脉冲。
这串脉冲被称为快速连接脉冲(FLP)。
每个网络设备必须能够在上电、管理命令发出、或是用户干预时发出此串脉冲。
快速连接脉冲包含一系列连接整合性测试脉冲组成的时钟/数字序列。
将这些数据从中提取出来就可以得到对端设备支持的工作模式,以及一些用于协商握手机制的其他信息。
为了保持与现有10BASE-T设备的互操作性,自协商协议还具有接受与10BASE-T兼容的连接整合性测试脉冲(也被称为普通连接脉冲(NLP)序列)的功能。
当一个设备不能对快速连接脉冲做出有效的反应,而仅返回了一个普通连接脉冲时,它将被作为一个10BASE-T兼容设备对待。
2自协商技术的功能规范
脉冲序列中的第一个脉冲为时钟脉冲,并在其后每隔125us出现一个时钟脉冲,数据脉冲出现的位置在相邻两个时钟脉冲的中点上。
且以正脉冲表示逻辑1,无脉冲表示逻辑0。
一个FLP脉冲序列包含17个时钟脉冲,16个数据脉冲(如果数据比特位都是1的话),16个数据比特位的编码见后面。
NLP脉冲波形要比FLP简单,它只是在没有数据帧发送时每隔16ms发送一次正脉冲。
FLP和NLP的波形如下图所示。
图1单一快速连接脉冲(FLP)的波形
图2连续的快速连接脉冲(FLP)和普通连接脉冲(NLP)的波形
3自协商技术中的信息编码
快速连接脉冲(FLP)的信息编码可以分为两类,一类是基本连接码字(基本页BasePage),支持基本的信息的交换。
另外类是下一页码字(NextPage),以支持附加信息页的交换。
基本页的信息编码可由下图表示。
图3基本页的信息编码图
(1)选择域(SelectorField):
S[0:
4]用于标识自协商消息的类型。
已定义的类型如下表所示,所有未列出的组合的意义均保留,保留的编码组合目前不应在传输中出现。
S4
S3
S2
S1
S0
Selectordescription
0
0
0
0
0
ReservedforfutureAuto-Negotiationdevelopment
0
0
0
0
1
IEEEStd802.3
0
0
0
1
0
IEEEStd802.9ISLAN-16T
1
1
1
1
1
ReseervedforfutureAuto-Negotiationdevelopment
表1
(2)技术能力域(TechnologyAbilityField):
A[0:
7]用于描述本端网络接口所支持的各种工作模式。
不同的选择域类型对应不同的技术能力域定义。
下面表格给出IEEE802.3标准下定义的各种技术能力及其编码。
Bit
Technology
Minimumcablingrequirement
A0
10BASE-T
Two-pairCategory3
A1
10BASE-TFULLDUPLEX
Two-pairCategory3
A2
100BASE-TX
Two-pairCategory5
A3
100BASE-TXFULLDUPLEX
Two-pairCategory5
A4
100BASE-T4
Four-pairCategory3
A[5:
7]
Reservedforfururetechnology
表2自协商的技术支持域的含义
当协商双方都支持一种以上的工作方式时,需要有一个优先级方案来确定一个最终工作方式。
下表按优先级从高到底的顺序列出了IEEE802.3所支持的五种模式。
1.100BASE-TXfullduplex
2.100BASE-T4
3.100BASE-TX
4.10BASE-Tfullduplex
5.10BASE-T
(3)远程错误(RemoteFault):
远程错误位(RF)提供了传递简单错误信息的机制。
当发信方的自协商广告寄存器中的RF位(Register4[13])被置位时,基本连接码字的RF位相应变为逻辑1;当接收方收到的基本连接码字的RF位(Register4[13])为逻辑1时,其MII状态寄存器的RF位(Register1[4])也将被置位(如果收方具有MII管理功能的话)。
(4)应答(Acknowledge):
应答位(Ack)在自协商信令中用于表明线路上的一方已经收到了另一方发出的基本连接码字。
(5)下一页(NextPage):
下一页(NF)在自协商信令中表示要进行下一页的信息的传送。
如果一个设备不支持下一页功能,它应将此位置0,如果设备支持下一页功能,但不想进行下一页操作,它也应该将此位置0,只有设备支持此功能并要进行下一页操作时才将此位置1。
