CN103348641A

CN103348641A - 单一调制解调器板上改进的多小区支持的方法和系统

Info

Publication number: CN103348641A
Application number: CN2011800570989A
Authority: CN
Inventors: M·R·加沃尔; M·阿布里斯
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: EP2647163A1; WO2012074632A1; KR20130099185A; TW201238295A; US8861434B2; EP2814214A1; KR101502808B1; CN103348641B; JP2014506346A; EP2647163B1; EP2814214B1; JP5726320B2; US20120134320A1; TWI479850B

Abstract

公开一种用于在电信网络中在单一SMP分区内提供多小区支持的系统。通常包括调制解调器板和具有多个处理器核心的多核处理器，其中，所述多核处理器被配置为，禁用到达多个数据平面核心的非必须中断，并将所述非必须中断选路到多个控制平面核心。可选地，所述多核处理器可以被配置为，使得全部非实时线程和进程被绑定到专用于全部控制平面活动的处理器核心，并且，专用于全部数据平面活动的处理器核心将不容纳或运行任何数据路径实现或2层处理不直接需要的线程。

Description

单一调制解调器板上改进的多小区支持的方法和系统

技术领域

本发明的示例性实施例一般涉及用于无线电信中的调制解调器板。特别地，各种实施例涉及这样的技术，所述技术用于针对使用多核处理器的单一调制解调器板上的多小区支持增强诸如带有PREEMPT RT的SMPLinux的操作系统的实时性能。尽管本发明特别涉及无线电信领域，并且由此将特别参考其来进行描述，但应当认识到，本发明可以在其它领域和应用中有用。

背景技术

作为背景，LTE（长期演进）是正迅速演进的3GPP项目，其目的是改进UMTS（通用移动电信系统）移动电话标准以应付未来通信网络需求。LTE提升无线网络效率和带宽，降低成本，并增强服务体验。特别地，LTE利用新频谱机会并提供与其它开放标准的更好集成。LTE一般包括LTERAN（无线电接入网络）（也称为E-UTRAN）以及EPS（演进的分组系统，也称为演进的分组核心）。

通常将通信系统拆分成两个主要功能：数据平面功能和控制平面功能。在之前的LTE产品中，在调制解调器板上使用至少两个处理器：一个用于支持控制平面功能（非实时，例如运行、维护和管理（或OA&M），以及呼叫处理管理相关的功能），以及另一个用于端接和支持数据平面功能（实时，例如LTE2层处理）。控制和数据平面这两者使用不同操作系统（OS）实例，诸如Linux用于控制平面，以及诸如vXWorks（由加利福尼亚阿拉米达的Wind River Systems制作和出售）的实时OS用于数据平面核心。通常，一个调制解调器板支持一个扇区或小区。因此，为支持多小区（例如3个小区或6个小区）配置，将有必要提供与小区数量一样多的调制解调器板。

作为改进，多核处理器可以在调制解调器板上在LTE无线基站中被使用。在此情况下，诸如带有PREEMPT RT补丁的SMP Linux的操作系统运行在一个包含全部八个核心的SMP（对称多处理）分区上。在该配置中，控制平面（非实时线程和进程）和数据平面（实时线程和进程）即使其一定要运行在不同核心上但共享相同的操作系统实例。

然而，开源的带有PREEMPT RT的SMP Linux不是诸如vxWorks的骨干实时操作系统。因此，为确保来自带有PREEMPT RT的SMP Linux的最优实时性能，可以使用一些技术来减少或甚至消除通常由使用所述操作系统产生的极大等待时间尖峰。极大等待时间尖峰如果未被解决和消除，则趋向对诸如LTE2层调度器的应用的整体系统行为有不利影响，可能致使系统不能进行部署。

由此，存在对这样的方法和系统的需求，所述方法和系统用于增强诸如带有PREEMPT RT补丁的SMP Linux的操作系统的实时性能，其是经由例如（a）禁用数据平面核心上的非必须中断，其中，数据平面核心专用于运行仅实时进程或线程，并将这些中断选路到控制平面核心，以及（b）以与默认“中断”模式相反的“轮询”模式运行特定硬件部件，由此减少针对特定数据核心生成的中断的数量。

