DE69733931T2

DE69733931T2 - Kreuzvermittlungsschalter und verfahren mit beschränktem spannungshub und blockierungsfreien vermittlungswegen

Info

Publication number: DE69733931T2
Application number: DE69733931T
Authority: DE
Inventors: Albert Mu; D. Jeffrey LARSON
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JPH11511633A; JP3742112B2; EP0840971B1; DE69733931D1; WO1997031463A3; US5991296A; EP0840971A2; US6490213B1; WO1997031463A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet elektronischer Routing-Systeme und insbesondere auf Schaltsystem und Verfahren zum Leiten von Datenpaketen zwischen Datenports.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Crossbar-Schaltersystem ist eine relaisbetriebene Vorrichtung oder das Äquivalent, das eine Verbindung zwischen einer Ein-Bit-Signalleitung in einem Satz von Signalleitungen und einer Ein-Bit-Signalleitung in einem anderen Satz von Signalleitungen herstellt, die in Bezug auf die Signalleitungen in dem einen Satz im Wesentlichen orthogonal orientiert sind. In einem typischen Chip wird ein Crossbar-Schalter genutzt, um Daten von einem Datenport zu einem anderen Datenport zu leiten. Traditionelle Crossbar-Schalter auf Zellenbasis mit voller logischer Schwingungsbreite enthielten viele Schaltelemente, die aufgrund der Kapazität der Schaltelemente und des Widerstands und der Kapazität des Metalls zu langen Zeitverzögerungen und einem hohen Stromverbrauch führten. Im Allgemeinen leiteten herkömmliche Systeme Daten, indem die Daten, die von einem sendenden Datenport zu einem diesem Datenport zugeordneten Eingabepuffer übertragen werden sollten, entlang einer einzigen Signaldatenleitung zu einem Eingang eines Crossbar-Schalters, zu einem Schnittpunkt, an welchem eine zweite Datenleitung, die ebenfalls mit dem Crossbar-Schalter verbunden ist, eine Verbindung aufweist, zu einem Ausgang des Crossbar-Schalters und zum empfangenden Datenport.
In einem typischen herkömmlichen System hat ein Crossbar-Schaltersystem sechs bidirektionale Datenleitungen, so daß es nur eine Datenleitung für jeden Datenport gibt, der der Einfachheit halber 1 bis 6 nummeriert ist. Jeder Datenport hat einen Datenpuffer, und jeder Datenpuffer enthält Blockeinheiten, die jeweils einen Teil eines Datenpakets halten. Typischerweise gibt es sechs bis acht Blockeinheiten in jedem Datenpuffer. Jeder Datenpuffer ist mit der Datenleitung gekoppelt, die mit dem bestimmten Datenport verbunden ist. Innerhalb des Crossbar-Schalters ist jede Datenleitung mit jeder anderen Daten leitung an einem Schnittpunkt gekoppelt. Typischerweise sind die Datenleitungen 1, 2 und 3 horizontal angeordnet, während die Datenleitungen 4, 5 und 6 vertikal angeordnet sind, so dass die Datenleitungen ein Gitter oder orthogonal orientierte Datenleitungen bilden. Wo sich zwei Leitungen schneiden und miteinander koppeln, liegt ein Schnittpunkt zum Verbinden zweier Datenports.
Wenn das herkömmliche System in Funktion ist, lädt ein Datenport seinen zugeordneten Puffer mit den Datenpaketen, die er übertragen möchte, zusammen mit Informationen über die Priorität der Daten in den Blöcken und auf welchem Ausgangsport die Daten übertragen werden sollen. Ein Entscheidungsprozess wird ebenfalls genutzt, um die Reihenfolge zu bestimmen, in der die Blockeinheiten über die Datenleitung zum Crossbar-Schalter übertragen werden sollen. Überdies bestimmt ein zweiter Entscheidungsprozess am Ausgabeende, ob der Zieldatenport zur Verfügung steht, um die Daten von den Datenblöcken zu empfangen. In herkömmlichen Systemen finden die Entscheidungsprozesse statt, um eine Übertragungspriorität zu liefern. Wenn ein Datenblock erfolgreich Zugriff auf sowohl die übertragende Datenleitung als auch die empfangende Datenleitung erlangt, werden die Daten zu dem Crossbar-Schalter und zu dem Zieldatenport übertragen, indem von der übertragenden Leitung zu der empfangenden Leitung am Schnittpunkt umgeschaltet wird, wo die beiden Leitungen miteinander koppeln. Ähnlich kann ein anderer Datenport eine ähnliche Operation vornehmen, um Daten von seinem Puffer entlang seiner Datenleitung zu dem Crossbar-Schalter zu dem Schnittpunkt, wo die Datenleitung, die mit dem Zielport gekoppelt ist, mit der übertragenden Datenleitung koppelt, und heraus zum Zieldatenport zu übertragen.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen eine Operation der herkömmlichen Systeme. Als ein erstes Beispiel trachtet der Datenport 1 danach, seine Datenpakete zum Datenport 6 zu übertragen. Der Datenport 1 lädt die Datenpakete in die Blöcke, zum Beispiel 8 Datenpakete in 8 Blöcke, des Puffers des Datenport 1. Jedes Datenpaket im Puffer des Datenport 1 enthält auch Prioritätsinformationen wie z.B. niedrig, mittel oder hoch sowie Adreßinformationen, um eine Übertragung der Daten zum Datenport 6 zu leiten. Das System beginnt mit der Nutzung eines ersten Entscheidungsprozesses, um die Reihenfolge einer Übertragung der Datenpakete in den Blöcken über die Datenleitung 1 zum Crossbar-Schalter zu bestimmen. Ein zweiter Entscheidungsprozeß bestimmt dann, ob der Datenport 6 zur Verfügung steht, um die Datenpakete zu empfangen. Sind diese Entscheidungsprozesse einmal abgeschlossen und wird einem Datenblock Zugang zu sowohl der Datenleitung 1 als auch der Datenleitung 6 gewährt, wird das Datenpaket von diesem Datenblock über die Datenleitung 1 in den Crossbar-Schalter, zu dem Schnittpunkt, wo die Datenleitung 1 mit der Datenleitung 6 koppelt, auf die Datenleitung 6 und heraus zum Datenport 6 übertragen. Das Problem bei diesem Ansatz besteht darin, daß zwei Entscheidungsprozesse die Systemleistung vermindern, da Systemzeit und Ressourcen verbraucht werden, um die Datenpakete einzurichten und zu ordnen, bevor eine Übertragung beginnt. In den herkömmlichen Systemen wird außerdem eine interne Blockierung nicht verhindert. Eine interne Blockierung ist ein typisches Problem in herkömmlichen Systemen, wo ein für einen bestimmten Datenport bestimmtes Datenpaket wegen einer Übertragung eines anderen Datenpakets zu diesem Datenport nicht zu diesem Datenport übertragen werden kann.
