CN101753580B - 包处理芯片及其数据存储、转发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包处理芯片及其数据存储、转发方法,该方法将输入数据帧进入数据缓存时单播帧和多端口转发帧做统一处理,在转发引擎中单独针对多端口帧进行多播转发号的分配和管理,相比于每个基本存储单元分配一个多播引用计数器,每转发一个数据就需要对多播引用计数器进行减1操作的方法,本发明只需在一个多端口转发帧发送完毕再将对应多播转发号对应的权重值进行减1操作,使数据处理较为简单,另外,多播转发号的数量可以根据系统需要进行确定,相对于每个基本存储单元采用一个多播引用计数器,本发明只需为每个多播转发号采用一个权重表项,简化了电路,提高数据帧的处理能力,降低了系统成本。

Description

包处理芯片及其数据存储、转发方法
技术领域
本发明涉及包处理芯片,特别是涉及包处理芯片及其数据存储、转发方法。
背景技术
包处理芯片的存储-转发是按照以下方式进行的,首先从外部端口将需要转发的数据帧全部接收存储到共享缓存中,然后根据转发要求将数据帧从共享缓存中读出并发送到另外的外部端口输出。共享缓存可以设计到芯片内部,也可以设计到芯片外部。
现有包处理芯片的共享缓存方式基本上都是采用链表管理,即将共享缓存按照固定字节长度划分成各个独立的基本存储单元BMU,从各个端口输入的数据帧(包括单播帧和多端口转发帧)存放在分散的基本存储单元中,基本存储单元的结构分成数据空间和链表空间两个部分。其中,数据空间用于存储数据,链表空间用于存储下一个基本存储单元的地址指针。共享缓存的管理采用申请-释放的方式,即输入数据帧如果要存储到共享缓存中,首先要申请一个基本存储单元的地址指针,然后将对应的数据存放在该地址指针指向的基本存储单元中,当需要转发此数据帧时,即将此数据帧从共享缓存读出后再将基本存储单元进行释放,以提供给其他数据帧进行存放。
在上述传统的对数据帧的存储-转发方法中,在输入多端口转发帧的情况下,数据帧需要转发到多个输出端口,则需要从共享缓存多次读取此数据帧,此时常用方法是将每个基本存储单元分配一个多播引用计数器,表明该地址的使用状态,当输入一个多端口转发帧时,将申请到的基本存储单元对应的多播引用计数器置为该数据帧转发端口的数量,转发多端口转发帧时,从共享缓存读取一个基本存储单元的多端口转发帧的数据,同时多播引用计数器相应的减1,当多播引用计数器减到0才将该基本存储单元释放。
这种数据帧存储-转发方法的缺点在于:
(1)、由于单播帧和多端口转发帧是随机存放在分散的基本存储单元中的,因此,每个基本存储单元均需设置一个多播引用计数器,这样,共享缓存越大,占用的电路资源就越多,从而造成资源紧张,处理能力较低。
(2)、由于单播帧和多端口转发帧的处理方式不一致,因此,增加了电路设计和数据处理的复杂性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决包处理芯片数据处理能力较低、电路设计和数据处理复杂的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种包处理芯片多端口转发帧的存储与转发方法,包括以下步骤:
S10、将输入数据帧分别存储在共享缓存中空闲的基本存储单元内,并生成表征该输入数据帧是单播帧还是多端口转发帧的帧描述信息;
S20、如果帧描述信息表明该输入数据帧为单播帧时,则将该帧描述信息添加到相应转发端口的帧描述队列中;如果帧描述信息表明该输入数据帧为多端口转发帧时,则获取一个释放权重表中空闲的多播转发号,将该多端口转发帧的转发端口数量写入多播转发号对应的释放权重表的对应表项;
S30、将多播转发号写入多端口转发帧描述中,并根据转发端口数量将该多端口转发帧描述复制成与转发端口的数量相同的份数,分别添加到相应转发端口的帧描述队列中;
S40、依次从帧描述队列中读取帧描述信息,如果当前读取的帧描述信息表明其为单播帧时,则从共享缓存相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时释放该输入数据帧所占用的基本存储单元;如果当前读取的帧描述信息表明其为多端口转发帧时,则根据帧描述信号从共享缓存中相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时产生多端口转发帧释放信号,该多端口转发帧的多播转发号所对应的释放权重表中的相应表项的当前值减1,当其值为0时,则生成多端口转发帧释放描述并添加到多端口转发释放队列;
S50、依次从多端口转发释放队列中读取多端口转发帧释放描述,并根据该多端口转发帧释放描述中的帧长度和起始基本存储单元的地址释放共享缓存中的基本存储单元。