发明内容

此处描述了各种技术，所述技术可以用于增强诸如带有PREEMPTRT补丁的SMP Linux的操作系统（OS）的实时性能。带有PREEMPT RT的SMP Linux不是骨干实时操作系统。因此，引入这样的技术至关重要，所述技术用于解决可以否则由使用带有PREEMPT RT的SMP Linux产生的极大等待时间问题。这些极大等待时间尖峰可以轻易影响具有非常严格实时性能需求的LTE2层调度器的正确系统行为，由此致使所述系统不能进行部署。特别地，可以用于增强诸如带有PREEMPT RT的SMP Linux的操作系统的实时性能的软件技术中的一种涉及，禁用所述数据平面核心上的非必须中断，所述数据平面核心专用于运行仅实时进程或线程。作为代替，诸如软件DMA中断的这些非必须中断被选路到所述控制平面核心。另外，硬件部件中的至少一个（例如队列管理器）可以以与默认“中断”模式相反的“轮询”模式运行，由此减少对于特定数据核心生成的中断的数量。

在一个实施例中，提供一种计算机实现的方法，所述方法使用调制解调器板上的多核处理器处理无线网络中的数据分组。当以轮询模式运行队列管理器时，获取用于入站数据分组的缓冲器，并且将所述数据分组入队到帧队列中，其中，所述帧队列包括将被所述队列管理器处理的帧描述符的链表。使用内核线程周期性地向所述队列管理器轮询排队等候的帧描述符，并将N个帧描述符从所述硬件部件出队，其中，N是可调参数。可以在内核空间中执行关联于每个出队的帧描述符的回调函数，其中，所述回调函数将所述帧描述符内所述数据分组的缓冲器指针入队到内核到用户映射的缓冲器描述符环中以便处理。最后，在没有上下文切换的情况下将所述数据分组递送到消息模块。

在另一实施例中，提供一种用于处理无线网络中的数据分组的系统。该装置一般包括调制解调器板以及联接到所述调制解调器板的包括多个处理器核心的多核处理器，其中，所述调制解调器板包括内核空间和用户空间。另外，所述系统可以包括：队列管理器，其被配置为管理队列并以轮询模式运行；以及帧管理器，其被配置为，获取用于入站数据分组的缓冲器，并将所述数据分组入队到帧队列中，其中，所述帧队列包括将被所述硬件部件处理的帧描述符的链表。进一步地，内核线程被配置为周期性地向所述队列管理器轮询排队等候的帧描述符，并将N个帧描述符从所述硬件部件出队，其中，N是可调参数。内核空间中关联于每个出队的帧描述符的回调函数被配置为，将所述帧描述符内所述数据分组的缓冲器指针入队到内核到用户映射的缓冲器描述符环中以便处理。最后，所述系统可以包括用于在没有上下文切换的情况下将所述数据分组递送到消息模块的装备。

在又另一实施例中，公开一种用于在电信网络中在单一SMP分区内提供多小区支持的系统。所述系统通常包括调制解调器板和具有多个处理器核心的多核处理器，其中，所述多核处理器被配置为，禁用到达多个数据平面核心的非必须中断，并将所述非必须中断选路到多个控制平面核心。

从下面提供的详细描述中，本示例性实施例的适用性的进一步范围将变得显而易见。然而应当理解，尽管指示了本发明的优选实施例，但详细描述和特定示例仅作为示例给出，因为本发明的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域的技术人员将显而易见。

附图说明

本发明存在于如在下文中详细陈述、在权利要求中特别指出和在附图中示出的设备的各个部分和方法的步骤的构造、安排和组合中，其中：

图1示出了根据本发明的方面的平台体系结构的一个实施例；

图2示出了根据本发明的方面的核心预留和核心一致的一个示例性体系结构；

图3示出了用于实现核心抽象层的一个示例性体系结构；以及

图4代表当硬件被配置为以与默认中断模式相反的轮询模式运行时关于入站数据分组的过程流的高层描述。

具体实施方式

现在参考附图，其中所示仅用于示出示例性实施例，并且不用于限制所要求权利的主题，图1提供当前描述的实施例可以被并入其中的系统的视图。

现在通过参考图1，示出了示例性平台体系结构100。该体系结构一般用在调制解调器板上，但应当理解，其可以用在其它应用中。在该实施例中，通过在其中的全部八个核心定义一个分区。然而应当认识到，多核处理器100可以具有任意数量的核心。通过该实施例，由此可能使用运行在核心的全部（例如八个核心）上的单一对称多处理（SMP）操作系统（OS）实例102。由于控制和数据平面在一个OS实例下，所以通常需要注意确保关于数据平面的问题不会也使控制平面崩溃。

在该示例中，多核处理器100为三个小区（在该图中被示为104、106和108）提供服务。每个小区需要上行链路（UL）调度器（在该图中被示为110、112和114）和下行链路（DL）调度器（在图1中被示为116、118和120）。