Als ein zweites Beispiel versuchen sowohl der Datenport 1 als auch der Datenport 3 ihre jeweiligen Datenpakete zum Datenport 6 zu übertragen. In dieser Ausführung durchläuft jeder Quellendatenport einen ersten Zuteilungs- oder Entscheidungsprozeß, um die Reihenfolge für die Übertragung der Datenpakete in den Datenblöcken ihres eigenen Datenpuffers über ihre Datenleitung und zum Crossbar-Schalter zu bestimmen. Ein zweiter Entscheidungsprozeß wird ebenfalls genutzt, um zu bestimmen, ob der Datenport 6 zur Verfügung steht, um die Datenpakete zu empfangen, und falls dies der Fall ist, von wo er die Datenpakete empfangen kann, d.h. entweder von dem Puffer des Datenport 1 oder dem Puffer des Datenport 3. Nachdem die beiden Entscheidungsprozesse abgeschlossen sind, beginnt der Datenblock, der beide Entscheidungsprozesse gewonnen hat, über seine Datenleitung zu dem Crossbar-Schalter, zu der Datenleitung 6 und auf den Datenport 6 zu übertragen. Alle anderen Datenpakete in den Datenblöcken des Datenport 1 und des Datenport 3 müssen auf die Übertragung warten. Das Problem bei diesem Ansatz besteht wiederum darin, dass die beiden Entscheidungsprozesse signifikante Systemzeit und Ressourcen erfordern, was zu einer verringerten Leistung des gesamten Systems für das Leiten von Daten führt.
Als ein drittes Beispiel eines Crossbar-Schaltersystems trachtet der Datenport 1 danach, ein Datenpaket zum Datenport 6 zu übertragen. In diesem Beispiel hat der Datenport 1 schon den ersten Entscheidungsprozeß durchlaufen und beginnt eine Übertragung der Datenpakete von seinem Dateneingabepuffer zum Datenport 6. Anschließend trachtet der Datenport 3 danach, seine Datenpakete von den Datenblöcken seines Dateneingabepuffers zu übertragen, wobei die Datenpakete von einigen Blöcken für den Datenport 6 bestimmt sind und die Datenpakete von anderen Blöcken für den Datenport 5 bestimmt sind. Außerdem sind die Datenblöcke, die die Datenpakete halten, die zum Datenport 6 übertragen werden sollen, mit hoher Priorität versehen, während die Datenblöcke, die die Datenpakete halten, die zum Datenport 5 übertragen werden sollen, mit mittlerer Priorität versehen sind.
Während des ersten Entscheidungsprozesses für das Datenpaket des Datenport 3 werden die Datenpakete in den Datenblöcken, die für den Datenport 6 bestimmt sind, hinsichtlich ihrer Priorität für eine Übertragung über die Datenleitung 3 geordnet. Der zweite Entscheidungsprozeß wird jedoch keine Übertragung zum Datenport 6 zulassen, da der Datenport 6 eine Datenübertragung nicht empfangen kann, weil er mit einem Empfang von Daten vom Datenport 1 beschäftigt ist. Außerdem können die Daten in den Datenblöcken, die für den Datenport 5 bestimmt sind, nicht übertragen werden, weil sie den ersten Entscheidungsprozeß gegen die Blöcke mit hoher Priorität verloren, die darauf warten, über die Datenleitung 6 und auf den Datenport 6 zu übertragen. Die Datenpakete in den Datenblöcken, die für den Datenport 6 bestimmt sind, erhielten Priorität und Kontrolle über die Datenleitung 3, da sie im ersten Entscheidungsprozeß Vorrang erhielten, bis ihre Übertragung abgeschlossen ist. Dieses Problem, das beschrieben wurde und mit den herkömmlichen Systemen verbunden ist, ist ein weiteres Beispiel einer internen Blockierung. Eine interne Blockierung tritt auch auf, wo mehrere Datenpakete mit der gleichen Priorität im gleichen Dateneingabepuffer liegen. Interne Blockierung verringert die Systemleistung wegen der längeren Zeit, die erforderlich ist, um die Datenpakete zu übertragen, wenn ein Datenblock mit höherer Priorität nicht übertragen kann, was erzwingt, daß Datenblöcke mit niedrigerer Priorität im Leerlauf oder in Bereitschaft bleiben und warten, bis der Datenblock höherer Priorität seine Übertragung abschließt.
Ein weiteres Problem, das mit herkömmlichen Crossbar-Schaltersystemen verbunden ist, beinhaltet eine Nutzung einer Funktionsausführung mit voller Schwingungsbreite, um logische Zustände zu schalten. Ein Abfall im Spannungspegelsignal hat zur Folge, daß Zustände nicht umschalten können, weil der geeignete Spannungspegel, der notwendig ist, um den Schalter auszulösen, nicht erreicht werden kann. Falls zum Beispiel die Spannung, die zum Umschalten eines Zustands erforderlich ist, 2,5 Volt ("V") für EIN und 0,8 V für AUS beträgt und der Systemspannungspegel nur 2,3 V erreicht, kann der Schalter nicht EIN schalten. Das Problem mit Systemen nach dem Stand der Technik besteht darin, daß längere Taktzykluszeiten erforderlich sind, da das System zum Umschalten von Zuständen warten muss, bis der Spannungspegel auf 2,5 Volt zurück steigen kann. Eine Busausführung mit voller Schwingungsbreite der Systeme nach dem Stand der Technik hat außerdem eine größere Leistungsdissipation auf dem Chip zur Folge. Folglich gibt es eine Verringerung der Leistung und des Leistungsverhältnisses auf dem Chip.
Daher besteht ein Bedarf an einem Crossbar-Schaltersystem, das einen schnelleren und effizienteren Datendurchsatz liefert, wodurch die Leistung des gesamten Schaltersystems zunimmt. Es besteht auch ein Bedarf an einen Schalterdatenbus, der ein schnelleres und effizienteres Umschalten erlaubt, obwohl er stark belastet und mit ohmschen Verbindungen verdrahtet ist.
US 5 285 445 offenbart mehrere Maßnahmen für die Anordnung von Schaltnetzwerken und Schaltnetzwerksteuerungen, um Flaschenhälse im Schaltnetzwerk zu vermeiden. Diese Maßnahmen beinhalten unter anderem die Umordnung von Eingabepuffern, so dass man mehrere Datensektionen hat. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die zu übertragenden Datenblöcke in Teilblöcke einer entsprechenden Anzahl von Bits segmentiert und in einem bitparallelen Modus übertragen.
US 5 412 380 offenbart eine hochintegrierte Kreuzungspunkt- oder Koppelpunktschaltung, die für eine Vermittlungseinrichtung (engl. exchanger) in ISDN angepasst ist, für eine Übertragung von Zellen im asynchronen Transfermodus bei der Datenübertragung. Die LSI-Koppelpunktschaltung enthält viele Einheiten schaltende Zellen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Gemäß diesem Dokument können die Daten über ein Schaltsystem mit Eingangsports mit einem Puffer, einem Schaltnetzwerk mit mehreren Kreuzungs- oder Koppelpunkten und Ausgangsports übertragen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnelles und effizientes Crossbar-Schaltersystem und -verfahren zum Übertragen von Daten zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese obige Aufgabe wird mit Hilfe eines Systems nach Anspruch 1 bzw. eines Verfahrens nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Wesentlichen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schaltersystem in einer Routing-Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, Daten von einen Datenport durch die Verwendung eines Crossbar-Schalters zu einem anderen Datenport zu leiten. Die vorliegende Erfindung ist dafür ausgelegt, den Datendurchsatz eines Crossbar-Schaltersystems zu erhöhen, indem mehrere Eingabedatenbusse oder -pfade von einem Quellendatenport zu einem differentiellen Ausgabedatenbus oder -pfad mit reduzierter Schwingungsbreite im Crossbar-Schalter gekoppelt werden, um die Daten an einem Zieldatenport zu erzeugen, der mit dem Ausgabedatenbus gekoppelt ist.
