特許 7539757 スイッチング機能を実行する方法及びスイッチング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-16

(45)【発行日】2024-08-26

(54)【発明の名称】スイッチング機能を実行する方法及びスイッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/28 20060101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

H04L12/28 200D

H04L12/28 400

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023559194

(86)(22)【出願日】2021-10-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-21

(86)【国際出願番号】 JP2021037259

(87)【国際公開番号】W WO2022208950

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-06-09

(31)【優先権主張番号】21305410.9

(32)【優先日】2021-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100188514

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 隆裕

(72)【発明者】

【氏名】ロレ、ロマン

【審査官】前田 健人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４４８９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０４８０４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ １２／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング装置の処理回路によってソフトウェアスイッチング機能を実行する方法であって、前記スイッチング装置は、ホストスタックと、通信チャネル上でデータフレームを通信するための少なくとも２つの媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）ユニットとを更に含み、前記ホストスタックは、前記スイッチング装置で実行されるアプリケーションソフトウェアを含み、前記少なくとも２つのＭＡＣユニットは、前記処理回路に接続され、前記ソフトウェアスイッチング機能は、前記ＭＡＣユニットのうちの１つにより受信されたデータフレームを、前記ＭＡＣユニットのうちの別の１つへと及び／又は前記ホストスタックへと転送すること、及び／又は、前記ホストスタックから受信されたデータフレームを、前記ＭＡＣユニットのうちの１つへと転送することを含み、前記通信チャネル上の通信は、連続する時間的サイクルに従って編成され、各時間的サイクルは、少なくとも第１の時間スライス及び第２の時間スライスを含み、データフレームを通信するための前記第１の時間スライスは、前記第２の時間スライスの間に通信されるデータフレームよりも高いタイミング制約を有し、前記処理回路は、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）であって、通常動作において異なる優先度を有する複数のタスクをスケジューリングするＲＴＯＳスケジューラを含む、ＲＴＯＳを実行し、前記方法は、
前記処理回路によって、各第１の時間スライスの間に、第１の動作モードを適用することであって、前記第１の動作モードにおいては、前記ＲＴＯＳスケジューラが一時停止されるという点で前記ＲＴＯＳの通常動作が中断されるとともに、前記処理回路が前記ソフトウェアスイッチング機能を実行する単一のタスクを実行することと、
前記処理回路によって、各前記第２の時間スライスにおいて、第２の動作モードを適用することであって、前記第２の動作モードにおいては、前記ＲＴＯＳの通常動作が再開され、前記ＲＴＯＳスケジューラの最高の優先度を有さないタスクによって前記ソフトウェアスイッチング機能が実行されることと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記処理回路は、前記ＭＡＣユニットから又は前記ホストスタックから受信されたデータフレームを記憶するために使用されるバッファに関連する状態レジスタを、反復的にポーリングすることによって、転送されるデータフレームの受信を検出するように構成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の動作モードにおいて、前記処理回路は、データフレーム全体が受信される前にデータフレームの転送が開始される、カットスルー方式を適用し、
前記第２の動作モードにおいて、前記処理回路は、カットスルー方式、又は、データフレーム全体が受信された後にのみデータフレームの転送が開始される、ストアアンドフォワード方式を適用する、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記カットスルー方式において、前記ＭＡＣユニットによって受信された各データフレームは、前記処理回路のそれぞれのバッファに記憶された複数のフラグメントに分解され、前記バッファは、前記第１の動作モードについて、２５６バイト以下又は１２８バイト以下の、同じサイズを有する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第２の動作モードのために使用される前記バッファは、５１２バイト以上又は１０２４バイト以上のサイズを有する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ＭＡＣユニットのうちの１つによって受信されたデータフレームは、前記処理回路のバッファにコピーされ、前記バッファから、前記データフレームが、前記ホストスタックによって及び／又は前記ＭＡＣユニットのうちの別の１つによってアクセスされる、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

異なるバッファが、データフレームのそれぞれのフラグメントを記憶し、前記データフレームの標的フラグメントが、データを削除又は挿入することによって修正される場合、前記標的フラグメントは修正されて別のバッファ中へとコピーされ、他のフラグメントは他のバッファ中へとコピーされない、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

第２の時間スライスの間に、前記ホストスタックによってタイムセンシティブなデータフレームが生成される場合、前記第１の動作モードの間に実行される前記単一のタスクは、次の第１の時間スライスの開始時に前記タイムセンシティブなデータフレームを前記ＭＡＣユニットのうちの１つへと転送するように構成される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第２の動作モードの複数のタスクは、前記ソフトウェアスイッチング機能を実行するタスクよりも高い優先度を有する処理タスクを含み、前記処理タスクは、次の第１の時間スライスの間に送信される、前記ホストスタックのタイムセンシティブなデータフレームを生成するために、及び／又は以前の第１の時間スライスの間に前記ホストスタックへと転送されたタイムセンシティブなデータフレームからデータを抽出するために使用される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記ＲＴＯＳスケジューラは、所定の最大継続時間内の各第２の時間スライスの開始時に、前記処理タスクを実行するように構成される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

処理回路によって実行されるときに、前記処理回路が請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成する命令を含む、コンピュータプログラム製品。

【請求項12】

処理回路によって実行されるときに、前記処理回路が請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成する命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体。

【請求項13】

少なくとも２つの媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）ユニットを含むスイッチング装置であって、前記少なくとも２つのＭＡＣユニットは、処理回路に接続され、前記処理回路は、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、スイッチング装置。

【請求項14】

前記少なくとも２つのＭＡＣユニットは、ＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニットである、請求項１３に記載のスイッチング装置。

【請求項15】

請求項１３又は１４に記載のスイッチング装置を複数含むローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）であって、前記スイッチング装置の少なくともいくつかは、デイジーチェーントポロジに従ってともに接続される、ローカルエリアネットワーク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、通信システムに関し、より具体的には、スイッチング機能を実行する方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な産業用ネットワークでは、通信装置は通常、デイジーチェーントポロジを使用してバスによって接続される。典型的には、マスター装置（通常はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ））は、他の装置にデータフレームを送信し、データフレームを受信した各装置は、自らが受信したデータフレームの宛先でない場合、隣接する装置にそのデータフレームを転送する。各装置はまた、マスター装置にデータフレームを送り返すこともある。デイジーチェーントポロジにおいて、マスター装置に対して反対側の端に位置する装置によって生成されたデータフレームは、マスター装置に至るまでの全ての中間装置によって転送される。

【0003】

このデイジーチェーントポロジをサポートするために、各装置は、２つの物理ポート及び１つの内部ポートを含む少なくとも３つのポートを有している。装置の物理ポートは、デイジーチェーントポロジの上流及び下流の装置と通信するための（マスター装置がソースであると仮定する）、例えばそれぞれの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ユニットに接続される。内部ポートは、装置のホストスタックとのインターフェイスであり、装置にアドレス指定されたデータフレームを処理し、装置がそれ自身の生成されたデータフレームを他の装置に送信することを可能にするためのものである。各装置は、任意の物理ポートにおいて受信されたデータフレームを別の物理ポートに（当該装置が当該データフレームの宛先でない場合）又は内部ポートに（上記装置が上記データフレームの宛先である場合）転送すること、及びホストスタックから内部ポートにおいて受信されたデータフレームを１つ以上の物理ポートへと転送することを可能とする、スイッチング機能を備えている。