已知，使用无线电链路控制（RLC）层对跨LTE空中接口发送和接收的分组帧进行分段、连接和纠错。在GPRS（2.5G）无线栈中使用无线电链路控制和媒体访问控制（RLC/MAC）软件。其在移动台与基站控制器（BSC）之间提供有确认和无确认的数据传输。由此，体系结构100还包括RLC/MAC块122，该RLC/MAC块122是用在移动台与网络之间的空中接口上的基础传输单元。RLC/MAC块122一般用于传送数据和RLC/MAC信令。

多核处理器100还提供运行、维护和管理（OA&M）模块124和呼叫处理（或CALLP）模块126。OA&M一般用于描述与运行、维护、管理和维修电信网络中的部件相关的过程、活动、工具、标准等。CALLP模块126通常管理呼叫处理活动的非实时方面。

另外，多核处理器100包括核心抽象层（CAL）128，该核心抽象层128一般向2层（L2）应用软件隐藏核心特定细节。2层是计算机联网的七层开放系统互连（OSI）模型的数据链路层。数据链路层是在广域网中的相邻网络节点之间或同一局域网段上的节点之间传输数据的协议层。数据链路层提供用于在网络实体之间传输数据的功能和过程装置，并且可以提供用于检测并可能纠正可以在物理层中发生的错误的装置。数据链路协议的示例如针对局域网（多节点）的以太网、针对点到点（双节点）连接的点到点协议（PPP）、HDLC和ADCCP。在此情况下，L2一般是指具有非常严格实时要求的LTE空中接口层所需的L2调度器处理。

为满足基站的实时性能需求，其中，基站负责处理移动通信设备与网络交换子系统之间的流量和信令，可以使用诸如带有PREEMPT RT补丁的SMP Linux的操作系统。当然，应当理解，可以使用其它操作系统。为达到所述SMP配置中的确定行为，优选以这样的方式来实现该系统，其使用核心预留和核心一致构造来达到与异步多处理（AMP）可比的系统行为。这对于从例如带有PREEMPT RT的SMP Linux获得最佳性能也是所需的。使用诸如缓冲器管理和消息服务的无锁零复制服务可以也帮助解决任何可以由使用带有PREEMPT RT的SMP Linux操作系统引起的等待时间问题。

如图1中所示的核心抽象层（128）的主要功能之一是为诸如L2处理的高层应用提供各种服务，所述各种服务使用多核平台的全部能力。核心抽象层由此被设计为达到几个目标。首先，其支持BED（背板以太网驱动）接口，该BED接口基于新数据路径加速体系结构（DPAA），同时向高层应用软件（即L2软件）隐藏DPAA和多核特定实现。（DPAA被设计为优化诸如负载散播和资源共享的多核网络处理，包括网络接口和硬件加速器）。第二，其使用P4080的DPAA硬件部件来为流入和流出两个方向上的用户平面数据提供加速的数据路径。第三，其提供尽可能大的灵活性以便容易地适应配置改变（即，不需要代码改变）。CAL配置的一个示例如针对缓冲器池、流入帧队列和流出帧队列的DPAA资源配置。

如图1中所示，本发明的一个实施例使用一个分区中的处理器核心的全部。由于对于简单Linux来说可能难以满足硬实时处理需求的全部，所以优选诸如带有PREEMPT RT补丁的SMP Linux的操作系统。还使用开源操作系统来降低成本。该系统进一步合并SMP Linux的核心一致和CPU预留能力以便在SMP配置内定义类AMP系统行为，该行为允许六小区或甚至九小区配置。因为在非实时核心（诸如控制平面）和实时核心（诸如数据平面）之间共享操作系统实例，所以当锁被非实时线程或进程占用时，问题可能出现。锁可以导致对于实时线程或进程的延迟，因为实时线程或进程不得不等待针对数据平面核心的锁的释放。已知，诸如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）的传输层协议在其分组报头中指定源和目的端口号。端口号是16位无符号整数。进程将其输入或输出信道文件描述符（套接字）关联于端口号和IP地址以便经由网络发送和接收数据，其中，该过程称为绑定。操作系统的联网软件具有这样的任务：将流出数据从全部应用端口发送到网络上，以及，经由匹配分组IP地址和端口号，将到达的网络分组转发给进程。由于标准Linux协议栈不保证无锁实现，所以示例性实施例为运行在数据平面核心上用于发送和接收TCP/UDP IP分组的实时进程（LTE L2调度器）定义一种无锁消息方案，同时避免使用Linux协议栈。诸如运行在控制平面核心上的OA&M的非实时进程将继续使用Linux协议栈以便于其正常运行。

