Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NSC/D19900125Elc016.shtml

СБИС-контроллер сети Ethernet, предназначаемый для будущих локальных сетей

УДК 621.3.049.771.14+681.327.8

Милт Леонард (Milt Leonard)
Редакция Electronics

Milt Leonard. VLSI Ethernet controller targets future LANs, ED, 1990, No.2, pp.105,106,108.

Компания National Semiconductor Corp. разработала новую СБИС, системно-ориентированный контроллер сетевого интерфейса (SCNIC), обеспечивающий обмены данными между главной машиной и локальной сетью Ethernet со скоростями до 66 Мбайт/с.

Сейчас уже становится очевидным, что главными целями разработчиков при построении локальных вычислительных сетей (ЛВС) будут обеспечение высокой скорости и пропускной способности для терминального оборудования следующего поколения. Сегодняшние тенденции в развитии средств обработки данных свидетельствуют о том, что истинная ценность усовершенствованных компьютеров будет определяться эффективностью их взаимодействия с другими компьютерами, периферийными устройствами коллективного пользования и большими системами внешней памяти данных, представляющими собой ресурсы локальной сети. Уже сейчас для построения сетей начинают использоваться не специальные кремниевые ИС, устанавливаемые на специализированные дополнительные платы, а однокристальные сетевые контроллеры, монтируемые на основных панелях терминального оборудования.

На сегодняшний день самой высокой степенью интеграции характеризуется контроллер локальной сети, предлагаемый компанией National Semiconductor Corp. (Санта-Клара, шт.Калифорния). СБИС типа DP83932 SONIC (системно-ориентированный контроллер сетевого интерфейса) — это встроенный процессор передачи данных, предназначаемый для применения в 32-разрядных персональных компьютерах и АРМ серверах, мостах и шлюзах, объединяемых в локальную сеть Ethernet.

Эта сеть превратилась в стандарт де-факто для области локальных сетей благодаря своим многочисленным вариантам реализации, в число которых входят 10 Base 2 (скорость передачи данных 10 Мбит/с, тонкий коаксиальный кабель, максимальное расстояние 185 м), 10 Base 5 (скорость передачи данных 10 Мбит/с, толстый коаксиальный кабель, расстояние 500 м) и 10 Base T (скорость 10 Мбит/с, неэкранированная витая пара проводов, расстояние 100 м). Стандарт Ethernet предусматривает также возможность построения высокоскоростных сетей, например 100-Мбит/с волоконно-оптической интерфейсной локальной вычислительной сети FDDI в соответствии с требованиями стандарта ХЗТ9.5 АНИС.

Контроллер SONIC компании National совместим со всеми реализациями сетей Ethernet согласно требованиям IEEE 802.3. Как указывает Эд Родригес, ответственный за маркетинг изделий для локальных сетей в компании National, новый контроллер — также единственный прибор сети Ethernet, содержащий функциональные блоки управления как системного, так и станционного уровня, что позволяет разгрузить главные процессоры сети и повысить общую пропускную способность при обменах данными.

Контроллер DP83932 компания National изготавливает по собственной М2КМОП-технологии с 1,5-мкм (номинальными) проектными нормами; эта СБИС имеет архитектуру типа RISC и реализует требования периферийных устройств локальных сетей следующего поколения: это немультиплексированные 32-разрядные шины адресов и данных, повышенные скорости передачи данных по шинам, частоты многофазной синхронизации до 40 МГц, высокоскоростные встроенные средства прямого доступа к памяти (ПДП), возможности работы с гигабайтовым адресным пространством и работа с общим полем памяти, причем с поддержкой арбитража шины и режимов виртуальной памяти — словом, все то, что необходимо для современных 32-разрядных главных процессоров.

Сетевой интерфейсный контроллер DP83932 SONIC компании National обеспечивает обмены данными между главной системой и локальной сетью Ethernet со скоро
Рис.1. Сетевой интерфейсный контроллер DP83932 SONIC компании National обеспечивает обмены данными между главной системой и локальной сетью Ethernet со скоростями до 66 Мбайт/с. Секция кодека этой СБИС предусматривает подключение к сети через внешние развязывающие трансформаторы и ИС приемопередатчика, рассчитанную на работу либо на коаксиальный кабель, либо на симметричную витую пару проводников.