【0004】

例えば、装置間で交換されるデータフレームは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔデータフレームであってもよい。産業用ネットワークにおいては、データフレームは、厳密な待ち時間要件で交換される必要がある。タイムセンシティブネットワーク（ＴＳＮ）は、標準的なＥｔｈｅｒｎｅｔプロトコル上で決定論的なメッセージングを提供するための、ＩＥＥＥ８０２．１で定義された標準技術のセットである。タイムセンシティブなデータフレームのオンタイムの配信を提供するための鍵は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格である。より具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信チャネル上の通信を、一定の継続時間の繰り返される時間的サイクルに分離するように設計された、時間考慮型スケジューラを定義している。これらの時間的サイクル内においては、異なる優先度を有するトラフィッククラスに割り当てられることができる、異なる時間スライスを構成することができる。このような時間スライスは、仮想通信チャネルとみなすことができ、これにより、タイムクリティカルなトラフィックを、クリティカルでないバックグラウンドのトラフィックから分離することができる。

【0005】

図１は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格が依存する、かかる時間的サイクル及び時間スライスを示す時間図を概略的に表したものである。図１に示される例にでは、２つの時間的サイクルが、それぞれ「時間的サイクル＃ｎ」及び「時間的サイクル＃ｎ＋１」で示されて表されている。各時間的サイクルは、それぞれ「時間スライス＃１」及び「時間スライス＃２」で示される２つの時間スライスを有している。また、各時間的サイクルの時間スライス＃２の後、かつ次の時間的サイクルの時間スライス＃１の開始の前には、ガードバンドが設けられる。例えば、時間スライス＃１は、仮想ローカルエリアネットワーク（ＶＬＡＮ）の優先度７（ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ規格によって定義される）とタグ付けされたデータフレームのために予約されてもよく、時間スライス＃２は、ＶＬＡＮの優先度０～６とタグ付けされたデータフレームのために使用されてもよい。

【0006】

それゆえ、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格では、クリティカルなデータフレームを配信するために確保される、通信チャネル（すなわちデイジーチェーントポロジ中の装置対間のバスのセット）上に時間スライスが設けられている。

【0007】

しかしながら、デイジーチェーントポロジを有するネットワークの一方の端から他方の端まで、クリティカルなデータフレームが非常に迅速に配信されることを保証するために、各装置は、ＴＳＮスイッチング機能を非常に迅速に実行する必要がある。非常に短い待ち時間要件を有するネットワークにおいては、ＴＳＮスイッチング機能は、ハードウェア構成要素、典型的には特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）によって実行される。

【0008】

かかるハードウェアによって促進されるスイッチング手法は、効率的ではあるが、コストがかかり、あらゆるタイプの産業用ネットワーク装置に使用されるわけではない。実際、多くの産業用ネットワークでは、装置は、ＥｔｈｅｒｎｅｔＭＡＣユニットに接続された又はかかるユニットを内蔵したマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）上で実行され、この場合、スイッチング機能は、ハードウェアによって促進されるスイッチング手法を使用できず、ソフトウェアにより実行される必要がある。ＭＣＵ上でのリアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）の使用は、高い優先度を有するタスクについての待ち時間を或る程度短縮することができるが、非常に低い待ち時間を達成するには十分ではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本開示は、この状況を改善することを目的とする。特に、本開示は、ソフトウェアベースのスイッチング機能を実行する際の待ち時間を短縮するための手法を提案することによって、以上に議論された従来技術の制限のうちの少なくともいくつかを克服することを目的とする。特に、本開示は、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニットに接続された、又は好ましくはかかるユニットを内蔵したＭＣＵによって実行される手法を提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的のために、第１の態様によれば、本開示は、スイッチング装置の処理回路によってソフトウェアスイッチング機能を実行する方法であって、スイッチング装置は、ホストスタックと、通信チャネル上でデータフレームを通信するための少なくとも２つの媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）ユニットとを更に含み、ホストスタックは、前記スイッチング装置で実行されるアプリケーションソフトウェアを含み、少なくとも２つのＭＡＣユニットは、処理回路に接続され、ソフトウェアスイッチング機能は、ＭＡＣユニットのうちの１つにより受信されたデータフレームを、ＭＡＣユニットのうちの別の１つへと及び／又はホストスタックへと転送すること、及び任意選択で、ホストスタックから受信されたデータフレームを、ＭＡＣユニットのうちの１つへと転送することを含み、通信チャネル上の通信は、連続する時間的サイクルに従って編成され、各時間的サイクルは、少なくとも第１の時間スライス及び第２の時間スライスを含み、データフレームを通信するための第１の時間スライスは、第２の時間スライスの間に通信されるデータフレームよりも高いタイミング制約を有し、処理回路は、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）であって、通常動作において異なる優先度を有する複数のタスクをスケジューリングするＲＴＯＳスケジューラを含む、ＲＴＯＳを実行し、方法は、
処理回路によって、各第１の時間スライスの間に、第１の動作モードを適用することであって、第１の動作モードにおいては、ＲＴＯＳスケジューラが一時停止されるという点でＲＴＯＳの通常動作が中断されるとともに、処理回路がソフトウェアスイッチング機能を実行する単一のタスクを実行することと、
処理回路によって、各第２の時間スライスにおいて、第２の動作モードを適用することであって、第２の動作モードにおいては、ＲＴＯＳの通常動作が再開され、ＲＴＯＳスケジューラの最高の優先度を有さないタスクによってソフトウェアスイッチング機能が実行されることと、
を含む、方法に関する。

【0011】

それゆえ、本スイッチング方法は、通信チャネル上の通信が連続する時間的サイクルに従って編成され、各時間的サイクルは、少なくとも第１の時間スライス及び第２の時間スライスを含み、データフレームを通信するための第１の時間スライスは、第２の時間スライスの間に通信されるデータフレームよりも高いタイミング制約を有するという事実に依存する。このことは、典型的には、例えば以上に議論されたＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格を使用する場合に成り立つ。以下においては、第１の時間スライスの間に通信されるデータフレームは、タイムセンシティブな（ＴＳ）データフレームと呼ばれ、第２の時間スライスの間に通信されるデータフレームは、非ＴＳな（ＮＴＳ）データフレームと呼ばれる。

【0012】

処理回路は、複数のタスクをそれぞれの異なる優先度に従ってスケジューリングするＲＴＯＳスケジューラを、従来の態様で有する、ＲＴＯＳを実行する。タスクのいくつかは、スイッチング機能に関するのに対し、他のいくつかのタスクは、例えばホストスタックの機能に関する。第２の時間スライスは、ＲＴＯＳ、より具体的にはそのＲＴＯＳスケジューラの通常動作が、ＮＴＳデータフレームのタイミング制約に十分となるように、ＮＴＳデータフレームを通信するために使用される。

【0013】

しかしながら、ＴＳデータフレームを通信するために使用される第１の時間スライスの間、スイッチング機能が他のタスクによって割り込まれることを防ぐために、スイッチング機能を実行する単一のタスクを実行するため、通常動作が中断される。特に、割り込みが無効化され、第１の時間スライスの間、第１の動作モードにおいて、割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ）は実行されない。