Das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung erfüllt die Forderung nach einem schnelleren und effizienteren Datendurchsatz in einem Schaltersystem, um die Leistung des gesamten Systems zu verbessern. Das System der vorliegenden Erfindung umfasst einen Eingabepuffer eines Quellendatenport, einen ersten Quellendaten-Eingabepfad, einen zweiten Quellendaten-Eingabepfad, einen ersten Datenausgabepfad, einen zweiten Datenausgabepfad und zumindest eine Koppelpunktschaltung. Der Eingabepuffer des Quellendatenport umfasst ferner eine Datensektion und eine zweite Datensektion. Jede Koppelpunktschaltung ist eine differenzielle Schaltung mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung.
Die erste Datensektion des Eingabepuffers des Quellendatenport ist mit dem ersten Dateneingabepfad gekoppelt, und die zweite Datensektion des Ein gabepuffers des Quellendatenport ist mit dem zweiten Dateneingabepfad gekoppelt. Die ersten und zweiten Dateneingabepfade koppeln jeweils mit dem ersten Datenausgabepfad und dem zweiten Datenausgabepfad über die Koppelpunktschaltung, die an jedem Schnittpunkt der Eingabepfade und der Ausgabepfade liegt. Das System der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass Daten in jeder Datensektion gleichzeitig zu verschiedenen Datenausgabepfaden übertragen werden, ohne eine Übertragung aufgrund eines anfänglichen Entscheidungsprozesses, um über einen einzelnen Dateneingabepfad zu übertragen, zu verzögern, ein Problem einer internen Blockierung oder einen überlasteten Bus. Daher erhöht die vorliegende Erfindung signifikant einen Datendurchsatz im System.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte, in denen jedes oder jeder von mehreren Datenpaketen oder -frames in Datensektionen eines Eingabepuffers geladen wird, ein Eingabepfad für jede Datensektion mit einem Schalter gekoppelt wird, jedes Datenpaket von der Datensektion über den gekoppelten Eingabepfad zum Schalter übertragen und jedes Datenpaket vom Eingabepfad zu einem Ausgabepfad geschaltet wird. Das Verfahren der beanspruchten Erfindung ermöglicht ein gleichzeitiges Übertragen mehrerer Datenpakete von einem Eingabepuffer zu einem Schalter und anschließendes Weiterleiten der Datenpakete zu einem oder mehreren Zieldatenports. Das Verfahren der beanspruchten Erfindung verbessert daher die Leistung des gesamten Systems, indem die Rate und Effizienz eines Datendurchsatzes im System erhöht werden.
Das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine differenzielle Koppelpunktschaltung mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung für ein Schaltersystem. Die Koppelpunktschaltung umfasst eine erste Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und eine zweite Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung zusammen mit einer ersten Transistorschaltung und einer zweiten Transistorschaltung für jeden Dateneingabepfad und einen Leseverstärker für einen Datenport. Die erste Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung ist mit der ersten Transistorschaltung und dem Leseverstärker gekoppelt. Die zweite Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung ist mit der zweiten Transistorschaltung und dem Leseverstärker gekoppelt. Der Leserverstärker erzeugt ein Ausgangssignal für den Datenport. Die Koppelpunktschaltung hat den Vorteil, daß mehrere Dateneingabepfade auf einem Bus in einem Schalter gekoppelt werden, ohne wegen einer Überlastung des Busses die Systemleistung zu verringern. Die Koppelpunktschaltung ermöglicht auch Änderungen in einem Zustand eines Datensignals basierend auf einem Taktsignal und einer Spannungsdifferenz statt eines bestimmten Spannungspegels, wodurch die Systemleistung erhöht wird, weil die Unanfälligkeit gegen Gleichtaktrauschen erlaubt, dass geringere Spannungsschwingungsbreiten verwendet werden. Außerdem ist die Leistungsdissipation auf dem Chip reduziert, weil die Spannungsschwingungsbreite auf dem Bus reduziert ist.
Das Betriebsverfahren der Koppelpunktschaltung umfasst die Schritte, in denen eine erste Spannungsleitung und eine zweite Spannungsleitung auf einen voreingestellten Spannungspegel geladen werden, der voreingestellte Spannungspegel von der ersten Spannungsleitung entladen wird, der voreingestellte Spannungspegel in der zweiten Spannungsleitung gehalten wird, ein Taktsignal am Leseverstärker empfangen wird, um den Leseverstärker in einen Ein-Zustand zu versetzen, der Leseverstärker basierend auf der Spannungsdifferenz in der ersten Spannungsleitung und der zweiten Spannungsleitung ausgelöst wird und ein Ausgangssignal mit voller Schwingungsbreite vom Leseverstärker abgegeben wird. Das Betriebsverfahren der Koppelpunktschaltung liefert den Vorteil, daß Ausgangszustände basierend auf einer differentiellen Spannungsmessung statt einer Messung des Spannungspegels geändert werden. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, die Leistung des gesamten Systems zu erhöhen, weil eine Gleichtaktunterdrückung ermöglicht, dass eine geringere Schwingungsbreite des Spannungssignals genutzt wird. Da das Verfahren eine ausgezeichnete Unterdrückung von Gleichtaktrauschen aufweist, können Ausgangssignale mit voller Schwingungsbreite erzeugt werden.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bezüglich der folgenden Beschreibung, beigefügten Ansprüche und beiliegenden Zeichnungen besser verstanden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Crossbar-Schaltersystems in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer internen Struktur der vorliegenden Erfindung mit einem Satz von Dateneingabepfaden und einem Satz von Datenausgabepfaden veranschaulicht, die über eine Koppelpunktschaltung in einem Crossbar-Schalter gekoppelt sind;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform von Datenpaketen oder -frames veranschaulicht, die in einen Eingabepuffer eines Quellendatenport geladen werden;
4 ist ein Flußdiagramm, das ein Betriebsverfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines internen Teils der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, worin mehrere Quellendatenports versuchen, zu mindestens einem gemeinsamen Zieldatenport zu übertragen;
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Koppelpunktschaltung innerhalb eines Crossbar-Schalters der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7A ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren des allgemeinen Betriebs einer Koppelpunktschaltung in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7B und 7C sind ein Flußdiagramm, das ein anderes Betriebsverfahren einer Koppelpunktschaltung in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
8 ist eine graphische Darstellung von Wellenformen, die während eines Betriebs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorliegen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bezugnehmend nun auf 1 veranschaulicht das Blockdiagramm eine Ausführungsform eines Schaltsystems für einen Crossbar-Schalter der vorliegenden Erfindung, das einen Crossbar-Schalter 105, Eingabepuffer 110, 120, 130, 140, 150, 160 von Datenports, einen entsprechenden Satz von Dateneingabepfaden 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f, Datenausgabepfade 118, 128, 138, 148, 158, 168, Zieldatenports 10, 20, 30, 40, 50, 60 und eine Entscheidungseinheit 170 für jeden Datenport 10, 20, 30, 40, 50, 60 (für insgesamt sechs (6) Entscheidungseinheiten) umfasst. Der Eingabepuffer 2 bis 5 120, 130, 140, 150 der Datenports und ihre zugeordneten Dateneingabepfade 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f sind nicht dargestellt; es sollte sich jedoch verstehen, dass sie im Aufbau dem Eingabepuffer 110 des Quellendatenport 1 und dem Eingabepuffer 160 für den Quellendatenport 6 und ihren jeweiligen Dateneingabepfaden 115a–f, 165a–f äquivalent sind. Obwohl nicht dargestellt, sollte es sich jedoch verstehen, dass der Quellendatenport 1 mit dem Eingabepuffer 110 des Quellendatenport 1 und dem Datenausgabepfad 118 gekoppelt ist, der Quellendatenport 2 mit dem Eingabepuffer 120 des Quellendatenport 2 und dem Datenausgabepfad 128 gekoppelt ist, der Quellendatenport 3 mit dem Eingabepuffer 130 des Quellendatenport 3 und dem Datenausgabepfad 138 gekoppelt ist, der Quellendatenport 4 mit dem Eingabepuffer 140 des Quellendatenport 4 und dem Datenausgabepfad 148 gekoppelt ist, der Quellendatenport 5 mit dem Eingabepuffer 150 des Quellendatenport 5 und dem Datenausgabepfad 158 gekoppelt ist und der Quellendatenport 6 mit dem Eingabepuffer 160 des Quellendatenport 6 und dem Datenausgabepfad 168 gekoppelt ist. In der vorliegenden Erfindung kann jeder Datenport eine Router-Vorrichtung, eine Netzwerkvorrichtung eine Computervorrichtung, eine Peripherievorrichtung oder dergleichen sein.