本发明还提供了一种包处理芯片,包括输入接口单元、共享缓存、缓存管理单元、转发引擎单元、多端口转发帧管理单元和调度单元,
所述共享缓存由若干用于储存输入数据帧的基本存储单元组成;
所述输入接口单元接收输入数据帧,生成表征该输入数据帧为单播帧或多端口转发帧的帧描述信息,并向缓存管理单元申请基本存储单元的地址;
所述缓存管理单元接受输入接口单元申请基本存储单元地址的申请,并依据每个基本存储单元的空闲或占用状态,分配基本存储单元的地址,将从输入接口单元输入的数据存储在空闲的基本存储单元内;
所述转发引擎单元接收输入接口单元发出的帧描述信息并根据该信息获得该输入数据帧是否为单播帧的判断结果,当判断结果表明该输入数据帧是单播帧时,则将该帧描述信息添加到相应转发端口的帧描述队列中;当判断结果表明该输入数据帧是多端口转发帧时,则从多端口转发帧管理单元中申请一个多播转发号,并将该多端口转发帧的转发端口数量写入多播转发号对应的释放权重表的对应表项中,将多播转发号写入多端口转发帧描述中,并根据转发端口数量将该多端口转发帧描述复制成与转发端口的数量相同的份数,分别添加到相应转发端口的帧描述队列中;
所述多端口转发帧管理单元的内部设有一用于存储多播转发号的多播转发帧释放权重表,该多端口转发帧管理单元收到数据转发单元发出的多播转发号申请请求后,依据释放权重表的空闲或占用状态分配多播转发号,所述多播转发号对应释放权重表中的一个表项且被赋予该多端口转发帧的转发端口数量;
所述调度单元从帧描述队列中读取当前帧描述并获得该输入数据帧是否为单播帧的判断结果,当判断结果表明当前帧描述是单播帧时,则从相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时释放该输入数据帧所占用的基本存储单元;当判断结果表明当前帧描述是多端口转发帧时,则根据帧描述信息从共享缓存中相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时产生多端口转发帧释放信号;
多端口转发管理单元收到多端口转发帧释放信号后,该多端口转发帧的多播转发号所对应的释放权重表中的相应表项的当前值减1,当其值为0时,则生成多端口转发帧释放描述并添加到多端口转发释放队列中;
调度模块依次从多端口转发释放队列中读取多端口转发帧的长度和起始基本存储单元的地址并通知缓存管理单元将共享缓存中的基本存储单元释放。
本发明,将输入数据帧进入数据缓存时单播帧和多端口转发帧做统一处理,在转发引擎中单独针对多端口帧进行多播转发号的分配和管理,相比于每个基本存储单元分配一个多播引用计数器,每转发一个基本存储单元的数据就需要对多播引用计数器进行减1操作,本发明的方案只需要在一个多端口转发帧发送完毕再将对应多播转发号对应的权重值进行减1操作,这样使数据处理较为简单,提高了本发明的实用性;本发明中的多播转发号的数量可以根据系统需要进行确定,相对于每个基本存储单元采用一个多播引用计数器,本发明只需要为每个多播转发号(对应一个多播转发帧)采用一个权重表项,这样简化了电路,提高数据帧的处理能力,降低了系统成本。
附图说明
图1为本发明包处理芯片的结构示意图;
图2为本发明包处理芯片的数据存储、转发方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种包处理芯片,用于提高数据帧的处理能力,并降低设计制造成本。下面结合附图和具体实施例对本发明作出详细的说明。在本实施例中,假设包交换芯片的端口数目为16,共享缓存的大小为64M,交换芯片的每个端口支持8个优先级队列,则帧描述队列共有128个队列,分别对应到16个端口。图1为本发明包处理芯片的结构示意图,如图1所示,包处理芯片包括输入接口单元、共享缓存、缓存管理单元、转发引擎单元、多端口转发帧管理单元和调度单元。
所述共享缓存由若干用于储存输入数据帧的基本存储单元组成;
所述输入接口单元接收输入数据帧,生成表征该输入数据帧为单播帧或多端口转发帧的帧描述信息,并向缓存管理单元申请基本存储单元的地址。
所述缓存管理单元接受输入接口单元申请基本存储单元地址的申请,并依据每个基本存储单元的空闲或占用状态,分配基本存储单元的地址,将从输入接口单元输入的数据存储在空闲的基本存储单元内;
具体地说,当输入接口单元接收到输入数据帧时(包括单播帧和多端口转发帧),向缓存管理单元申请一个基本存储单元,缓存管理单元查找基本存储单元的状态列表,找到表项值为0的对应表项,将其地址指针分配给输入接口单元,并将此表项置为1,输入接口单元根据此地址指针将数据帧存储在对应的基本存储单元中,当调度单元输入一个基本存储单元的释放信号时,将对应的表项置为0,则此基本存储单元可供其他数据帧存储。如果输入数据帧为长帧,则需要从缓存管理单元申请多个基本存储单元进行存储数据帧。