【0014】

通信チャネル上の通信の編成のおかげで、スイッチング装置の処理回路には、第１の時間スライス及び第２の時間スライスがいつスケジューリングされるかが既知となり、それゆえ、処理回路は、第１の時間スライス及び第２の時間スライスの開始時間及び終了時間に基づいて、第１の動作モードの適用から第２の動作モードの適用、及びその逆に移行することができる。

【0015】

それゆえ、ＴＳデータフレームについて、他のタスクによって割り込まれない単一のタスクによって実行されることを保証することによって、スイッチング機能の待ち時間は短縮される。このことは、当該タスクが、ＴＳデータフレームのために使用される第１の時間スライスの間に動作する唯一のタスクであるためである。

【0016】

第２の動作モードにおいては、第２の時間スライスの間、スイッチング機能を実行するタスクは、最高の優先度を有さず、第１の時間スライスの間に動作を防止された高い優先度のタスクが、スイッチング機能を実行するタスクよりも優先されることが可能となる。

【0017】

特定の実施の形態において、方法は、単独で、又は任意の技術的に可能な組合せで検討される、以下の特徴のうちの１つ以上を更に含むことができる。

【0018】

特定の実施の形態においては、処理回路は、ＭＡＣユニットから又はホストスタックから受信されたデータフレームを記憶するために使用されるバッファに関連する状態レジスタを、反復的にポーリングすることによって、転送されるデータフレームの受信を検出するように構成される。

【0019】

以上において議論したように、第１の動作モードにおいては、第１の時間スライスの間、割り込みが典型的には無効となる。それゆえ、転送されるデータフレームの受信が迅速に検出され、関連する処理コードが迅速に実行されることを保証するために、受信時にかかるデータフレームが記憶されるバッファの状態レジスタが、反復的に、例えば周期的に、ポーリングされる。転送されるデータフレームを検出するための待ち時間は、ポーリング周期を短縮することにより短縮される。

【0020】

特定の実施の形態においては、
第１の動作モードにおいて、処理回路は、データフレーム全体が受信される前にスイッチング機能によるデータフレームの転送が開始される、カットスルー方式を適用し、
第２の動作モードにおいて、処理回路は、カットスルー方式、又は、データフレーム全体が受信された後にのみスイッチング機能によるデータフレームの転送が開始される、ストアアンドフォワード方式を適用する。

【0021】

少なくとも第１の動作モードの間、すなわちＴＳデータフレームが転送される第１の時間サイクルの間、カットスルー方式を使用することによって、スイッチング機能の待ち時間を更に短縮することが可能になる。

【0022】

特定の実施の形態においては、カットスルー方式において、ＭＡＣユニットによって受信された各データフレームは、処理回路のそれぞれのバッファに記憶された複数のフラグメントに分解され、バッファは、第１の動作モードについて、２５６バイト以下又は１２８バイト以下の、同じサイズを有する。

【0023】

特定の実施の形態においては、カットスルー方式において、各データフレームは、処理回路のそれぞれのバッファに記憶される複数のフラグメントに分解され、第１の動作モードのために使用されるバッファは、第２の動作モードのために使用されるバッファよりも小さいサイズを有する。

【0024】

特定の実施の形態においては、第２の動作モードのために使用されるバッファは、５１２バイト以上又は１０２４バイト以上のサイズを有する。

【0025】

特定の実施の形態においては、ＭＡＣユニットのうちの１つによって受信されたデータフレームは、処理回路のバッファにコピーされ、バッファから、データフレームが、ホストスタックによって及び／又はＭＡＣユニットのうちの別の１つによってアクセスされる。

【0026】

それゆえ、処理回路の或るバッファから別のバッファにデータフレームをコピーすることは不要であり、このことにより、少なくともデータフレームが修正されるべきでない場合、必要とされるメモリの量を削減し、バッファ間のかかるコピーによってもたらされる待ち時間を回避することが可能になる。

【0027】

特定の実施の形態においては、異なるバッファが、データフレームのそれぞれのフラグメントを記憶し、データフレームの標的フラグメントが、データを削除又は挿入することによって修正される場合、標的フラグメントは修正されて別のバッファ中へとコピーされ、他のフラグメントは他のバッファ中へとコピーされない。

【0028】

それゆえ、例えば転送されるデータフレームに追加的なデータ（例えばＶＬＡＮ識別子）が挿入される場合、データフレームの標的フラグメント、すなわち追加的なデータが挿入されるフラグメントのみが、或るバッファから別のバッファにコピーされ、それによってバッファ間のかかるコピーによってもたらされる待ち時間が制限される。

【0029】

特定の実施の形態においては、第２の時間スライスの間に、ホストスタックによってＴＳデータフレームが生成される場合、第１の動作モードの間に実行される単一のタスクは、次の第１の時間スライスの開始時にＴＳデータフレームをＭＡＣユニットのうちの１つへと転送するように構成される。

【0030】

特定の実施の形態においては、第２の動作モードの複数のタスクは、スイッチング機能を実行するタスクよりも高い優先度を有する処理タスクを含み、処理タスクは、次の第１の時間スライスの間に送信される、ホストスタックのＴＳデータフレームを生成するために、及び／又は以前の第１の時間スライスの間にホストスタックへと転送されたＴＳデータフレームからデータを抽出するために使用される。

【0031】

特定の実施の形態においては、ＲＴＯＳスケジューラは、所定の最大継続時間内の各第２の時間スライスの開始時に、処理タスクを実行するように構成される。

【0032】

第２の態様によれば、本開示は、処理回路によって実行されるときに、処理回路が本開示の実施の形態のいずれか１つによる方法を実行するように構成する命令を含む、コンピュータプログラム製品に関する。

【0033】

第３の態様によれば、本開示は、処理回路によって実行されるときに、処理回路が本開示の実施の形態のいずれか１つによる方法を実行するように構成する命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体に関する。

【0034】

第４の態様によれば、本開示は、少なくとも２つの媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）ユニットを含むスイッチング装置であって、少なくとも２つのＭＡＣユニットは、処理回路に接続され、処理回路は、本開示の実施の形態のいずれか１つによる方法を実行するように構成される、スイッチング装置に関する。

【0035】

特定の実施の形態においては、スイッチング装置は、単独で又は任意の技術的に可能な組合せで検討される、以下の特徴のうちの１つ以上を更に含んでもよい。

【0036】

特定の実施の形態においては、少なくとも２つのＭＡＣユニットは、ＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニットである。いくつかの場合においては、ＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニットは、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格に準拠するものである。

【0037】

第５の態様によれば、本開示は、本開示の実施の形態のいずれか１つによる複数のスイッチング装置を含むローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）であって、スイッチング装置の少なくともいくつかは、デイジーチェーントポロジに従ってともに接続される、ローカルエリアネットワークに関する。

【0038】

本発明は、以下の説明を読むことでより良く理解される。以下の説明は、決して限定的なものではなく一例として与えられ、図に関して作成されている。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】既に説明された、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格による時間的サイクル及び時間スライスの一例を表す図である。

【図2】スイッチング装置の概略的な表現である。

【図3】スイッチング方法の例示的な実施形態の主要なステップを表す図である。

【図4】スイッチング方法を使用する場合の、データフレームのスイッチングの一例を示す時間図である。

【図5】第１の例によるスイッチング機能を実行するためのソフトウェアアーキテクチャの概略的な表現である。

【図6】第２の例によるスイッチング機能を実行するためのソフトウェアアーキテクチャの概略的な表現である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

