Московский государственный университет путей сообщения
Опубликован: 11.04.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 1311 / 300 | Оценка: 4.39 / 4.00 | Длительность: 17:21:00
ISBN: 978-5-9556-0036-1
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 6:

Каналы ввода-вывода

< Лекция 5 || Лекция 6: 1234 || Лекция 7 >

Последовательный канал ESCON

Канал ESCON, впервые примененный в серверах архитектуры ESA/390, использует для передачи сигналов оптоволокно [3.2, 3.3]. На физическом уровне ESCON-линия состоит из двух оптических кабелей, каждый из которых предназначен для передачи информации последовательными кодами в одном направлении. При этом реализуется полудуплексный режим с использованием протоколов типа запрос-ответ, и скорость передачи не превышает 200 Mb/s.

Для подключения периферийных устройств к ESCON-каналу используются соединения типа точка-точка, применяемые в сетевых технологиях на канальном уровне. Топология вариантов подключения к ESCON приведена на рис. 3.2. ESCON-канал типа CNC предусматривает как одиночные (рис. 3.2а), так и коммутируемые (switched point-to-point) подключения точка-точка (рис. 3.2б). В первом случае контроллер CU периферийного устройства подключается непосредственно к ESCON-каналу. Во втором случае для подключения нескольких CU к каналу используется коммутатор ESCON director (ESCD), позволяющий создавать соединения многих каналов со многими CU. Допускается каскадирование двух коммутаторов (рис. 3.2б) при условии, что соединение портов в одном из них является постоянным.

Подключение через ESCON-канал

Рис. 3.2. Подключение через ESCON-канал
Структурная организация ESCON director

Рис. 3.3. Структурная организация ESCON director

Укрупненная структурная схема ESCD приведена на рис. 3.3 [3.4]. Основу ESCD составляет переключательная матрица NxN, где N - число коммутируемых портов. Каждый из коммутируемых портов связан с одной ESCON-линией и содержит аппаратуру прямого и обратного преобразования оптических сигналов в электрические (Rx, Tx), мультиплексоров (MUX), демультиплексоров (DEMUX) для преобразования параллельных кодов в последовательные и наоборот. Принимаемые в порт фреймы информации содержат адреса источников и приемников информации, которые используются для управления переключательной матрицей. С этой целью в состав ESCD введен контроллер матрицы, который принимает от портов адреса и управляющую информацию и настраивает матрицу для связи соответствующих портов. В ESCD для коммутации используется технология in-band signaling, в соответствии с которой принимаемый в порт фрейм буферизуется на время приема адресов в контроллер матрицы и ее настройки на необходимое соединение. На такой случай каждый порт имеет буфер FIFO, емкости которого достаточно для размещения одного фрейма. Когда адресуемый фреймом выходной порт занят, в ESCD принят протокол, в соответствии с которым запрос на соединение не сохраняется и во входном порте формируется и передается в канал фрейм с информацией о занятости порта.

Для настройки ESCD используется внутренний управляющий порт, который может быть подключен к одному из портов для приема фреймов с необходимой для настройки информацией. Канал взаимодействует с управляющим портом, как с типовым контроллером периферийных устройств CU. Периферийным устройством для такого CU является процессор, также входящий в состав ESCD. Основная функция управляющего порта - обмен фреймами с каналом для настройки как самого порта, так и связанного с ним процессора.

Коммутатор ESCD позволяет соединить любые два порта, причем одновременно могут быть созданы до N/2 параллельно функционирующих соединений. Соединения могут быть двух типов:

  • Динамическое (dynamic) соединение автоматически создается при поступлении фрейма и разъединяется после его передачи. Инициатором разъединения может быть как входной, так и выходной порт. При настройке ESCD могут вводиться ограничения путем запрета на соединения некоторых портов.
  • Постоянное (dedicated) соединение фиксируется для соединения двух портов и исключает их использование для соединения с другими портами. Данный тип соединения передает поток фреймов информации без выполнения процедур настройки переключательной матрицы, что ускоряет обмен.

Настойка портов на постоянные или динамические соединения выполняется при настройке ESCD путем создания в процессорной памяти соответствующих таблиц. Количество портов для модели IBM 9032 Model 5 ESCON Director приведено в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Количество портов в ESCON-директоре
  Модель ESCD 9032-3 9033-4 9032-5
Порты        
Всего портов (max)   124 16 248
ESCON LED Ports (min/max)   16/124 4/16 0/248
ESCON XDF Ports (min/max)   0/108 0/12 0/248
FICON Bridge Ports (min/max)   - - 0/16

Помимо одиночных и коммутируемых CNC каналов в стандарте ESCON предусмотрены каналы CVC и CBY, позволяющие конвертировать ESCON-интерфейс в интерфейс соответственно блок-мультиплексного или байт-мультиплексного параллельного канала. Для этого используется ESCON-конвертер (рис. 3.4). Один ESCON-конвертер (например, IBM 9034, 34600 FXBT) позволяет подключить к ESCON-каналу до восьми контроллеров CU со стандартом параллельного канала.

Соединение канал-канал (CTC) для ESCON-каналов реализуется без дополнительных специальных устройств, однако требует настройки милликодами одного из ESCON-каналов на выполнение функций, связанных с межканальным обменом информацией. Эти функции подобны функциям контроллера CU периферийных устройств. CTC-соединения возможны через ESCD, при этом допускается число CTC-соединений, значительно большее, чем для параллельных каналов через MCCU.