Jeder Eingabepuffer 110, 120, 130, 140, 150, 160 eines Quellendatenport ist mit einem entsprechenden Satz von Dateneingabepfaden 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f gekoppelt. Jeder Satz von Dateneingabepfaden 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f ist mit dem Crossbar-Schalter 105 an einem zugeordneten Eingang für jeden Dateneingabepfad gekoppelt. Die Datenausgabepfade 118, 128, 138, 148, 158, 168 sind mit dem Crossbar-Schalter 105 ebenfalls gekoppelt. Jeder Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168 ist ebenfalls mit seinem jeweiligen Zieldatenport 10, 20, 30, 40, 50, 60 gekoppelt. Für jeden Zieldatenport 10, 20, 30, 40, 50, 60 ist die zugeordnete Entscheidungseinheit 170 mit jedem Eingabepuffer 115, 125, 135, 145, 155, 165 von Quellendatenports und dem Crossbar-Schalter 105 gekoppelt. Sowohl der Crossbar-Schalter 105 als auch die Entscheidungseinheit 170 enthalten einen Taktsignaleingang.
Eine Operation des Systems ist im allgemeinen mit einem Bewegen von Daten von einem Quellendatenport zu einem oder mehreren Zieldatenports verbunden. Wenn zum Beispiel der Quellendatenport 1 zum Zieldatenport 6 60 übertragen möchte, wird zuerst der Eingabepuffer 110 des Quellendatenport 1 mit Datenpaketen oder -frames geladen, die übertragen werden sollen. Ein Datenframe umfasst ein Datenpaket, das andere Bitinformationen wie zum Beispiel Adress- oder Prioritätsinformationen enthalten kann, wie im Folgenden diskutiert wird. Das jeweilige Datenpaket wird in seine eigene Datensektion des Eingabepuffers 110 für Quellendaten geladen und über den mit jeder Datensektion verbundenen Dateneingabepfad übertragen. Als nächstes bestimmt die zugeordnete Entscheidungseinheit 170, ob der Zieldatenport 6 60 zur Verfügung steht, um Daten zu empfangen. Steht der Zieldatenport 6 60 zur Verfügung, ermöglicht die Entscheidungseinheit, daß eine Koppelpunktschaltung 210 den Dateneingabepfad und den Datenausgabepfad elektrisch koppelt, so daß die Datenpakete zum Ausgabepfad 168 des Zieldatenports 6 umgeschaltet oder geroutet werden, der mit dem Zieldatenport 6 60 gekoppelt ist.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es mehr oder weniger als sechs Quellen- oder Zieldatenports, Eingabepuffer von Quellendatenports und Datenausgabepfade geben. Es kann auch mehr oder weniger als sechs Datensektionen und sechs Dateneingabepfade für jeden Eingabepuffer eines Datenport zu einem Crossbar-Schalter geben.
Bezugnehmend nun auf 2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eine Ausführungsform einer internen Schaltungsanordnung des Crossbar-Schalters 105. Das Blockdiagramm zeigt eine Koppelpunktmatrix mit horizontalen und vertikalen Bussen, die an jedem Schnittpunkt durch eine Koppelpunktschaltung 210 miteinander gekoppelt sind. Die Dateneingabepfade 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f umfassen die horizontalen Busse, und die Datenausgabepfade 118, 128, 138, 148, 158, 168 umfassen die vertikalen Busse. Das System enthält auch die Zieldatenports 10, 20, 30, 40, 50, und jeder Zieldatenport 10, 20, 30, 40, 50, 60 hat eine zugeordnete Entscheidungseinheit 170.
Jeder Dateneingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f ist mit einer Datensektion 310a–f jedes Eingabepuffers 110, 120, 130, 140, 150, 160 eines Quellendatenport verbunden, um einen zweckbestimmten Zugriff auf den Crossbar-Schalter 105 zu schaffen. Jeder Dateneingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f koppelt elektrisch mit jedem Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168 über eine Koppelpunktschaltung 210 an einem Schnittpunkt, wo sich beliebige zwei Pfade kreuzen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es folglich 6 Eingabepuffer von Quellendatenports, die jeweils 6 Datensektionen, 36 Dateneingabepfade, 6 Datenausgabepfade und 216 Koppelpunktschaltungen (36 Koppelpunktschaltungen entlang jedem Datenausgabepfad) innerhalb des Crossbar-Schalters 105 aufweisen. Außerdem ist jede Entscheidungseinheit 170, die mit jedem Zieldatenport verbunden ist, mit jedem Eingabepuffer 110, 120, 130, 140, 150, 160 eines Quellendatenport und dem Crossbar-Schalter 105 gekoppelt.
Die Entscheidungseinheit 170 enthält eine Entscheidungslogik, um ein Erlaubnissignal (engl. grant signal) zu erzeugen, das mit einem Taktsignal kombiniert wird, um ein Freigabesignal für den Koppelpunktschalter 210 zu liefern, wie im Folgenden bezüglich 6 beschrieben wird. Eine Ausführungsform der Entscheidungseinheit 170 ist ferner in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/603880 beschrieben, auf die oben verwiesen wurde, mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR COORDINATING ACCESS TO AN OUTPUT OFA ROUTING DEVICE IN A PACKET SWITCHING NETWORK", die am 22. Februar 1996 von Jeffrey D. Larson, Albert Mu und Thomas M. Wicki eingereicht wurde. Außerdem ist jeder Dateneingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f und jeder Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168 ein 70-Bit-Datenpfad. In alternativen Ausführungsformen kann die Bitbreite jedes Datenpfads mehr oder weniger 70 Bits betragen. Außerdem kann jeder Datenpfad ein 10 Millimeter ("mm") langes Leitungselement enthalten.