これらの図において、同一の参照符号は、同一又は類似の要素を示す。図示した要素は、明確化を目的としており、特段の指定がない限り、一律の縮尺でない。

【0041】

図２は、スイッチング装置２０の一例を概略的に表す。図２に示すように、スイッチング装置２０は、２つのＭＡＣユニット２２に接続された処理回路２１を含む。

【0042】

各ＭＡＣユニット２２は、少なくとも１つの有線通信プロトコルに従って、通信チャネル上でデータフレームを送信及び受信するように適合されている。より具体的には、ＭＡＣユニット２２は、それぞれの通信リンク、例えば異なるバスに接続されており、これらの通信リンクは、まとめて通信チャネルと呼ばれる。ＭＡＣユニット２２は、互いに分離されており、それにより、或るＭＡＣユニット２２から別のＭＡＣユニット２２へとデータフレームを転送することは、必然的に処理回路２１を介して実行されることになる。

【0043】

以上で述べたように、ＭＡＣユニット２２は、任意の有線通信プロトコルを適用してもよい。好ましい実施形態において、ＭＡＣユニット２２は、１０ＢＡＳＥ－Ｔ／１００ＢＡＳＥ－ＴＸ ＩＥＥＥ８０２．３規格等のＩＥＥＥ規格に準拠した、ＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニットである。ＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニット２２は、ＶＬＡＮタグ検出のためのＩＥＥＥ８０２．１Ｑ規格、及び／又は精密ネットワークのクロック同期又はギガビット速度のためのＩＥＥＥ１５８８－２００８規格をサポートしてもよい。好ましい実施形態において、ＥｔｈｅｒｎｅｔのＭＡＣユニット２２は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格等のＩＥＥＥ ＴＳＮ拡張をサポートしてもよい。

【0044】

処理回路２１は、図２においてスイッチ２３により表されるスイッチング機能を実行する。処理回路２１は、１つ以上のプロセッサと、スイッチ２３を動作させるために実行されるプログラムコード命令のセットの形をとるコンピュータプログラム製品（すなわちソフトウェア）が記憶される記憶手段（磁気ハードディスク、固体ディスク、光ディスク、電子メモリ等）とを含む。例えば、処理回路２１は、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）に、又はマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）に組み込まれてもよい。かかる場合においては、ＭＡＣユニット２２は、ＭＰＵ又はＭＣＵとは別個のものであってもよいが、ＭＡＣユニットとＭＰＵ又はＭＣＵとの間でデータフレームを交換するための待ち時間を短縮するために、好ましくはＭＰＵ又はＭＣＵに組み込まれていることに留意すべきである。

【0045】

スイッチング装置２０はまた、ホストスタック２４を含む。このホストスタックは、スイッチング装置２０によって実行される高レベルソフトウェアに対応し、任意のプロトコル層（例えばＩＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ等）、スイッチング装置２０によって実行される任意のアプリケーションに関する任意のソフトウェア等を含んでもよい。ホストスタック２４は、処理回路２１によって（それゆえスイッチング機能及びホストスタック２４によって実行される機能の両方を実行する）、及び／又は例えば処理回路２１に接続されたアプリケーションプロセッサ等によって実行されてもよいことに留意すべきである。

【0046】

以下においては、非限定的な態様で、図２によって示されるように、ホストスタック２４が処理回路２１によって少なくとも部分的に実行されると仮定する。

【0047】

図２で示される例においては、スイッチ２３は、３つの異なるポート、すなわち、各ＭＡＣユニット２２のための２つの物理ポート２５と、ホストスタック２４のための１つのホストポート２６とを有する。それゆえ、スイッチング機能は、これら３つのポートのうちの任意の１つのポートから受信されたデータフレームを、これら３つのポートのうちの１つ以上の他のポートへと転送することを目的とする。本開示は、Ｎ個のＭＡＣユニット２２及びＭ個のホストスタック２４に関連する、任意の数Ｎ≧２個の物理ポート及び任意の数Ｍ≧１個のホストポートを用いて適用されることに留意すべきである。

【0048】

処理回路２１は、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）を実行する。ＲＴＯＳは、データが受信されたときにデータのリアルタイム処理の機能を果たすことを意図されたオペレーティングシステムである。ＲＴＯＳの例は、数ある中でも、ＦｒｅｅＲＴＯＳ（商標）、ＲＴＥＭＳ（商標）である。ＲＴＯＳの特徴は、タスクをスケジューリング及び完了する際の一貫性のレベルである。本明細書では、タスクとは、ＲＴＯＳ上で実行されるアプリケーションによって、又は割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ）等によって呼び出される、オペレーティングシステムの動作であってもよい。

【0049】

ソフトＲＴＯＳは、例えば性能劣化に導く等、デッドラインを満たさないことが望ましくない影響を及ぼされるが許容される、オペレーティングシステムである。換言すれば、ソフトＲＴＯＳは、平均的にはデッドラインを満たす。例えば、Ｌｉｎｕｘ（商標） ＯＳカーネルは、ＦＩＦＯ（ファーストインファーストアウト）又はラウンドロビンのプロセススケジューリングを実行するので、このカテゴリーに属するものとして分類される。

【0050】

ファームＲＴＯＳにおいては、稀に起こるデッドラインのミスは、それらが適切に間隔を空けられる限りは、許容される。ファームＲＴＯＳは、例えば、ハードＲＴＯＳに近づくように改善されたソフトＲＴＯＳである。ほとんどの場合、ファームＲＴＯＳによって保証される厳密なデッドラインはない。ＰＲＥＥＭＰＴ＿ＲＴパッチを用いるＬｉｎｕｘカーネル、又はＸｅｎｏｍａｉは、このカテゴリーに含まれる。

【0051】

ハードＲＴＯＳは、デッドラインを満たさないことが致命的な影響を及ぼす、オペレーティングシステムである。ＦｒｅｅＲＴＯＳ又はＲＴＥＭＳ等のＲＴＯＳは、このカテゴリーに含まれる。いくつかの場合においては、これらは、Ｌｉｎｕｘ等のＯＳとは異なり、比較的少数のサービスを提供し、かかる少数のサービスは、いくつかの場合においては、タスク／プロセスのスケジューリング及び割り込みに関する。

【0052】

本開示においては、ＲＴＯＳは、ソフトＲＴＯＳであってもよいし、ファームＲＴＯＳであってもよいし、又はハードＲＴＯＳであってもよい。しかしながら、ＲＴＯＳは、好ましくはハードＲＴＯＳである。なぜなら、低減された待ち時間及びジッターを提供するからである。

【0053】

従来の態様においては、ＲＴＯＳは、タスクをそれぞれの優先度に従ってスケジューリングするＲＴＯＳスケジューラを含む。

【0054】

通信チャネル上での通信は、連続する時間的サイクルに従って編成され、各時間的サイクルは、少なくとも第１の時間スライス及び第２の時間スライスを含む。時間的サイクルはまた、追加的な時間スライスを含んでもよいことに留意すべきである。第１の時間スライスは、ＴＳデータフレームを通信するために使用され、一方、第２の時間スライスは、ＮＴＳデータフレームを通信するために使用される。例えば、このことは、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格を使用することによって達成される。かかる場合においては、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格は、ＭＡＣユニット２２によって実行されてもよく、及び／又は、例えばＭＡＣユニット２２がＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格をサポートしない場合には、処理回路２１によって実行されてもよい。