自协商功能除了可以发送基本页信息来进行信息的交换,还可以通过发送下一页信息的功能来进行额外的信息的交换。
下一页信息的编码又分为两种,一种是消息页编码,另外一种是非格式化页编码,消息页是用来定义一套消息的,非格式化页在某一消息页后发送,用来表示这一消息的数据信息,一个消息页后面可以跟随不止一个非格式化页。
这两种页编码格式如下:
图4下一页的信息编码格式
各个域的含义如下:
1)消息域(MessageCodeField)
消息域为11个比特(M0-M10),由通信双方定义,可以定义2048个消息。
2)非格式化域(UformattedCodeField)
非格式化域为11个比特(U0-U10),携带某个消息的数据信息。
3)比特交替域(Toggle)
比特交替域位于比特11位,它的值为上一页的该比特值的非值。
第1个下一页的该值为基本页的比特11位的值。
4)应答域2(Acknolowledge2)
应答域2用来表示对方可否执行本方发送过来的消息。
为0表示不能执行,为1表示可以执行。
5)消息页域(MessagePage)
消息页域用来表示此下一页编码是消息页编码还是非格式化消息页编码。
为1表示是消息页编码,为0表示是非格式化消息页编码。
6)应答域(Acknolowledge)
与基本页中的应答域的含义类似,表示对方收到了本方发送过来的下一页编码数据。
7)下一页(NextPage)
此域为1表示还有后续页要发送,此域为0表示此页为最后一个下一页。
4.自协商功能的寄存器控制
前面已经介绍过,与自协商功能有关的寄存器为寄存器4-7。
它们分别是自协商公告寄存器(地址0x4)、自协商能力寄存器(地址0x5)、自协商扩展寄存器(地址0x6)、自协商下一页传送寄存器(地址0x7)。
下面一一介绍它们。
(1)自协商公告寄存器(地址0x4)
自协商公告寄存器的域定义如下图所示:
图5自协商公告寄存器的域定义图
由上图可以看出,寄存器的域定义与基本页编码的域定义是一一对应的,除了比特14是保留域(置为0)外。
因为在基本页编码的比特14是应答域(Ack),此域是由硬件自动处理的,所以寄存器对应的此位被保留了。
其它的域对应这里就不在重复介绍了。
在芯片启动自协商时,此域中的值(除比特14外)会被编入基本页编码中在FLP脉冲中发送出去并等待对方应答。
(2)自协商能力寄存器(地址0x5)
自协商能力寄存器的域定义如下图所示:
图6自协商能力寄存器的域定义图
此寄存器的数据格式有两种形式,是分别用来存放从对方收到的FLP脉冲中提取的自协商基本页数据和下一页信息编码的。
所以寄存器的域定义与基本页信息编码的域定义或下一页信息编码是一一对应的,所以就不再介绍域定义了,另外在新的802.3协议中此寄存器的功能作了改动,改为只接收基本页的数据,而下一页的数据信息存放在寄存器地址0x08的位置。
在查阅物理层芯片的寄存器的功能时要主要这一点。
(3)自协商扩展寄存器(地址0x6)
图7自协商扩展寄存器比特域定义
各比特位含义如下:
比特0:
(LinkPartnerAuto-NegotiationAble)为1表示对方芯片有自协商能力,为0表示对方芯片无自协商能力。
比特1:
(PageReceived)为1表示收到新的一页信息,为0表示没有收到新的一页信息。
此比特位在读取后会自动清零。
比特2:
(NextPageAble)为1表示芯片允许下一页功能,为0表示芯片不允许下一页功能。
比特3:
(LinkPartnerNextPageAble)为1表示对方芯片表示芯片允许下一页功能,为0表示对方芯片不允许下一页功能。
比特4:
(ParallelDetectionFault)为1表示在比自协商过程中出现错误,为0表示在自协商过程中没有出现错误。
比特5-15:
(Reserved)保留。
(4)自协商下一页传送寄存器(地址0x7)
其比特域定义如下:
图8自协商下一页传送寄存器比特域定义
可以看出,除了比特14外,寄存器的比特域的定义与下一页的信息编码是一一对应的。
比特14是应答域由硬件自己控制,所以寄存器中将此域保留为0,其它域的含义请见前面介绍。
41000BASE-X的自协商功能
1000BASE-X的自协商功能是将信息包含在/C/命令集中。
类似于FLP脉冲,自协商主要应用在1000BASE-X,在光纤上还不能实现。
自协商功能由PCS层提供。
信息编码同样分为两类:
