Interlaken总线原理

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    随着通信电子技术的高速发展，芯片间的数据交换速度越来越快，目前已经迈进100Gbps 时代，传统的SPI4.2或XAUI总线由于自身的局限性，不能扩展到10Gbps以上。SPI4.2采用低速并行总线，如要向更高速度扩展的话，势必会增加更多的引脚，因而需要大面积的PCB走线，使硬件设计更加复杂；而XAUI总线无法对数据包流实行信道化，无法实现QOS特性。

    基于以上情况，Cisco和Cortina两家公司共同推出Interlaken总线。Interlaken总线在使用上非常灵活，总线容量在理论上不存在上限，可根据用户需求自行调节，数据采用64B/67B编码方式，主要应用于10Gbps端口的MAC、OC-768 SONET framer、下一代100Gb以太网集成电路和100Gbps Switch fabric与包处理器。

        Interlaken总线主要用于板内传输，由于Interlaken总线上没有FEC模块，所以不适合背板传输(背板传输主要使用10GBASE-KR总线，后续会单独介绍)。

     ♦Interlaken总线物理结构

   

       1). TX_Data[n:0]_P/N：数据发送通道，CML电平差分信号，每对差分线速率为1-6.25Gbps，总线上数据通道差分线的对数n，可以根据实际需要自行设定。
       2).TX_FC_CLK：数据发送通道带外流控参考时钟，LVCMOS电平单端信号。
       3).TX_FC_SYNC：数据发送通道带外流控同步信号，LVCMOS电平单端信号。
       4).TX_FC_DATA：数据发送通道带外流控数据信号，LVCMOS电平单端信号。
       5). RX_Data[n:0]_P/N：数据接收通道，CML电平差分信号，每对差分线速率为1-6.25Gbps，总线上数据通道差分线的对数n，可以根据实际需要自行设定。
       6).RX_FC_CLK：数据接收通道带外流控参考时钟，LVCMOS电平单端信号。
       7).RX_FC_SYNC：数据接收通道带外流控同步信号，LVCMOS电平单端信号。
       8).RX_FC_DATA：数据接收通道带外流控数据信号，LVCMOS电平单端信号。

    数据通道上采用时钟内嵌技术，将时钟信息嵌入到数据中，在接收端，通过芯片内部的PLL电路来恢复出时钟。

     ♦Interlaken总线的特点

   1).可扩展性好
   Interlaken 具有在不同数量的通道上运行的能力，从而可实现其扩展性。Interlaken 接口可使用任意数量的串行链接 （或 “通道”）。 有效带宽与通道数量直接
相关。如下图所示。2/4/8条Interlaken通道的带宽分别为10Gbps/20Gbps/40Gbps。


       Interlaken接口的有效带宽还与各通道比特率直接成比例。 例如，若通道数相同， 3.125 Gbps 端口可承载 6.25 Gbps 端口一半的有效载荷。Interlaken  是一个非常易于扩展的接口。 例如，容量为 40 Gbps 的 IC 可使用 8 通道与其它的 40 Gbps IC 连接，使用 4 通道与 20 Gbps IC 连接，以及使用 2 通道与 10 Gbps 设备连接。 因此，不同容量的IC 可实现互操作，从而实现后向兼容。如下图所示。


    2).灵活性大
        Interlaken 可在不同数量的通道上运行，为器件互连提供高度的灵活性。 单个物理接口中不同容量的 IC 可分成多个低速的物理接口。 例如， 8 个物理通道可组成一个40 Gbps 接口、 2 个 20 Gbps 接口，或 4 个 10 Gbps 接口。 因此，根据该示例，高带宽的IC 可连接至多个低带宽 IC，从而增加系统的端口数量。如下图所示。


      ♦Interlaken总线的流控技术

     数据包接口所需的另一个重要工具是背压或流量控制。 由于Interlaken一般与线接口异步运行，且为许多通道承载数据包，因此，为防止缓冲器溢出，实现板载设备之间的速率匹配，必须进行某种流量控制。

          Interlaken 提供简单的开关指示 （通常称为 Xon/Xoff），指示传输端何时停止发送数据包。Interlaken 终端设备一般都带有单通道缓冲器，并具有可编程的流量控制阈值。 当缓冲器被填充至高于其阈值时，终端设备将 Xoff 发送至 Interlaken 源设备，指示该情况。 此时，源设备停止向该通道发送通信量。 类似地，一旦缓冲器排空至低于其阈值，终端设备向Interlaken 源设备发送 Xon，指示源设备再次开始向该通道发送通信量。 在设置缓冲器大小和阈值时，必须考虑通道速率、流量控制延时、源调度响应和其它因素。如果阈值与缓冲器深度正确设置，将不会有数据包丢失在终端设备中，线路始终得到充分利用。

       Interlaken 有两种方法发送 Xon/Xoff 流量控制信息。 带内流量控制和带外流量控制。

    带内流量控制是在突发控制字中执行，一般用于源设备与终端设备位于相同设备时的双向应用。如下图所示。


    带外流量控制在简单的  3-位总线上执行。当应用为单向时，或源设备与终端设备不在同一设备中时，该控制更为有效。如下图所示。FC_SYNC是流控同步信号，高电平有效，表示一个流控的开始。




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