【0055】

図３は、スイッチング装置２０の処理回路２１によって実行される、例示的な実施形態によるスイッチング方法３０の主要なステップを概略的に表す。

【0056】

図３によって示されるように、スイッチング方法３０は、時間スライスを検出するステップＳ３０を含む。検出された時間スライスが第１の時間スライスである場合（図３の参照符号Ｓ３０ａ）、スイッチング方法３０は、処理回路２１によって、第１の時間スライスの先験的に既知である継続時間の間に第１の動作モードを適用する、ステップＳ３１を含む。一方、検出された時間スライスが第２の時間スライスである場合（図３の参照符号Ｓ３０ｂ）、スイッチング方法３０は、処理回路２１によって、第２の時間スライスの先験的に既知である継続時間の間に第２の動作モードを適用する、ステップＳ３２を含む。

【0057】

以下において、第１の動作モード及び第１の時間スライスを、それぞれＴＳ（タイムセンシティブ）動作モード及びＴＳ時間スライスと呼ぶ。第２の動作モード及び第２の時間スライスを、それぞれＮＴＳ（非ＴＳ）動作モード及びＮＴＳ時間スライスと呼ぶ。図３は、２つの異なる動作モード（それぞれの時間スライス）のみがあることを仮定しているが、本開示は、２つよりも多い異なる動作モード（それぞれの時間スライス）を有して適用されてもよいことに留意すべきである。

【0058】

ＴＳ動作モードにおいては、ＲＴＯＳスケジューラが中断されているという点で、ＲＴＯＳの通常動作が中断されている。処理回路２１は、ＴＳ時間スライスの全継続時間にわたって、スイッチング機能を実行する単一のタスクを実行する。実際に、スイッチングを実行する単一のタスクが他のタスクによって割り込まれないように又はプリエンプションされないように、割り込みが無効化されてもよい。ＴＳ時間スライスの終了時に、単一のタスクは、ＮＴＳ時間スライスが開始されようとしていることを検出してもよく、単一のタスクが、ＲＴＯＳスケジューラをトリガしてもよい。

【0059】

ＮＴＳ動作モードにおいては、ＲＴＯＳの通常動作が再開され、ＲＴＯＳスケジューラは、ＮＴＳ時間スライスの全継続時間の間、複数のタスクをそれぞれの優先度に従ってスケジューリングする。ＲＴＯＳスケジューラによってスケジューリングされるタスクの１つは、スイッチング機能を実行するが、このタスクは、ＮＴＳ時間スライスの間に他のタスクが実行されることを保証するために、最高の優先度を有さない。例えば、クリティカルなホストスタック２４の機能を実行する、より高い優先度のタスクが、スイッチング機能を実行するタスクよりも優先されてもよく、上記スイッチング機能を実行するタスクが、クリティカルではないホストスタック２４の機能を実行する、より低い優先度のタスクよりも優先されてもよい。例えば、ＮＴＳ動作モードの複数のタスクは、スイッチング機能を実行するタスクよりも高い優先度を有する処理タスクを含んでもよく、上記処理タスクは、次のＴＳ時間スライスの間に送信される、ホストスタック２４のＴＳデータフレームを生成するために、及び／又はＴＳである第１の時間スライスの間にホストスタック２４へと転送されたＴＳデータフレームからデータを抽出するために、使用される。

【0060】

ＴＳ動作モードにおいて割り込みが無効にされる場合、転送されるＴＳデータフレームの受信の検出は、処理回路２１によって、ＭＡＣユニット２２から又はホストスタック２４から受信されたＴＳデータフレームを記憶するために使用されるバッファに関連する状態レジスタを反復的にポーリングすることによって実行されてもよい。

【0061】

実際に、ＭＡＣユニット２２によって受信されたデータフレームは、例えばダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）コントローラによって、バッファに、すなわち処理回路２１のメモリ空間に、コピーされる。受信されたデータフレームの全て又は一部がバッファにコピーされると、ＤＭＡコントローラは、対応するバッファがデータフレームに関するデータを記憶したことを示すために、状態レジスタを更新する。状態レジスタは、ＭＡＣユニット２２に関連するキューに対応してもよく、キューは、データフレームに関するデータを記憶するバッファへのポインタを含む、リングバッファ記述子として実行されてもよい。それゆえ、状態レジスタをポーリングすることは、例えば、データが処理回路２１のバッファにコピーされたことを検出するために、リングバッファ記述子を読み取ることに対応する。

【0062】

同様に、ホストスタック２４によって生成されたデータフレームは、バッファにコピーされてもよく、処理回路２１は、ホストスタック２４によって生成されたＴＳデータフレームがＭＡＣユニット２２のうちの１つへと転送される否かを検出するために、対応する状態レジスタをポーリングしてもよい。しかしながら、ＴＳデータフレームの生成を含む、ホストによるデータフレームの生成は、ＮＴＳ時間スライスの間に、ホストスタック２４によって生成され、ＴＳ時間スライスの間に送信されるＴＳデータフレームが、上記ＴＳ時間スライスの開始時に利用可能となるように実行されることを強調しておく。好ましい実施形態においては、ＴＳ動作モードの間に実行される単一のタスクは、次いで、ＴＳ時間スライスの開始時に、ＭＡＣユニット２２のうちの１つへと上記ＴＳデータフレームを転送するように構成されている。例えば、このことは、ＴＳ時間スライスの開始時に、ホストスタック２４によって生成されたＴＳデータフレームがコピーされるリングバッファの状態レジスタをポーリングすることによって、行われてもよい。以上で説明したように、これらの状態レジスタは、例えば、処理回路２１によって読み取られるリングバッファ記述子に対応する。

【0063】

一般的には、転送されるデータフレームの受信を迅速に検出するためには、状態レジスタは頻繁にポーリングされてもよい。ポーリングが周期的に実行される場合、ポーリング周期が短いほど、転送されるデータフレームの受信の検出が迅速になる。

【0064】

ＴＳデータフレームについての待ち時間を更に短縮するために、ＴＳ動作モードにおいて、処理回路２１は、いくつかの実施形態において、カットスルー方式を適用してもよい。かかるカットスルー方式においては、スイッチング機能によるデータフレームの処理は、データフレーム全体が受信される前に開始される。典型的には、カットスルー方式においては、小さなバッファが使用され、ＭＡＣユニット２２によって受信されたデータフレームは、処理回路２１のそれぞれのバッファに記憶された複数のフラグメントに分解されることとなる。それゆえ、データフレームのフラグメントが受信されるとすぐに、他のフラグメントが受信されてバッファにコピーされる前に、当該フラグメントはバッファにコピーされ、処理回路２１によって処理される。次いで、データフレームの宛先のアドレスを含むフラグメントが処理されるとすぐに、転送が開始される。それゆえ、カットスルー方式は、フレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）が一般的にデータフレームの最後に現れるため、受信されたデータフレームの完全性をチェックすることが可能ではないことと引き換えに、待ち時間を短縮することが可能となる。