基本页和下一页。
图9基本页寄存器示意图
基本页信息内容和在管理寄存器的信息的映射如下:
比特
名称
描述(若无详细说明,1为有效)
管理寄存器的信息的映射(地址.比特)
0:
4
Reserved(rsvd)
保留
无映射
5
FullDuplex(FD)
全双工
4.5
6
HalfDuplex(HD)
半双工
4.6
7:
8
PAUSE(PS1):
ASM_DIR(PS2)
提供暂停能力交换机制,编码如下-暂停:
不对称暂停操作
0:
0-不停
0:
1-不对称暂停对于链接对方
1:
0-对称暂停
1:
1-对称暂停和不对称暂停对于本地设备
4.7:
4.8
9:
11
Reserved
保留
无映射
12:
13
RemoteFault
远程错误--RF1:
RF2
0:
0-没有错误,链接OK(缺省值)
0:
1-离线
1:
0-链接失败
1:
1-自动协商失败
4.12:
4.13
14
Acknowledge(ACK)
链接对方发出的基本或下一页接收成功
无映射
15
NextPage(NP)
下一页
4.15
基本页寄存器的内容表
暂停(PS1,PS2)的更详细的内容可以参考802.3z中附录31B。
下一页的编码格式如下:
图10下一页编码示意图
其含义与FLP中的消息页编码和非格式化页编码相同。
自协商寄存器和6个专用管理寄存器相关,这些管理寄存器如下:
a)控制寄存器(寄存器0)
b)状态寄存器(寄存器1)
c)AN公告寄存器(寄存器4)
d)AN链接协商能力页寄存器(寄存器5)
e)AN扩展寄存器(寄存器6)
f)扩展状态寄存器(寄存器15)
如果下一页也支持,自协商功能还用两个管理寄存器:
a)AN下一页发送寄存器(寄存器7)
b)AN下一页协商能力页寄存器(寄存器8)
下面一一介绍它们。
1)自协商公告寄存器(地址0x4)
自协商公告寄存器的域定义如下表所示:
比特
名称
描述
R/W
15
NextPage
下一页
R/W
14
Reserved
写时为零,读忽略
RO
13:
12
RemoteFault
远程错误
R/W
11:
9
Reserved
写时为零,读忽略
RO
8:
7
PAUSE
暂停
R/W
6
HalfDuplex(HD)
半双工
R/W
5
FullDuplex(FD)
全双工
R/W
4:
0
Reserved
写时为零,读忽略
RO
由上图可以看出,寄存器的域定义与基本页编码的域定义是一一对应的,除了比特14是保留域(置为0)外。
因为在基本页编码的比特14是应答域(Ack),此域是由硬件自动处理的,所以寄存器对应的此位被保留了。
其它的域对应这里就不再重复介绍了。
在芯片启动自协商时,此域中的值(除比特14外)会被编入基本页编码中在FLP脉冲中发送出去并等待对方应答。
2)自协商能力基本寄存器(地址0x5)和自协商能力下一页寄存器(地址0x8)
自协商能力基本寄存器和自协商能力下一页寄存器的域定义与自协商功能的配置寄存器的基本页下一页的信息编码的定义是相同的,因为自协商能力寄存器的数据是从对方的自协商脉冲中提取协商基本页数据和下一页信息编码的。
所以寄存器的域定义与基本页信息编码的域定义或下一页信息编码是一一对应的,而且这些寄存器的内容是只读的,所以就不再介绍域定义了。
3)自协商扩展寄存器(地址0x6)
自协商扩展寄存器(ExtendedStateRegister),地址0x6,内容如下:
比特
名称
描述
R/W
初始值
15:
3
Reserved
读忽略
RO
0
2
NextPageAble
1-本地设备支持下一页功能
0-本地设备不支持下一页功能
RO
0
1
PageRecieved
1-新的一页收到
0-为收到新的一页
RO
0
0
Reserved
读忽略
RO
0
千兆物理层芯片的自协商扩展寄存器表
注:
RO=ReadOnly,只读;
LL=LatchingLow,低电平锁存;
LH=LatchingHigh,高电平锁存。
4)自协商下一页传送寄存器(地址0x7)
其比特域定义如下:
图11自协商下一页传送寄存器比特域示意图
可以看出,除了比特14外,寄存器的比特域的定义与下一页的信息编码是一一对应的。
比特14是应答域由硬件自己控制,所以寄存器中将此域保留为0,其它域的含义请见前面介绍。
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