Ein Vorteil davon, dass ein zweckbestimmter Eingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f von jeder Datensektion jedes Eingabepuffers 110, 120, 130, 140, 150, 160 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Crossbar-Schalter 105 vorgesehen ist, ist die Eliminierung einer Entscheidung, um Zugriff auf den Crossbar-Schalter durch einen einzigen nicht zweckbestimmten Einga bepfad zu erhalten, wodurch ein Datendurchsatz innerhalb des Systems erhöht wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Eliminierung einer internen Blockierung, wie im Folgenden ferner beschrieben wird, wodurch ebenfalls der Datendurchsatz innerhalb des Systems erhöht wird.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Quellendatenport, der ein Datenpaket in einen Eingabepuffer des Quellendatenport lädt. Der Einfachheit halber wird die Figur bezüglich des Eingabepuffers 110 des Quellendatenport 1 beschrieben; es sollte sich aber verstehen, dass die allgemeinen diskutierten Grundlagen für die übrigen Eingabepuffer 120, 130, 140, 150, 160 von Quellendatenports gelten. Diese Ausführungsform enthält den Quellendatenport 1, den Eingabepuffer 110 des Quellendatenport 1 mit sechs Datensektionen 310a–f und sechs Eingabepfade 115a–f des Quellendatenport 1. Jede Datensektion 310a–f ist mit ihrem jeweiligen eigenen Dateneingabepfad 115a–f gekoppelt. Im Allgemeinen wird jedes Datenpaket in ihre eigene Datensektion 310a–f geladen. Mit jedem Datenpaket ist auch ein Header verbunden, der Prioritäts- und Zieladressinformationen für dieses bestimmte Datenpaket liefert. Das Datenpaket mit den zugeordneten Adress- und Prioritätsinformationen kann als der Datenframe bezeichnet werden. Jedes Datenpaket kann für den gleichen Zieldatenport oder für verschiedene Zieldatenports bestimmt sein. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann es mehr oder weniger Datensektionen in einem Eingabepuffer geben.
Bezugnehmend nun auf 4 veranschaulicht ein Flußdiagramm ein allgemeines Betriebsverfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer beispielhaften Übertragung von Datenpaketen von dem Quellendatenport 1 zum Zieldatenport 6 60. Wenn das System startet, 350, und die Datenpakete zum Zieldatenport 6 60 übertragen werden sollen, wird jedes Datenpaket in seine eigene Datensektion 310a–f des Eingabepuffers 110 des Quellendatenport 1 geladen, 355. Jedes Datenpaket enthält auch einen Header, der Zielinformationen, die eine Übertragung zum Zieldatenport 6 60 angeben, sowie Prioritätsinformationen liefert, die das Prioritätsniveau angeben, das mit jedem Datenpaket verbunden ist. Nachdem die Datenpakete in die geeigneten Datensektionen 310a–f geladen sind, 355, bestimmt, 360, das System durch einen Entscheidungsprozeß, ob der Zieldatenport 6 zur Verfügung steht, um die Daten zu empfangen. Steht der Zieldatenport 6 60 zur Verfügung, überträgt, 365, das System das Datenpaket in jeder Datensektion 310a–f zum Crossbar-Schalter 105. Jedes Datenpaket wird von seiner jeweiligen Datensektion 310a–f über seinen eigenen zweckbestimmten Eingabepfad 115a–f des Datenport 1, der mit der jeweiligen Datensektion 310a–f gekoppelt ist, übertragen, 365. Das Datenpaket wird dann von den Eingabepfaden 115a–f des Datenport 1 zum Ausgabepfad 168 des Datenport 6 umgeschaltet oder geleitet, 370, und zum Zieldatenport 6 60 gesendet. Da jede Datensektion ihren eigenen Datenpfad hat, erfordert das System keinen separaten Entscheidungsprozeß, um von dem Dateneingabepuffer 110 zum Crossbar-Schalter 105 zu übertragen.
Die vorliegende Erfindung demonstriert den Nutzen davon, daß jedes Datenpaket und jede jeweilige Datensektion ihren eigenen zweckbestimmten Eingabepfad aufweisen, der direkt mit dem Crossbar-Schalter 105 gekoppelt ist. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß man statt zwei Entscheidungsprozesse einen Entscheidungsprozeß hat, so daß die Konkurrenzsituation, um Zugriff auf den Crossbar-Schalter 105 zu erlangen, eliminiert ist und das System den Entscheidungsprozeß nun in einem Taktzyklus abschließt. Durch Eliminieren der Zeit und der Systemressourcen, die früher für zwei Entscheidungen notwendig waren, um Datenpakete über einen einzigen Eingabepfad des Datenport 1 zum Crossbar-Schalter 105 zu übertragen, wird die Geschwindigkeit der Datensignalübertragung in dem System erheblich verbessert.
Bezugnehmend nun auf 5 veranschaulicht ein Blockdiagramm eine Ausführungsform eines internen Teils der vorliegenden Erfindung, worin mehrere Quellendatenports versuchen, zu mindestens einem gemeinsamen Zieldatenport zu übertragen. In dieser Ausführungsform enthält das System einen Crossbar-Schalter 105, Zieldatenports 10, 20, 30, 40, 50, 60, Eingabepuffer 110, 120, 130, 140, 150, 160 von Quellendatenports, Dateneingabepfade 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f, Datenausgabepfade 118, 128, 138, 148, 158, 168 und Koppelpunktschaltungen 210. Jede Koppelpunktschaltung 210 ist mit den Dateneingabepfaden 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f und den Datenausgabepfaden 118, 128, 138, 148, 158, 168 an einem Schnittpunkt von jedem der beiden Pfade gekoppelt. Ein Satz von Flußlinien (gestrichelte Linien entlang den Datenpfaden) veranschaulicht ein Beispiel des Flusses und möglichen Flusses von Datenpaketen von einem Eingabepuffer eines Quellendatenports zu einem Zieldatenport, wie im folgenden weiter diskutiert wird.
Der Einfachheit halber betrachtet man ein Datenpaket von einem Quellendatenport 1, das geladen und zum Zieldatenport 6 60 übertragen wird, ähnlich dem oben bezüglich 4 diskutierten Prozeß. Gleichzeitig trachtet eine Datensektion von dem Quellendatenport 4 danach, Datenpakete zum Zieldatenport 2 20 über den Ausgabepfad 128 des Datenport 2, zum Zieldatenport 3 30 über den Ausgabepfad 138 des Datenport 3 und zum Zieldatenport 6 60 über den Ausgabepfad 168 des Datenport 6 übertragen zu lassen. Ähnlich dem für die Datenpakete 4 diskutierten Prozeß werden folglich die Datenpakete vom Quellendatenport 4 in die Datensektionen des Eingabepuffers 140 des Quellendatenport 4 zusammen mit einem Header geladen, der Zielinformationen liefert, die angeben, ob ein bestimmtes Datenpaket zu dem Zieldatenport 2 20, dem Zieldatenport 3 30 oder dem Zieldatenport 6 60 übertragen werden soll. Der Header enthält auch Prioritätsinformationen bezüglich der relativen Priorität dieses Datenpaketes verglichen mit anderen Datenpaketen.