【0065】

かかるカットスルー方式は、データフレームフラグメントを記憶するために小さなバッファを使用することを必要とする。従来のシステムにおいては、小さなバッファを使用することは、データフレームを受信するために生成される割り込みの数を増加させる。しかしながら、ＴＳ動作モードにおいては、ＲＴＯＳの動作に影響を与えることなく小さなバッファが使用されるように、割り込みが無効化される。

【0066】

好ましくは、ＴＳ動作モードにおいては、使用されるバッファは小さい。例えば、上記バッファは、ＴＳ動作モードについて、２５６バイト以下又は１２８バイト以下の、同じサイズを有する。

【0067】

ＮＴＳ動作モードにおいては、カットスルー方式か又はストアアンドフォワード方式のいずれかを使用することが可能であるように、タイミング制約がＴＳ動作モードよりも低い。ストアアンドフォワード方式においては、データフレームは、１つ以上のバッファに完全にコピーされた後にのみ処理及び転送され、それによってカットスルー方式に対する待ち時間を増大させる。しかしながら、ストアアンドフォワード方式では、データフレームの完全性は、データフレームを転送する前にチェックされることとなり、それによって、破損したデータフレームを転送することを回避することが可能となる。

【0068】

好ましくは、ＮＴＳ動作モードは、ストアアンドフォワード方式を使用する。使用される方式（カットスルー又はストアアンドフォワード）にかかわらず、ＮＴＳ動作モードは、好ましくは、ＴＳ動作モードにおいて使用されるバッファよりも大きなサイズを有するバッファを使用する。例えば、ＮＴＳ動作モードのために使用されるバッファは、５１２バイト以上又は１０２４バイト以上のサイズを有する。

【0069】

表１に、ＴＳ及びＮＴＳ時間スライスの間に実行される、タスク及びそれらの関連する優先度の例を提供する。

【表1】

【0070】

表１に示される例においては、ＴＳ時間スライスの間に実行される単一のタスク＃０が、ＤＭＡ管理も実行し、その一方、ＤＭＡ管理は、ＮＴＳ時間スライスの間に、最高の優先度を有する別のタスクの間に実行される。ＤＭＡ管理は、処理回路２１のバッファからＭＡＣユニット２２の内部メモリに、及びその逆に、データをコピーするように、ＤＭＡコントローラに指示することを含む。この例はまた、ＴＳ時間スライス（単一のタスク＃０）の間とＮＴＳ時間スライス（タスク＃２）の間とでは、スイッチング機能を実行するタスクが典型的には異なることを示している。

【0071】

図４は、表１によって示されるタスク及び優先度を使用する場合の、データフレームのスイッチングの一例を示す時間図を表す。この例においては、いくつかのキューが概略的に表されている：
－ Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＴｘＱは、ホストスタック２４によって生成及び送信されるＴＳデータフレームのためのホストポート２６のキューに対応する。
－ Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＲｘＱは、ホストスタック２４のために受信されたＴＳデータフレームのためのホストポート２６のキューに対応する。
－ ＭＡＣ－ＮＴＳ－ＴｘＱは、ＭＡＣユニット２２によって送信されるべきＮＴＳデータフレームのための物理ポート２５のキューに対応する。
－ Ｈｏｓｔ－ＮＴＳ－ＲｘＱは、ホストスタック２４のために受信されたＮＴＳデータフレームのためのホストポート２６のキューに対応する。

【0072】

以上で議論したように、これらのキューは、好ましくは、ＴＳ／ＮＴＳデータフレームに関するデータを記憶するバッファへのポインタを含む、リングバッファ記述子として実行される。

【0073】

図４に示すように、単一のタスク＃０は、ＴＳ時間スライスの間に動作している唯一のタスクであり、スイッチング装置２０は、上記ＴＳ時間スライスの間に、ＴＳ－Ｒｘ１、ＴＳ－Ｒｘ２及びＴＳ－Ｒｘ３によって示される３つの異なるＴＳデータフレームを連続的に受信する。この例においては、単一のタスク＃０は、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＴｘＱキュー中のＴＳデータフレームを、ＭＡＣユニット２２の１つへと転送することによって開始される。この例においては、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＴｘＱキューの中には、ＴＳ－Ｔｘ１によって示される１つのＴＳデータフレームのみがある。次いで、単一のタスク＃０は、ＭＡＣユニット２２から受信されたＴＳデータフレームを、ＭＡＣユニット２２へと、及び／又はホストスタック２４へと、転送する。この例においては、ＴＳデータフレームＴＳ－Ｒｘ１及びＴＳ－Ｒｘ３は、それぞれＴＳデータフレームＴＳ－Ｔｘ２及びＴＳ－Ｔｘ３として、ＭＡＣユニット２２によって通信チャネル上で再送信される。図４に示すように、ＴＳデータフレームＴＳ－Ｒｘ１及びＴＳ－Ｒｘ３はいずれも、ＴＳ動作モードにおいて使用されるカットスルー方式により、完全に受信される前に再送信される。ＴＳデータフレームＴＳ－Ｒｘ２は、ホストスタック２４のためのものであり、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＲｘＱキューに転送される。ＴＳ時間スライスの継続時間は、全てのＴＳデータフレーム（すなわち、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＴｘＱ中のもの、及びＭＡＣユニット２２によって受信され別のＭＡＣユニット２２へと転送されるもの）がＴＳ時間スライスの間に送信されることを保証するように故意に構成されてもよいことに留意すべきである。

【0074】

ＮＴＳ時間スライスの間、タスク＃１～＃４は次いで、それぞれの優先度に従って実行される。ＮＴＳ時間スライスは、タスク＃１がＭＡＣ－ＮＴＳ－ＴｘＱキュー中のＮＴＳデータフレームをＭＡＣユニット２２のうちの１つへと転送することから始まる。この例においては、ＭＡＣ－ＮＴＳ－ＴｘＱキューの中には、ＮＴＳ－Ｔｘ１によって示される１つのＮＴＳデータフレームのみがある。

【0075】

図４に示すように、タスク＃２は、ＮＴＳ時間スライスの開始時に実行される。タスク＃２は、ホストスタック２４のＴＳデータフレームを生成すること、及びホストスタック２４のために受信されたＴＳデータフレームからデータを抽出することを担当する、以上に議論された処理タスクに対応する。基本的に、ＴＳデータフレームを生成することは、ＴＳデータフレームを構築し、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＴｘＱキューにポストすることに対応する。ホストスタック２４のために受信されたＴＳデータフレームからデータを抽出することは、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＲｘＱキュー中のデータフレームからデータを抽出することに対応する。好ましくは、タスク＃２は、スイッチング機能を実行するタスク＃３を含む、より低い優先度を有する他のタスクを実行するための時間を確実に残すために、所定の最大継続時間（ＮＴＳ時間スライスの継続時間よりも短い）の間に、ＮＴＳ時間スライスの開始時に実行される。図４に示すように、スイッチング装置２０は、上記ＮＴＳ時間スライスの間に、タスク＃１によって処理回路２１のバッファにコピーされた、ＮＴＳ－Ｒｘ１、ＮＴＳ－Ｒｘ２、ＮＴＳ－Ｒｘ３及びＮＴＳ－Ｒｘ４によって示される４つの異なるＮＴＳデータフレームを、連続的に受信する。この例においては、ＮＴＳデータフレームＮＴＳ－Ｒｘ１は、タスク＃３（及びタスク＃１）により、ＮＴＳ－Ｔｘ２として再送信される。タスク＃３は、ＮＴＳデータフレームＮＴＳ－Ｒｘ２がホストスタック２４のためのものであることを検出し、タスク＃４による更なる処理のためにＨｏｓｔ－ＮＴＳ－ＲｘＱキューにポストする。ＮＴＳデータフレームＮＴＳ－Ｒｘ３は、タスク＃３（及びタスク＃１）により、ＮＴＳ－Ｔｘ３として再送信される。ＮＴＳデータフレームＮＴＳ－Ｒｘ４もまた、タスク＃３によって再送信されるべきであるが、ＮＴＳ時間スライス中に十分な時間が残されていない。ＮＴＳデータフレームＮＴＳ－Ｒｘ４は、この例においては、次のＮＴＳ時間スライスの間の送信のために、ＭＡＣ－ＮＴＳ－ＴｘＱキューにポストされる。