Подключение параллельного канала к ESCON-каналу

Рис. 3.4. Подключение параллельного канала к ESCON-каналу

Максимальная длина интерфейса ESCON определяется типом используемого оптического кабеля. Стандарт LED link основан на многомодовом оптоволокне и допускает максимальную длину интерфейса 3 км для оптоволокна диаметром 62,5 микрон и 2 км для оптоволокна диаметром 50 микрон. Стандарт XDF link использует одномодовое волокно и максимальная длина интерфейса в этом случае для кабеля 9 микрон составляет 20 км.

Для реализации ESCON используется многоуровневая архитектура, подобная модели сетевой архитектуры OSI, однако количество и функции уровней в них различны. Протоколы уровней ESCON не основаны на общепринятых стандартах и являются уникальными; они используются в серверах IBM. Общая модель архитектуры ESCON приведена на табл. 3.4. Канал исполняет команды CCW, в соответствии с которыми осуществляет обмен данными с основной памятью. На уровне устройств канал формирует и распаковывает фреймы (Device-Level Frames), предназначенные для передачи данных, команд, состояний, необходимых в операциях ввода-вывода с периферийным устройством. Для управления линиями ESCON используются уровень линий и фреймы (Link-Level Frames), в которых передается информация для настройки и управления функционированием линий. На физическом уровне реализуются преобразование электрических сигналов в оптические и обратно и их передача по оптическим кабелям.

Таблица 3.4. Уровни архитектуры ESCON
Приложения SSCH, ORB, CCW
Уровень ESCON-устройств (Device Level) ESCON-канал
Уровень управления линией передачи данныхESCON (LinkLevel)
Физический уровень ESCON
ESCON-топология
ESCON CU

В ESCON используются два основных типа форматов для обмена информацией:

  • последовательности (sequences);
  • фреймы (frames).

Последовательности реализуются путем непрерывной передачи символа из 10 бит, который не встречается при передаче прикладных данных. Особые комбинации бит для таких символов возможны вследствие использования избыточного кодирования каждого передаваемого байта в 10-разрядные символы. Последовательности передаются узлом для индикации его особых состояний, например, порт ESCD передает такое сообщение при переходе в выключенное состояние.

Фреймы являются форматами для передачи данных и управления. Обобщенный формат фреймов приведен на рис. 3.5, где каждый символ представлен 10-разрядным словом, полученным путем кодирования соответствующего байта фрейма.

Форматы фреймов ESCON

Рис. 3.5. Форматы фреймов ESCON

Начало (SOF) и конец (EOF) фрейма задаются соответственно двумя или тремя символами, не используемыми в других полях. Возможны два типа концевика SOF: "соединить", что означает создание соединения c адресуемым узлом, и "пассивный", предполагающий, что соединение уже создано ранее. Концевик EOF также принимает одно из двух значений: "рассоединить" для отключения линии и "пассивный" - для сохранения соединения.

Поля адреса источника (S_Addr) и адреса приемника (D_Addr) содержат однобайтный адрес узлов, участвующих в обмене. В тех случаях, когда в узлах помимо физических адресов используются логические адреса (4 бита), они также указываются в полях адресов. В случае применения коммутатора ESCON в полях адресов указываются номера входного и выходного портов коммутатора, через которые осуществляется обмен.

Поле управления линией ESCON (Link Cntr) содержит бит, определяющий тип фрейма. Если бит указывает на фрейм Link-Level, в остальных битах поля указывается действие, выполняемое с линией. При этом поле данных может содержать от 0 до 104 байт дополнительной управляющей информации. Для фрейма Device-Level остальные биты поля Link Cntr не используются, а в поле данных указывается от 4 до 1028 байт информации.

Формат поля данных для фрейма Device-Level показан на рис. 3.5. Поля идентификаторов IFI (Information Field Identifier), адреса устройства (Device address) и флагов DHF (Device-Header Flag) образуют заголовок поля данных. Идентификаторы поля данных IFI используются для указания типа фрейма и другой управляющей информации. Существует четыре типа фреймов: данные, команда, состояние, управление. Поле адреса устройства служит для указания адреса подключенного к CU периферийного устройства, которому предназначен фрейм. В тех случаях, когда обращение выполняется к CU, поле адреса не используется.

Флаги поля DHF используются для указания действий, выполняемых в соответствии с протоколами обмена. Поле данных DIB используется для передачи данных, команд, состояний, параметров управления и его формат зависит от типа фрейма. На рис. 3.6 приведен пример последовательности фреймов, передаваемых в ESCON-канале при выполнении CCW чтения.

Максимальная скорость передачи информации в ESCON-линии равна 200 Mb/s, что допускает с учетом кодирования 8 \to 10 скорость передачи информации 20 Mb/s . Фактическая скорость обмена снижается за счет задержек между передачей фреймов и длины линии: 18,6 Mb/s (до 8 км); 17,6 Mb/s (до 9 км), 9 Mb/s (до 23 км). Скорость передачи в ESCON, равная скорости передачи в параллельном канале, достигается при длине ESCON до 60 км.

< Лекция 5 || Лекция 6: 1234 || Лекция 7 >