В число основных функциональных блоков СБИС входят: секция кодера-декодера (кодека) с контроллером доступа к среде передачи (MAC) и с возможностями полнодуплексной выдачи информации обратной связи для диагностики схем кристалла; блок управления буферами и интерфейс главной системы — и свыше 60 внутренних регистров для поддержки всех этих функций (рис.1). В отличие от более простых контроллеров предыдущих поколений эта архитектура делает контроллер SONIC функционально похожим на интерфейсную микросистему подключения ресурсов ВВ к сети Ethernet с разделением памяти. Традиционные контроллеры имеют полудуплексные средства управления доступом к среде передачи, т.е. не позволяют одновременно осуществлять передачу и прием данных. Блок управления доступом к среде контроллера SONIC является полнодуплексным. В процессе приема данных из сети схема последовательно-параллельного преобразования формирует из последовательности поступающих данных октеты и передает их в 32-байт приемный буфер FIFO. Контроллер SONIC имеет управляющий контакт, который позволяет выбирать порядок следования байтов слова, начиная со старшего или младшего, для обеспечения совместимости с 16- и 32-разрядными микропроцессорами компаний National, Intel или Motorola (рис.2).

Контроллер SONIC имеет контакт режима шины, позволяющий пользователю выбирать формат следования байтов для обеспечения совместимости либо с шинами мик
Рис.2. Контроллер SONIC имеет контакт режима шины, позволяющий пользователю выбирать формат следования байтов для обеспечения совместимости либо с шинами микропроцессоров компаний National Semiconductor и Intel (где первым следует младший байт слова), либо с шинами микропроцессоров компании Motorola (где порядок следования начинается со старшего байта). Выбранный формат действует как для 16-, так и для 32-разрядных трактов данных, соответственно содержимому регистра задания конфигурации.

В то же самое время компаратор адресов сравнивает поле адреса получателя с содержимым адресных регистров для ассоциативной памяти в ИС. Ассоциативная память, которая поддерживает программные средства операционных систем нового поколения, содержит 48-разрядные элементы — 16 программируемых пользователем и один заранее запрограммированный широковещательный адрес,— что позволяет фильтровать любые комбинации групповых или физических адресов. В традиционных контроллерах используются так называемые алгоритмы кэширования для групповой адресации, а это недетерминированная схема, которая может вызывать передачу пакета данных не на ту станцию, которой он предназначается. Архитектура контроллера SONIC с ассоциативной памятью обеспечивает отличную фильтрацию 16 адресов для групповой или широковещательной адресации многих сетевых узлов и благодаря этому предотвращает ошибки в маршрутизации пакетов.

Когда компаратор обнаруживает совпадение адресов, схема последовательно-параллельного преобразования передает следующий пакет в буфер FIFO приема. Этот буфер компенсирует различия в скоростях передачи данных между сетью и главной системой. Затем данные поступают в блок управления буферами, который осуществляет обработку принимаемых и передаваемых пакетов в системной памяти без необходимости промежуточных операций копирования пакетов. Блок управления буфером приема использует различные участки памяти для выделения дополнительных ресурсов, указания информации состояния и буферизации данных пакетов.

Передающая схема контроллера SONIC считывает данные из буфера FIFO передачи и выдает последовательные данные в сеть в соответствии с требованиями стандарта IEEE 802.3 CSMA/CD (коллективный доступ с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов). Конечный автомат, входящий в состав этой секции, управляет схемой параллельно-последовательного преобразования, которая выдает последовательность данных в формате БВН (без возвращения к нулю) в блок манчестерского кодирования. Этот же автомат управляет генератором преамбулы (обеспечивающим синхронизацию схемы принимающих узлов по передаваемым данным), протокольным конечным автоматом, генератором контроля циклическим избыточным кодом и генератором сигналов наличия конфликта. Последняя схема уведомляет все узлы сети о том, что обнаружен конфликт.

Блок управления буфером передачи использует две области памяти для хранения информации состояния и управления и для выборки данных пакетов. В области состояния и управления предусматривается создание очереди передачи, так что по одной команде можно передать целую группу пакетов. Данные пакетов могут размещаться на любой случайной границе байтов или в нескольких несмежных ячейках памяти. Благодаря этому оптимизируется использование шины, поскольку, например, сетевой сервер может формировать очередь запросов на обращения к сетевым ресурсам.