【0076】

また、タスク＃４は、例えば、ホストスタック２４によるＮＴＳデータフレームの生成、フレームＮＴＳ－Ｒｘ２等のホストスタック２４のために受信されたＮＴＳデータフレームからのデータの抽出、及びホストスタック２４によって達成される、より高レベルの機能を含む、クリティカルでないホストスタック機能を実行するために、実行されてもよい。

【0077】

図５は、処理回路２１によって実行される、スイッチング機能を実行するスイッチ２３のためのとるソフトウェアアーキテクチャの一例を、概略的に表す。図５に示すように、ソフトウェアアーキテクチャは、この例においては、
－ データフレーム受信部２３１、
－ データフレーム分類部２３２、
－ データフレーム転送部２３３、
－ データフレーム送信部２３４
を含む。

【0078】

データフレーム受信部２３１は、ＭＡＣユニット２２によって受信されたデータフレームのためのキューを処理する（主にＤＭＡ制御）。それゆえ、データフレーム受信部２３１は、ＭＡＣユニット２２の内部メモリから処理回路２１のキューにデータをコピーするように、ＤＭＡコントローラに指示する。これらのキューは、ＭＡＣユニット２２によって受信されたデータフレームに関するデータを記憶するバッファへのポインタを含む、リングバッファ記述子として実行されてもよい。これらのバッファは、データフレーム受信部２３１によって割り当てられてもよい。

【0079】

図５に示す例においては、ＭＡＣユニット２２は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格をサポートすると仮定され、ＴＳデータフレーム及びＮＴＳデータフレームは、各ＭＡＣユニット２２について、それぞれＭＡＣ－ＴＳ－ＲｘＱ及びＭＡＣ－ＮＴＳ－ＲｘＱによって示される、異なるキューに送信される。

【0080】

以上で議論したように、ＴＳ動作モード又はＮＴＳ動作モードのいずれが使用されるかに依存して、データフレーム受信部２３１は、キューを（待ち時間を短縮するために）ポーリングするか又はＩＳＲに入れることによって、データフレームがＭＡＣユニット２２の１つによって受信されたことを検出してもよい。データフレーム受信部２３１は、受信されたデータフレームを、データフレーム分類部２３２にディスパッチする。カットスルー方式が使用されるか否かに依存して、データフレームのディスパッチは、データフレームの最初又は最後のフラグメントの受信時に開始されてもよい。

【0081】

データフレーム受信部２３１はまた、１つ以上のＭＡＣユニット２２によって送信される、ホストスタック２４によって生成されたデータフレームを含む、ホストポート２６のキューを、ホストスタック２４を用いて処理する。この例においては、Ｈｏｓｔ－ＴｘＱと示される１つのキューのみがある。もちろん、２つ以上のキュー、例えば、ＴＳデータフレームのための１つのキュー及びＮＴＳデータフレームのための１つのキュー、又は種々のサービス品質（ＱｏＳ）のための種々のキュー、若しくは、より一般的には、種々のトラフィッククラス（ＴＣ）のための種々のキュー等を有することも可能である。

【0082】

データフレーム分類部２３２は、各受信されたデータのＴＣを決定するためにデータフレームを検査し、考慮された異なるＴＣにそれぞれ関連する異なる内部キューにそれらをポストする。図５に示す例においては、考慮されるＴＣは、それぞれＴＳデータフレーム及びＮＴＳデータフレームであり、キューは、それぞれＩｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱ及びＩｎｔ－ＮＴＳ－ＴｘＱによって示されている。ＭＡＣユニット２２は既に、受信されたデータフレームをＴＳデータフレームとＮＴＳデータフレームとに分類しているので、これらは、Ｉｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱキュー及びＩｎｔ－ＮＴＳ－ＴｘＱキューのうちの、それらの対応するキューに直接にディスパッチされる。この例においては、データフレーム分類部２３２は、主にＨｏｓｔ－ＴｘＱキューにおいて受信されたデータフレームを分類し、ＴＳ及びＮＴＳとして分類されたデータフレームを、それぞれＩｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱキュー及びＩｎｔ－ＮＴＳ－ＴｘＱキューへと転送する。

【0083】

データフレーム転送部２３３は、例えば所定のテーブルに基づいて、転送ルールを適用する。基本的に、データフレーム転送部２３３は、受信されたデータフレームが、１つ以上のＭＡＣユニット２２へと転送されるか、ホストポート２６へと、すなわちホストスタック２４へと転送されるかを決定する。ホストスタック２４のためのデータフレームは、この例においては、Ｈｏｓｔ－ＴＳ－ＲｘＱ及びＨｏｓｔ－ＮＴＳ－ＲｘＱによってそれぞれ示される２つの異なるキューにポストされる。ＭＡＣユニット２２によって再送信されるべきデータフレームは、データフレーム送信部２３４にディスパッチされる。

【0084】

データフレーム転送部２３３はまた、いくつかの場合においては、Ｉｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱ及びＩｎｔ－ＮＴＳ－ＴｘＱキュー中のデータフレームを修正してもよいことに留意すべきである。例えば、データフレーム転送部２３３は、ＭＡＣユニット２２によって送信されるデータフレームの中に、フレームヘッダ中の追加的なデータ、例えばＶＬＡＮ識別子を挿入してもよいし、又はＶＬＡＮ識別子を別のものに置き換えるなどとしてもよい。

【0085】

データフレーム送信部２３４は、ＭＡＣユニット２２によって送信されるデータフレームのためのキューを処理する（主にＤＭＡ制御）。それゆえ、データフレーム送信部２３４は、処理回路２１のキュー中のデータをＭＡＣユニット２２の内部メモリにコピーするように、ＤＭＡコントローラに指示する。これらのキューは、ＭＡＣユニット２２によって送信されるべきデータフレームに関するデータを記憶するバッファへのポインタを含む、リングバッファ記述子として実行されてもよい。データフレーム送信部２３４は、例えばデータフレーム受信部２３１によって割り当てられたバッファを解放するため、ＭＡＣユニット２２によるデータフレームの適切な送信をチェックするために、キューを検査してもよい。

【0086】

図５に示す例においては、ＭＡＣユニット２２は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格をサポートすると仮定され、ＴＳデータフレーム及びＮＴＳデータフレームは、各ＭＡＣユニット２２について、それぞれＭＡＣ－ＴＳ－ＴｘＱ及びＭＡＣ－ＮＴＳ－ＴｘＱによって示される異なるキューにポストされ、そこからＤＭＡコントローラによってＭＡＣユニット２２に転送される。