Um eine Operation dieser Ausführungsform zu veranschaulichen, nehme man an, dass das Datenpaket in der ersten Datensektion des Eingabepuffers 140 des Quellendatenports 4 hohe Priorität hat und für den Zieldatenport 6 60 bestimmt ist. Das Datenpaket in der zweiten Datensektion ist von mittlerer Priorität und für den Zieldatenport 3 30 bestimmt. Schließlich hat das Datenpaket in der vierten Datensektion eine niedrige Priorität und ist für den Zieldatenport 2 20 bestimmt. Die Entscheidungseinheit 170, die dem Zieldatenport 6 60 zugeordnet ist, gewährt keinen Zugriff auf den Zieldatenport 6 60, weil der Quellendatenport 1 gegenwärtig zum Zieldatenport 6 60 überträgt. Die Entscheidungseinheiten 170, die dem Zieldatenport 2 20 und dem Zieldatenport 3 30 zugeordnet sind, stellen jedoch fest, dass diese Datenports für einen Empfang der Datenpakete zur Verfügung stehen. Die vorliegende Erfindung überträgt die für den Zieldatenport 2 20 bestimmten Datenpakete und die für den Zieldatenport 3 30 bestimmten Datenpakete von den jeweiligen Datensektionen ungeachtet davon, daß diese Datenpakete eine geringere Priorität als das Datenpaket in der ersten Datensektion haben. Die vorliegende Erfindung kann die Datenpakete mit niedrigerer Priorität, die für den Zieldatenport 2 20 und den Zieldatenport 3 30 bestimmt sind, übertragen, wenn das Datenpaket mit höherer Priorität, das für den Zieldatenport 6 60 bestimmt ist, aufgrund der aktuellen Übertragung zum Zieldatenport 6 60 vom Datenport 1 nicht übertragen kann. Der zweckbestimmte Dateneingabepfad 140a–f für jede Datensektion des Eingabepuffers des Quellendatenport 4 eliminiert die Auflage, daß Datenpakete mit niedrigerer Priorität auf die Übertragung von Datenpaketen mit höherer Priorität zum Crossbar-Schalter 105 warten.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt eine herkömmliche Zuteilungs- oder Entscheidungseinrichtung einschließlich einer herkömmlichen Hardware, Software oder eine Kombination von Hardware und Software, um die Verfügbarkeit eines bestimmten Datenport oder von bestimmten Datenports zu bestimmen. In einer anderen Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung eine Entscheidungsvorrichtung und ein Entscheidungsverfahren nutzen, wie sie in der oben angegebenen US-Patentanmeldung mit Seriennummer 08/603880 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR COORDINATING ACCESS TO AN OUTPUT OFA ROUTING DEVICE IN A PACKET SWITCHING NETWORK" offenbart sind, die am 22. Februar 1996 von Jeffrey D. Larson, Albert Mu und Thomas M. Wicki eingereicht wurde.
Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht den Nutzen eines zweckbestimmten Dateneingabepfads 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f von jeder Datensektion eines Dateneingabepuffers 110, 120, 130, 140, 150, 160 zu jedem Datenausgabepfad 110, 120, 130, 140, 150, 160 innerhalb des Crossbar-Schalters 105. Das Vorhandensein jedes zweckbestimmten Dateneingabepfads 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f eliminiert die anfängliche Entscheidung, die früher für einen ersten Zugriff auf einen Dateneingabepfad, der zum Crossbar-Schalter 105 führt, erforderlich war. Das Vorhandensein jedes zweckbestimmten Dateneingabepfads 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f eliminiert auch Probleme einer internen Blockierung, weil eine Übertragung von Datenpaketen mit niedriger Priorität zum Crossbar-Schalter 105 ungeachtet des Vorliegens von Datenpaketen mit höherer Priorität gestattet ist, die darauf warten, von anderen Datensektionen eines Eingabepuffers eines Quellendatenport übertragen zu werden. Da keine interne Blockierung auftritt, liefert daher die vorliegende Erfindung einen Vorteil einer schnelleren Datenübertragung über den Crossbar-Schalter 105.
Bezugnehmend nun auf 6 veranschaulicht ein Blockdiagramm eine Ausführungsform der Koppelpunktschaltung 210 im Crossbar-Schalter 105. Die Koppelpunktschaltung 210 ist eine differenzielle Schaltungsstruktur mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung. Die Schwingungsbreite zum Umschalten von Zuständen beträgt typischerweise 500 Millivolt ("mV") aufgrund des möglicherweise großen differentiellen Modusrauschens von den sich kreuzenden und den benachbarten Leitern. Die Schaltung enthält eine Vorladeschaltung 401, eine Leitung V1 401 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und eine Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung. Für jeden Dateneingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f enthält die Schaltung eine Datenleitung 410, einen Inverter 415, einen Satz von Feldeffekttransistoren ("FETs") wie zum Beispiel FETs M1 420, M2 430, M3 440, M4 450 und eine Freigabeleitung 405, so daß es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sechsunddreißig (36) Sätze solcher Komponenten entlang jedem Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168 gibt. Außerdem enthält für jeden Datenport 10, 20, 30, 40, 50, 60 die Koppelpunktschaltung eine Verbindung mit einem Leseverstärker 480, Leseverstärkerleitungen A 460 und B 470 und eine Leseverstärkerausgangsleitung 490, so daß es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sechs (6) Sätze solcher Komponenten, einen entlang jedem Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168, gibt.
Die Vorladeschaltung 401 ist mit den Leitungen V1 402 und V2 403 mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung gekoppelt. Für jeden Dateneingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f ist dann die Freigabeleitung 405 mit einem Gate der FETs M1 420 und M2 430 gekoppelt. Außerdem ist die Datenleitung 410 mit einem Gate des FET M3 440 und mit dem Inverter 415 gekoppelt, der mit einem Gate des FET M4 450 gekoppelt ist. Für jeden Dateneingabepfad 115a–f, 125a–f, 135a–f, 145a–f, 155a–f, 165a–f ist die Datenleitung 410 mit dem Dateneingabepfad gekoppelt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Dateneingabepfad die Datenleitung 410.
Der FET M1 420 ist mit der Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung gekoppelt, und der FET M2 ist mit der Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung gekoppelt. Die FETs M1 420 und M3 440 bilden eine Transistorschaltung wie die FETs M2 430 und M4 450. Außerdem bilden FETs M1 420 und M2 430 ein differentielles Paar wie die FETs M3 440 und M4 450. Für jeden Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168 ist die Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung ebenfalls mit der Leseverstärkerleitung A 460 gekoppelt, während die Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung mit der Leseverstärkerleitung B 470 gekoppelt ist. Die Leseverstärkerleitungen A 460 und B 470 sind mit dem Leseverstärker 480 gekoppelt, der mit der Leseverstärkerausgangsleitung 490 gekoppelt ist. Die Ausgangsleitung 490 des Leseverstärkers ist mit ihrem jeweiligen Datenausgabepfad 118, 128, 138, 148, 158, 168 gekoppelt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Datenausgabepfad die Ausgangsleitung 490 des Leseverstärkers.
7A ist ein Flußdiagramm, das die allgemeine Operation einer Ausführungsform der Koppelpunktschaltung 210 veranschaulicht. Wenn die Koppelpunktschaltung 210 eine Operation beginnt, 700, werden eine erste Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und eine zweite Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung auf einen vorbestimmten Spannungspegel geladen, 705. Als nächstes wird der vorbestimmte Spannungspegel in der ersten Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung entladen 710, während der vorbestimmte Spannungspegel in der zweiten Leitung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung gehalten wird, 710. Ein Taktsignal wird dann am Leseverstärker empfangen, 715, um ihn einzuschalten oder in einen Ein-Zustand zu versetzen. Basierend auf einer Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und der zweiten Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung löst der Leseverstärker ein Ausgangssignal aus, 720, das eine Ausgabe mit voller Schwingungsbreite erzeugt, 725, das letztendlich an den Zieldatenport gesendet wird.
Bezugnehmend nun auf 7B und 7C veranschaulicht ein Flußdiagramm einer Ausführungsform der Operation der Koppelpunktschaltung 210, die in 6 gezeigt ist. Bei einer ansteigenden Flanke eines Taktsignals schaltet, wenn das System einen Betriebszyklus startet, 727, die Vorladeschaltung 401 ein, und ein Freigabesignal ist inaktiv. Die Leitung V1 401 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und die Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung werden durch die Vorladeschaltung 401 so geladen, 730, daß beide Leitungen auf einen vorbestimmten Spannungspegel wie zum Beispiel Vcc Volt der Stromversorgung geladen sind. Während die Leitungen V1 402 und V2 403 mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung geladen werden, 730, wird ein Datensignal entlang der Datenleitung 410 zum FET M3 440 übertragen, 735. Das Datensignal wird auch durch einen Inverter 415 invertiert und zum FET M4 450 übertragen, 735. Das Datensignal wird dann geladen, indem die Gates sowohl des FET M3 440 als auch das FET M4 450 vorkonditioniert werden, 740, so daß der geeignete Zustand des Datensignals erreicht wird. Als nächstes prüft das System, ob das Freigabesignal ankommen ist, 745. Falls es kein Freigabesignal gibt, fährt das System damit fort, den FET M3 440 und den FET M4 450 vorzukonditionieren. Wenn das Freigabesignal (logisch hoch = 1) auf der Freigabeleitung 405 vorhanden ist, wird die Vorladeschaltung 401 in einen Aus-Zustand versetzt, 750, und der FET M1 420 und der FET M2 430 werden beide in einen Ein-Zustand versetzt, 755. Das Freigabesignal wird vom Erteilungssignal der Entscheidungsschaltung 170 abgeleitet, das mit einen Taktsignal torgesteuert wird.