Гибкий интерфейс

Благодаря такой схеме управления буферами со связанными списками контроллер SONIC с успехом может работать в самых различных условиях и системах — от адаптеров, ориентированных на персональные компьютеры, до высокоскоростных основных плат машины. Эта СБИС имеет выводы, позволяющие подключать ее к различным системным шинам; в частности, в состав ее периферийных схем входят драйверы ВВ для работы с линиями данных и адресов, средства управления доступом к шине для процессоров компании National Semiconductor, Intel и Motorola, логика установления соединения и квитирования для асинхронных и синхронных систем, средства управления взаимодействием с подчиненными абонентами, средства управления прерываниями и управления доступом к разделяемой памяти.

Одной из главных характеристик любого сетевого контроллера является способ его работы с ресурсами памяти. Контроллер SONIC имеет внешнее адресное пространство размером до 2 Гслов и реализует архитектуру двухконтактного прямого доступа к памяти, что обеспечивает при тактовой частоте 20 МГц скорость передачи данных 40 Мбайт/с. При максимальной тактовой частоте 33 МГц такая архитектура ПДП позволяет осуществлять обмены данными со скоростью до 66 Мбайт/с и при этом занимает менее 2% общей пропускной способности шины. Все обмены данными с памятью контроллер SONIC производит в блочном режиме.

Наличие программируемого внутреннего регистра дает возможность регулировать скорость ПДП применительно к требованиям конкретной системы. Например, для использования с архитектурой микроканала МСА компьютера PS/2 корпорации IBM контроллер SONIC можно запрограммировать на пятиконтактный прямой доступ к памяти, что соответствует требованиям сегодняшней 20-Мбайт/с скорости обмена данными для МСА. Возможность включать программируемое число периодов ожидания в цикл обращения к памяти также весьма полезна — это позволяет использовать для построения системы памяти различные динамические ЗУПВ и находить таким образом оптимальные технико-экономические решения.

Рассматриваемый сетевой контроллер отличается еще одной важной особенностью — он решает характерную для многих сетей проблему неэффективного использования мостовых средств. Мост — это процессор, который обеспечивает возможность связи различных локальных сетей, реализующих один и тот же протокол (локальные сети, реализующие различные протоколы, связываются при помощи так называемых шлюзов). Большинство мостов «непрозрачны», т.е. они задерживают и ограничивают прохождение потока пакетов данных между локальными сетями. Однако блокированные пакеты в существующих системах Ethernet занимают шину и не позволяют другим абонентам использовать ее. Контроллер SONIC исключает подобные ситуации благодаря тому, что его блок управления буферами восстанавливает режим и ретранслирует пакеты данных, которые не проходят с одной стороны моста на другую. Использование указателей для трансляции пакетов также способствует уменьшению непроизводительных расходов времени шины и программных средств.

Вслед за созданием 32-разрядных микропроцессоров, выполняющих с высокой скоростью прикладные программы в распределенных вычислительных системах, появилось новое поколение программных средств управления станциями и сетями.

В числе подобных системных программ можно назвать Netware 386, LAN Manager, АРС и OSI. Используя управляющие возможности этих средств программного обеспечения, контроллер SONIC поддерживает требования стандарта сетевого управления IEEE 802.ЗН, что дает возможность с какого-либо одного узла сети осуществлять контроль работы сети в целом.

Эти средства позволяют загружать в регистры статистические данные по пакетам в конце приема или передачи данных. Например, три 16-разрядных счетчика содержат число потерянных пакетов, ошибок ЦИК и ошибок границ кадров. Предусматривается сбор и других статистических данных по работе сети, например по конфликтам при передаче кадров, по числу правильно принятых кадров (кадров групповой и широковещательной передачи) и ошибок на уровне управления доступом к среде передачи. Кроме того, имеется 32-разрядный контрольный таймер для слежения за временами программируемых пользователем событий.

Сетевой интерфейсный контроллер DP83932 SONIC конструктивно оформляется в 132-контактном пластмассовом плоском корпусе с четырехсторонним расположением выводов. В настоящее время выпускаются опытные образцы этой СБИС, а ее серийное производство намечено начать с марта 1990г; прибор будет стоить 55 долл. за штуку при заказах партиями по 100 шт.

National Semiconductor Corp., 2900 Semiconductor Drive,
P.O.Box 58090, Santa Clara, CA 95052-8090; (408)721-5000

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 63, No.03 (832), 1990г - пер. с англ. М.: Мир, 1990, стр.53

Electronics Design Vol.38 No.1 January 11, 1990 A Penton Publication

Electronics Design Vol.38 No.2 January 25, 1990 A Penton Publication

Milt Leonard. VLSI Ethernet controller targets future LANs, ED, 1990, No.2, pp.105,106,108.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Контроллеры





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NSC/D19900125Elc016.shtml