所述转发引擎单元接收输入接口单元发出的帧描述信息并根据该信息获得该输入数据帧是否为单播帧的判断结果,当判断结果表明该输入数据帧是单播帧时,则将该帧描述信息添加到相应转发端口的帧描述队列中;当判断结果表明该输入数据帧是多端口转发帧时,则从多端口转发帧管理单元中申请一个多播转发号,并将该多端口转发帧的转发端口数量写入多播转发号对应的释放权重表的对应表项中,将多播转发号写入多端口转发帧描述中,并根据转发端口数量将该多端口转发帧描述复制成与转发端口的数量相同的份数,分别添加到相应转发端口的帧描述队列中。
所述多端口转发帧管理单元的内部设有一用于存储多播转发号的多播转发帧释放权重表,该释放权重表设有4K个反映多播转发号状态的表项,每一个多播转发号对应释放权重表中的一个表项且被赋予该多端口转发帧的转发端口数量,每个多播转发号采用一个4比特位宽的表项反映其状态,因此,释放权重表为一个16K的ram,此释放权重表的每个表项的初始值为0。多播转发号的数量是固定的,有限的,多播转发号的数量可由系统需求的实际情况而定,一般情况下,多播转发号的数量远小于BMU的数量,本实施例中将释放权重表中表项的数目设有4K,仅是一种示例。该多端口转发帧管理单元收到数据转发单元发出的多播转发号申请请求后,查找释放权重表,找到权重值为0的表项,将对应的多播转发号分配给该多端口转发帧,同时将该表项的权重值置为该多播转发帧的转发端口数量。
所述调度单元采用一定的调度策略从帧描述队列中读取帧描述信号,并根据帧描述信号获得该输入数据帧是否为单播帧的判断结果,当判断结果表明当前帧描述是单播帧描述时,则从相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时通过缓存管理单元释放该输入数据帧所占用的所有基本存储单元;当判断结果表明其为多端口转发帧描述时,则根据帧描述信息从共享缓存中相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时产生多端口转发帧释放信号;
多端口转发管理单元收到多端口转发帧释放信号后,该多端口转发帧的多播转发号所对应的释放权重表中的相应表项的当前值减1,当其值为0时,则生成多端口转发帧释放描述并添加到多端口转发释放队列中;
调度模块依次从多端口转发释放队列中读取多端口转发帧的长度和起始基本存储单元的地址并通知缓存管理单元将共享缓存中的基本存储单元释放。
本发明还提供了一种包处理芯片的数据存储、转发方法,包括以下步骤:
S10、将输入数据帧分别存储在共享缓存中空闲的基本存储单元内,并生成表征该输入数据帧是单播帧或多端口转发帧的帧描述信息。共享缓存按照固定字节长度划分为多个基本存储单元BMU,每个BMU各自独立,如基本存储单元设定为256字节长度,则共享缓存共有256K个基本存储单元;设置一个状态列表,该状态列表中的每个表项反映一个基本存储单元的状态,表项值为0代表该基本存储单元空闲,为1表示对应基本存储单元被占用,此状态列表的初始状态为全0;根据共享缓存中每个基本存储单元的空闲或占用状态,将输入数据帧存储在空闲的基本存储单元内,如果输入数据帧为长帧,则需要从缓存管理单元申请多个基本存储单元进行存储数据帧。帧描述信息反映了该输入数据帧的类型和存储数据的基本存储单元的起始地址。该步骤由缓存管理单元控制进行,缓存管理单元对每个基本存储单元进行管理,监控其当前的空闲或占用状态、进行空间分配和空间释放的操作;每个基本存储单元独立于端口,由缓存管理单元进行统一分配,通过软件配置将BMU根据数据的源端口或目的端口为类别进行独立分配,也可以也可以进行共享型分配,实现BMU的灵活分配和高效利用。
S20、如果帧描述信息表明该输入数据帧为单播帧时,则将该帧描述信息添加到相应转发端口的帧描述队列中;如果帧描述信息表明该输入数据帧为多端口转发帧时,则获取一个释放权重表中空闲的多播转发号,将该多端口转发帧的转发端口数量写入多播转发号对应的释放权重表的对应表项。
S30、将多播转发号写入多端口转发帧描述中,并根据转发端口数量将该多端口转发帧描述复制成与转发端口的数量相同的份数分别添加到相应转发端口的帧描述队列中。
S40、依次从帧描述队列中读取帧描述信息,如果当前读取的帧描述信息表明其为单播帧时,则从共享缓存相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时释放该输入数据帧所占用的基本存储单元;如果当前读取的帧描述信息表明其为多端口转发帧时,则根据帧描述信号从共享缓存中相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时产生多端口转发帧释放信号,该多端口转发帧的多播转发号所对应的释放权重表中的相应表项的当前值减1,当其值为0时,则生成多端口转发帧释放描述并添加到多端口转发释放队列。