Das System bestimmt dann, 760, ob das Datensignal entlang der Datenleitung 410 zu der Zeit, zu der das Freigabesignal ankommt, ein logisch hohes, d.h. 1, ist. Falls das Datensignal hoch ist, wird die Transistorschaltung aus dem FET M1 420 und dem FET M3 440 in einen Ein-Zustand versetzt, 765, und die Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung beginnt damit, sich über diese Transistorschaltung zur Erdung zu entladen, 770. Umgekehrt wird die Transistorschaltung aus dem FET M2 430 und dem FET M4 450 in einen Aus-Zustand versetzt, 770, weil die invertierte Datenleitung eine logisch niedrige, zum Beispiel 0, ist, was folglich den FET M4 450 ausschaltet. Indem die Reihe aus dem FET M2 430 und dem FET M4 440 in einen Aus-Zustand versetzt wird, wird die Spannung in der Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung bei dem Pegel Vcc gehalten, 770. Der Spannungspe gel entlang der Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite wird entlang der Leseverstärkerleitung A 460 übertragen, und das Spannungspegel entlang der Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung wird entlang der Leseverstärkerleitung B 470 übertragen, 785, und die Signale in beiden Leseverstärkerleitungen A 460 und B 470 werden verwendet, um den Leseverstärker 480 anzusteuern. Der Leseverstärker 480 empfängt, 790, ein Taktsignal und schaltet ein, wenn das Taktsignal hoch ist. Wenn der Leseverstärker 480 einschaltet, erzeugt, 795, er ein Ausgangssignal basierend auf der Spannungsdifferenz in diesem Moment, das heißt mindestens 500 mV bei einer Betriebsfrequenz von 200 Megahertz ("MHz"), zwischen der Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und der Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung. Das Ausgangssignal, das erzeugt wird, 800, ist in Abhängigkeit von den besonderen Eigenschaften des Leseverstärkers 480 ein Ausgangssignal mit einer vollen Schwingungsbreite von entweder 3,3 Volt oder der Erdung (0 Volt).
Falls das Datensignal nicht hoch ist, 760, sondern stattdessen niedrig ist, wird der FET M3 in einen Aus-Zustand versetzt, 775, und der FET M4 450 wird in einen Ein-Zustand versetzt, 775, so daß die Schaltung aus dem FET M1 420 und dem FET M3 440 in einem Aus-Zustand ist und die Schaltung aus dem FET M2 430 und dem FET M4 450 in einem Ein-Zustand ist. Ist die Schaltung aus dem FET M1 420 und FET M3 440 im Aus-Zustand, wird der Spannungspegel in der Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung bei Vcc Volt gehalten, 780. Gleichzeitig wird der Spannungspegel in der Leitung V2 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung über die Schaltung aus dem FET M2 430 und FET M4 450 entladen, 780, die im Ein-Zustand ist. Der Spannungspegel in sowohl der ersten Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung als auch der zweiten Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung wird zum Leseverstärker übertragen, 785. Der Leseverstärker mißt, 790, die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungspegeln in der Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und der Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung. Der Leseverstärker 480 empfängt, 790, ein Taktsignal und schaltet bei dem hohen Taktsignal ein. Der Leseverstärker 480 schaltet sich ein und er zeugt, 795, ein Ausgangssignal basierend auf der Spannungsdifferenz in diesem Moment zwischen der Spannung in der Leitung V1 402 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung und der Spannung in der Leitung V2 403 mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung. Das Ausgangssignal, das erzeugt wird, 800, ist in Abhängigkeit von den besonderen Eigenschaften des Leseverstärkers 480 ein Ausgangssignal mit voller Schwingungsbreite von entweder 3,3 Volt oder der Erdung (0 Volt).
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Leseverstärker 480 ein herkömmlicher Leseverstärker. Alternativ dazu kann der Leseverstärker 480 ein Leseverstärker sein, wie er in der oben zitierten US-Patentanmeldung mit Seriennummer 08/603882 mit dem Titel "CLOCKED SENSE AMPLIFIER WITH POSITIVE SOURCE FEEDBACK" beschrieben ist, die am 22. Februar 1996 von Albert Mu eingereicht wurde. Die vorliegende Erfindung gestattet auch, dass der Leseverstärker 480 mit einer reduzierten Schwingungsbreite des Spannungssignals arbeitet, indem auf der Basis des Taktsignals und der differentiellen Spannung statt eines Spannungspegels mit voller Schwingungsbreite ein Signal erzeugt wird. Das System erzeugt auch ein Ausgangssignal mit voller Schwingungsbreite durch den Leseverstärker 480 mit entweder 3,3 Volt oder der Erdung (0 Volt) ungeachtet eines Auslösens oder Erzeugens des Ausgangssignals bei einer reduzierten Schwingungsbreitendifferenz. Das Signal mit voller Schwingungsbreite wird von der Ausgangsleitung 490 des Leseverstärkers an den Datenausgabepfad gesendet, mit dem sie gekoppelt ist.
Die Koppelpunktschaltung mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung ermöglicht, daß mehrere Dateneingabepfade eine Verbindung mit einem Bus eines Crossbar-Schalters ohne Überlasten des Busses herstellen. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht in einer Erhöhung der Systemgeschwindigkeit, weil mehrere Datenpakete zu und von dem Datenport gleichzeitig über den Bus des Crossbar-Schalters werden übertragen können, wodurch ein Ansatz geliefert wird, internes Blockieren zu eliminieren. Außerdem kann die Koppelpunktschaltung 210 eine Operation mit reduzierter differenzieller Schwingungsbreite zum Umschalten von einem Zustand zu einem anderen mit einer ausreichenden Spannungsdifferenz nutzen, statt einen bestimmten Spannungspegel erreichen zu müssen. Dies erhöht die Systemgeschwindigkeit, weil das System nicht auf einen bestimmten Spannungspegel in den Leitungen mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung vor einem Umschalten eines Zustands warten muß. Ein weiterer Vorteil dieses Entwurfs besteht in der reduzierten Leistungsdissipation wegen einer reduzierten Schwingungsbreite der Spannung auf dem Datenbus, so daß der gesamte Stromverbrauch des Chip reduziert ist. Außerdem reduziert ein Erzeugen oder Auslösen eines Ausgangssignals auf der Basis einer differenziellen Spannung Leistungsabfälle auf dem Chip, die den Systembetrieb nachteilig beeinflussen können.