【0087】

図６は、処理回路２１によって実行される、スイッチング機能を実行するスイッチ２３のための可能なソフトウェアアーキテクチャの別の非限定的な例を概略的に表している。

【0088】

図６に示すように、このソフトウェアアーキテクチャもまた、データフレーム受信部２３１、データフレーム分類部２３２、データフレーム転送部２３３及びデータフレーム送信部２３４を含む。図５の例と比較して、主な違いは、ＭＡＣユニット２２がＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格をサポートしていないことであり、それゆえ当該規格は処理回路２１によって実行される。ＭＡＣユニット２２は、それぞれ、受信されたデータフレーム（ＴＳ及びＮＴＳの両方のデータフレームを含む）のための１つのキューＭＡＣ－ＲｘＱ、及び送信されるデータフレームのための１つのキューＭＡＣ－ＴｘＱを含む。

【0089】

それゆえ、図６に示す例においては、データフレーム分類部２３２は、ホストスタック２４から受信されたデータフレーム、及びＭＡＣユニット２２から受信されたデータフレームを分類する。例えば、受信されたデータフレームが、ＶＬＡＮ優先度を含んでいる場合、ＶＬＡＮ優先度７を有するデータフレームを、Ｉｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱキューにポストし、ＶＬＡＮ優先度０～６を有するデータフレームを、Ｉｎｔ－ＮＴＳ－ＴｘＱキューにポストすることが可能である。

【0090】

次に、データフレーム送信部２３４は、好ましくは、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖ規格を実行するフレームスケジューラを含む。それゆえ、フレームスケジューラは、各時間的サイクルのＴＳ時間スライス及びＮＴＳ時間スライスに従って、ＴＳデータフレーム及びＮＴＳデータフレームを、ＭＡＣユニット２２のＭＡＣ－ＴｘＱキューにポストする。この場合、ＭＡＣユニット２２は、時間ベースのスケジューリングをサポートし、すなわち、ＭＡＣユニット２２は、例えばネットワーククロック（例えばＩＥＥＥ１５８８－２００８）に基づく所与の時間において、データフレームを送信することが可能である。

【0091】

もちろん、図５及び図６に示した例は非限定的なものであり、他の例も可能である。例えば、データフレーム分類部２３２は、データフレームを、ＴＳ及びＮＴＳトラフィッククラスに直接対応しないＴＣに分類してもよい。例えば、受信されたデータフレームを、それぞれのＱｏＳに従って（この場合には、異なるＱｏＳに関連する異なるキューにディスパッチされる）、それぞれのＶＬＡＮ優先度に従って（この場合には、異なるＶＬＡＮ優先度に関連する異なるキューにディスパッチされる）等で分類してもよい。その場合には、データフレーム送信部２３４及び／又はデータフレーム転送部２３３は、ＭＡＣユニット２２による送信の前に、考慮される異なるＴＣとＴＳ及びＮＴＳトラフィッククラスとの間のマッピングを実行してもよい（例えば、ＶＬＡＮ優先度７を有するデータフレームはＴＳデータフレームとして送信され、ＶＬＡＮ優先度０～６を有するデータフレームはＮＴＳデータフレームとして送信される、等）。

【0092】

好ましい実施形態においては、ＭＡＣユニット２２によって受信されたデータフレームは、処理回路２１のバッファにコピーされ、そこから、このデータフレームは、ホストスタック２４によって及び／又はＭＡＣユニット２２のうちの別のものによって（ＤＭＡコントローラを介して）アクセスされてもよい。それゆえ、かかる実施形態においては、処理回路２１の１つのバッファから別のバッファにデータフレームをコピーすることは、可能な限り防止される。

【0093】

図５に示される例を考慮するならば、このことは、ＭＡＣユニット２２によって受信されたデータフレームが修正なしで別のＭＡＣユニット２２へと転送される場合、対応するキューがこのデータフレームを含むバッファへの（又はデータフレームがフラグメント化されている場合はこのデータフレームを含む複数のバッファへの）ポインタを含むことを意味している。例えば、データフレームがＴＳデータフレームである場合、このことは、ＭＡＣ－ＴＳ－ＲｘＱ、Ｉｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱ及びＭＡＣ－ＴＳ－ＴｘＱキューのポインタが、同じ１つ以上のバッファを指すことを意味している。このことは、必要とされるメモリの量及び処理ＣＰＵパワーを削減することを可能とし、それによって、少なくともデータフレームが変更される必要がない場合には、バッファ間のかかるコピーによってもたらされる待ち時間を回避する。同様に、ホストスタック２４のためにＭＡＣユニット２２によって受信されたＴＳデータフレームについては、ＭＡＣ－ＴＳ－ＲｘＱ、Ｉｎｔ－ＴＳ－ＴｘＱ及びＨｏｓｔ－ＴＳ－ＲｘＱキューのポインタは、同じ１つ以上のバッファを指す。

【0094】

それゆえ、同じバッファが、異なるプロセスによって使用されてもよく、所与のバッファは、それを使用する最後のプロセスが終了したときにのみ解放される。例えば、データフレームが複数のＭＡＣユニット２２に転送される場合、全てのＭＡＣユニット２２がデータフレームの送信を完了したときにのみ、対応するバッファが解放される。かかる機能ができることは、各バッファに参照カウンタを関連付けることである。このカウンタは、或るプロセスがそこで参照を得る（すなわちバッファを使用する）たびにインクリメントされる必要がある。このカウンタは、或るプロセスがそこでバッファへの参照を失う（すなわち、バッファを使用する必要がなくなる）たびにデクリメントされる。参照カウンタが０に到達すると、関連するバッファは効果的に解放される。

【0095】

データフレームのサイズが、例えば、上記データフレームにデータを挿入することによって、又は上記データフレームからデータを削除することによって、修正される必要がある場合、上記データフレームは、好ましくは、それぞれのバッファに記憶される複数のフラグメントへとフラグメント化される。それゆえ、データを追加又は削除することによって修正される必要がある１つ以上のフラグメントは、標的フラグメントと呼ばれ、処理回路２１の他のバッファにコピーされる唯一のフラグメントである。それゆえ、データフレームは、或るバッファから別のバッファに全体がコピーされるのではなく、その標的フラグメントのみがコピーされる。それゆえ、修正されていないフラグメントを含むバッファへのポインタは修正されず、その一方で、標的フラグメントを含むバッファへのポインタは、修正された標的フラグメントがコピーされたバッファを指すように修正される。それゆえ、バッファ間のコピーは、必要な場合、データフレームの標的フラグメントを含むバッファに限定され、それによって、バッファ間のかかるコピーによってもたらされる待ち時間を短縮する。

【0096】

スイッチング装置２０は、例えば産業用ＬＡＮ等のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で使用されてもよい。かかるＬＡＮは、複数のかかるスイッチング装置２０を含んでもよく、スイッチング装置２０のうちの少なくともいくつかは、デイジーチェーントポロジに従ってともに接続されている。しかしながら、スイッチング装置２０はまた、他のネットワークトポロジに従ってともに接続されてもよいことを、強調しておく。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】