S50、依次从多端口转发释放队列中读取多端口转发帧释放描述,并根据该多端口转发帧释放描述中的帧长度和起始基本存储单元的地址释放共享缓存中的基本存储单元。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.包处理芯片的数据存储、转发方法,其特征在于包括以下步骤:
S10、将输入数据帧分别存储在共享缓存中空闲的基本存储单元内,并生成表征该输入数据帧是单播帧还是多端口转发帧的帧描述信息;
S20、如果帧描述信息表明该输入数据帧为单播帧时,则将该帧描述信息添加到相应转发端口的帧描述队列中;如果帧描述信息表明该输入数据帧为多端口转发帧时,则获取一个释放权重表中空闲的多播转发号,将该多端口转发帧的转发端口数量写入多播转发号对应的释放权重表的对应表项;
S30、将多播转发号写入多端口转发帧描述中,并根据转发端口数量将该多端口转发帧描述复制成与转发端口的数量相同的份数,分别添加到相应转发端口的帧描述队列中;
S40、依次从帧描述队列中读取帧描述信息,如果当前读取的帧描述信息表明其为单播帧时,则从共享缓存相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时释放该输入数据帧所占用的基本存储单元;如果当前读取的帧描述信息表明其为多端口转发帧时,则根据帧描述信号从共享缓存中相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时产生多端口转发帧释放信号,该多端口转发帧的多播转发号所对应的释放权重表中的相应表项的当前值减1,当其值为0时,则生成多端口转发帧释放描述并添加到多端口转发释放队列;
S50、依次从多端口转发释放队列中读取多端口转发帧释放描述,并根据该多端口转发帧释放描述中的帧长度和基本存储单元的地址释放共享缓存中的基本存储单元。
2.包处理芯片,其特征在于包括输入接口单元、共享缓存、缓存管理单元、转发引擎单元、多端口转发帧管理单元和调度单元,
所述共享缓存由若干用于储存输入数据帧的基本存储单元组成;
所述输入接口单元接收输入数据帧,生成表征该输入数据帧为单播帧或多端口转发帧的帧描述信息,并向缓存管理单元申请基本存储单元的地址;
所述缓存管理单元接受输入接口单元申请基本存储单元地址的申请,并依据每个基本存储单元的空闲或占用状态,分配基本存储单元的地址,将从输入接口单元输入的数据存储在空闲的基本存储单元内;
所述转发引擎单元接收输入接口单元发出的帧描述信息并根据该信息获得该输入数据帧是否为单播帧的判断结果,当判断结果表明该输入数据帧是单播帧时,则将该帧描述信息添加到相应转发端口的帧描述队列中;当判断结果表明该输入数据帧是多端口转发帧时,则从多端口转发帧管理单元中申请一个多播转发号,并将该多端口转发帧的转发端口数量写入多播转发号对应的释放权重表的对应表项中,将多播转发号写入多端口转发帧描述中,并根据转发端口数量将该多端口转发帧描述复制成与转发端口的数量相同的份数,分别添加到相应转发端口的帧描述队列中;
所述多端口转发帧管理单元的内部设有一用于存储多播转发号的多播转发帧释放权重表,该多端口转发帧管理单元收到转发引擎单元发出的多播转发号申请请求后,依据释放权重表的空闲或占用状态分配多播转发号,所述多播转发号对应释放权重表中的一个表项且被赋予该多端口转发帧的转发端口数量;
所述调度单元从帧描述队列中读取当前帧描述并获得该输入数据帧是否为单播帧的判断结果,当判断结果表明当前帧描述是单播帧时,则从相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时释放该输入数据帧所占用的基本存储单元;当判断结果表明当前帧描述是多端口转发帧时,则根据帧描述信息从共享缓存中相应的基本存储单元中读取输入数据帧并转发,同时产生多端口转发帧释放信号;
多端口转发帧管理单元收到多端口转发帧释放信号后,该多端口转发帧的多播转发号所对应的释放权重表中的相应表项的当前值减1,当其值为0时,则生成多端口转发帧释放描述并添加到多端口转发释放队列中;
调度单元依次从多端口转发释放队列中读取多端口转发帧的长度和起始基本存储单元的地址并通知缓存管理单元将共享缓存中的基本存储单元释放。
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