8 ist eine graphische Darstellung von Wellenformen, die während eines Betriebs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorliegen. Die Wellenformen umfassen ein Taktsignal, ein Freigabesignal, ein Datensignal, ein Vcc1-Signal und ein Vcc2-Signal. Bei einer ansteigenden Flanke des Taktsignals ist das Freigabesignal inaktiv, und die Vorladeschaltung 410 schaltet ein, so daß das Vcc1- und das Vcc2-Signal bei einem Spannungspegel von Vcc liegen. Das Datensignal in das System ist in einem hohen oder 1-Zustand. Wenn das Freigabesignal aktiv wird, schaltet die Vorladeschaltung aus oder geht in einen Aus-Zustand. Das Vcc1-Signal beginnt, sich über FETs M1 und M3 zur Erdung zu entladen, weil das Datensignal im hohen Zustand ist. Das Vcc2-Signal bleibt beim Vcc-Spannungspegel. Bei der ansteigenden Flanke des Taktsignals schaltet der Leseverstärker ein und erzeugt ein Ausgangssignal basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen Vcc1 und Vcc2 oder löst dieses aus.
Wenn eine weitere ansteigende Flanke des Taktsignals ankommt, schaltet die Vorladeschaltung wieder ein oder geht in einen Ein-Zustand, und das Freigabesignal wird bald inaktiv. Die Spannungssignale Vcc1 und Vcc2 gehen noch einmal auf den Spannungspegel Vcc. Während dieser Zeit. kann das Datensignal zu einem niedrigen oder 0-Zustand umschalten. Wenn das Freigabesignal wieder aktiv wird, schaltet die Vorladeschaltung aus. Diesmal beginnt das Vcc2-Signal, über FETs M2 und M4 zur Erdung zu entladen, weil das Datensignal im niedrigen Zustand ist. Das Vcc1-Signal bleibt beim Vcc-Spannungspegel. Bei der ansteigenden Flanke des Taktsignals wird der Leseverstärker als Antwort auf die Differenz zwischen Vcc1 und Vcc2 wieder ausgelöst.
Obgleich die vorliegende Erfindung in einer Paketvermittlungsumgebung beschrieben wurde, können das System und Verfahren der vorliegenden Erfin dung bei anderen Schalt- oder Vermittlungsumgebungen wie zum Beispiel einer Durchschalteumgebung Anwendung finden. In einer Durchschalteumgebung gibt es kein Puffern, weil es keine Konkurrenzsituation für den Schalterstromkreis gibt.

Claims

Schaltsystem zum selektiven Übertragen von Datenpaketen und mit einem Schalter, einem Eingabepuffer (110) mit einer ersten Datensektion (310a) und einer zweiten Datensektion (310b) und mehreren Zieldatenports, welches System umfaßt: einen ersten zweckgebundenen Eingabepfad (115a), der mit der ersten Datensektion (310a) gekoppelt ist, und einen zweiten zweckgebundenen Eingabepfad (115b), der mit der zweiten Datensektion (310b) gekoppelt ist, um Datenpakete von der ersten Datensektion bzw. der zweiten Datensektion zum Schalter zu übertragen; mehrere Ausgabepfade, die mit den Zieldatenports gekoppelt sind, um die Datenpakete zu den Zieldatenports zu übertragen; und welches System ferner umfaßt: mehrere erste Koppelpunktschaltungen (210) mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung, die in dem Schalter jeweils angeordnet sind, um den ersten zweckgebundenen Eingabepfad und einen jeweiligen der mehreren Ausgabepfade zu koppeln, und mehrere zweite Koppelpunktschaltungen (210) mit reduzierten Schwingungsbreiten der Spannung, die in dem Schalter jeweils angeordnet sind, um den zweiten zweckgebundenen Eingabepfad und einen jeweiligen der mehreren Ausgabepfade zu koppeln, um die Datenpakete von dem ersten zweckgebundenen Eingabepfad bzw. dem zweiten zweckgebundenen Eingabepfad zu den Ausgabepfaden zu schalten, worin jede Koppelpunktschaltung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung ein differentielles Signal erzeugt und eine Vorladeschaltung (410) enthält, die vor einem Entladen der Koppelpunktschaltung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung in einen Aus-Zustand geschaltet werden kann.
Schaltsystem nach Anspruch 1, worin jede Schaltung (210) mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung ferner einen Leseverstärker (480) zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit voller Schwingungsbreite aufweist, welcher Leseverstärker einen differentiellen Eingang zum Empfangen des differentiellen Signals aufweist, das von der Koppelpunktschaltung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung erzeugt wurde.
Schaltsystem nach Anspruch 1, ferner mit einer Entscheidungseinheit, um zu bestimmen, ob die Zieldatenports zur Verfügung stehen, um die Datenpakete zu empfangen, welche Entscheidungsschaltung mit dem Schalter gekoppelt ist.
Schaltsystem nach Anspruch 1, ferner mit einem System zum Umschalten von Schaltungen.
Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei die Koppelpunktschaltung umfaßt: eine erste Spannungsleitung und eine zweite Spannungsleitung, wobei jede Spannungsleitung mit der Vorladeeinheit (410) gekoppelt ist, um eine vorbestimmte Spannungsladung zu tragen; eine erste Transistorschaltung, die mit der ersten Spannungsleitung zum Entladen der Spannungsladung in der ersten Spannungsleitung gekoppelt ist, wenn ein erster Transistor im An-Zustand ist; eine zweite Transistorschaltung, die mit der zweiten Spannungsleitung zum Entladen der Spannungsladung in der zweiten Spannungsleitung gekoppelt ist, wenn ein zweiter Transistor im An-Zustand ist; und einen Leseverstärker mit einem Eingang, um ein Taktsignal zu empfangen, einer ersten Eingangsleitung, einer zweiten Eingangsleitung und einem Ausgang, welche erste Eingangsleitung mit der ersten Spannungsleitung gekoppelt ist und welche zweite Eingangsleitung mit der zweiten Spannungsleitung gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal mit voller Schwingungsbreite am Ausgang zu erzeugen, wenn das Taktsignal hoch ist und es einen differentiellen Spannungspegel zwischen der Spannung in einer ersten Spannungsleitung und der Spannung in der zweiten Spannungsleitung gibt.
Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Schaltsystem zum selektiven Übertragen von Datenpaketen und mit einem Schalter, mehreren Ausgangspfaden, die mit Zieldatenports gekoppelt sind, und einem Eingabepuffer mit mehreren Datensektionen, wobei jede Datensektion mit einem zweckgebundenen Eingabepfad gekoppelt ist, welches Verfahren die Schritte umfaßt: Laden mehrerer Datenpakete in die mehreren Datensektionen (310a, 310b, ... 310f); Übertragen jedes Datenpakets zum Schalter über je einen zweckgebundenen Eingabepfad, der mit je einer Datensektion gekoppelt ist, die je ein Datenpaket hält; Schalten jedes Datenpakets von jedem zweckbestimmten Eingabepfad zu einem Ausgabepfad (115a, 115b, ... 115f), wobei: das Schalten jedes Datenpakets von jedem zweckgebundenen Eingabepfad zu einem Ausgabepfad über Koppelpunktschaltungen (210) mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung durchgeführt wird, wobei jede derartige Schaltung dafür eingerichtet ist, einen jeweiligen zweckgebundenen Eingabepfad mit einem jeweiligen Ausgabepfad zu koppeln; und jede Koppelpunktschaltung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung ein differentielles Signal erzeugt und eine Vorladeschaltung (480) enthält, die vor einem Entladen der Koppelpunktschaltung mit reduzierter Schwingungsbreite der Spannung in einen Aus-Zustand geschaltet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt eines Bestimmens, ob ein Zieldatenport zur Verfügung steht, um ein Datenpaket zu empfangen.