通常，为避免Linux一般公共许可（GPL）问题，在用户空间中运行LTE L2调度器。因此，为从LTE L2调度器发送和接收TCP/UDP IP数据，数据不得不跨越用户-内核空间边界。该步骤通常需要数据复制。由此，消耗处理器能力来将数据从一个存储器位置复制到另一个浪费宝贵的资源。相应地，提供这样一种方法和系统是所需的，所述方法和系统对于运行在数据平面核心上的实时线程和进程允许高效的无锁、零复制和非阻塞消息服务，同时允许控制平面以其正常方式（例如经由使用传统Linux协议栈）运行。

由于控制平面（非实时进程和线程，诸如OA&M和呼叫处理）和数据平面（实时进程和线程，诸如LTE L2调度器）这两者共享同一操作系统实例，所以确保存在核心的至少某种物理分离是有益的，其中，在所述核心上进行这两种类型的活动。

在这方面，图2示出了使用核心预留和核心一致构造的一个体系结构。在该示例中，使用八核处理器。核心0-7在该图中被标记为标号202、204、206、208、210、212、214和216。全部非实时线程或进程将被绑定到专用于控制平面活动的核心（218）。换句话说，专用于数据平面活动的核心组（在该图中被标记为220、222、224和226）将不容纳和运行“快速路径”（数据路径）实现或L2处理所不直接需要的任何线程。“快速路径”是用于描述这样的路径的术语，所述路径具有比“正常路径”短的通过程序的指令路径长度。对于快速路径，为了有效，其必须比正常路径高效地处理最经常出现的任务，留给后者处理不常见情况、边角情况、错误处理和其它异常。快速路径是一种形式的优化。被快速路径驱动使用的流入缓冲器池是系统级共享资源的示例。其专用于接收数据平面分组。

为达到核心一致和核心预留，定义用于控制平面核心组218的默认一致掩码。这样，任何还未被指派特定绑定的线程或进程将默认到控制平面核心。核心抽象层（CAL）220向L2应用软件隐藏核心特定细节。在该配置中，存在仅一个正在运行的操作系统实例222。

对应于给定小区的实时进程和线程被经由核心预留和核心一致绑定到指定核心。例如，小区1和小区4的上行链路调度器线程被绑定到核心2，以及下行链路调度器线程被绑定到核心3。由此，图2示出了SMP配置内的类AMP配置。在该实施例中，例如，诸如OA&M和呼叫管理进程的全部控制平面进程将在核心0（202）上运行。小区实时进程和线程的每个将在专用核心上运行，其中，没有任何非实时进程或线程将在所述专用核心处运行。这样，（1）非实时线程不会急需处理时间，以及（2）非实时线程不会从实时线程取走任何宝贵处理时间，并且不在具有严格实时处理要求的数据核心上增加处理等待时间尖峰。

通常已知，诸如Linux的操作系统中的系统存储器可以被划分为两个不同区域：内核空间和用户空间。内核空间是这样的地方，内核（即操作系统的核心）在其处执行（即运行）并提供其服务。

存储器一般由RAM（随机访问存储器）单元组成，所述RAM单元的内容可以被以极高速度访问（即读取和写入），但被仅临时地（即，当正在使用时，或最多当电源保持打开时）保留。其目的是保存当前正在使用的程序和数据。

用户空间是用户进程（即除内核外的所有东西）在其中运行的存储器位置集合。进程是程序的执行实例。内核的任务之一是管理该空间内的各个用户进程，以及防止其相互干扰。

内核空间可以仅通过使用系统调用被用户进程访问。系统调用是类Unix操作系统中活跃进程对由内核实施的服务的请求，所述服务诸如是输入/输出（I/O）或进程创建。活跃进程是当前正在CPU中进行的进程，与正等待其在CPU中的下一回合的进程相反。I/O是任何向或从CPU以及向或从外围设备（诸如磁盘驱动、键盘、鼠标和打印机）传输数据的程序、运行或设备。

由此，内核空间严格预留给运行内核、内核扩展和多数设备驱动。相反，用户空间是全部用户模式应用在其处运行的存储器区域，并且该存储器在必要时可以被换出。

现在参考图3，示出了达到这些和其它目标的一个示例性体系结构300。关于此，核心抽象层（CAL）301包括用户空间中的各种模块，包括但不限于：核心抽象层初始化（CALInit）模块302，其将LTE网络配置和任何静态解析、分级和分发（PCD）规则加载到帧管理器（FMan）330和332，并且基于配置文件集合建立CAL框架；核心抽象层缓冲器（CALBuf）模块304；核心抽象层消息（CALMsg）模块306，其为用于向或从另一板（即eCCM）发送和接收用户平面数据的L2软件提供消息服务；核心抽象层解析、分级和分发（CALPcdFmc）模块308，其提供将被每个FMan（330、332）用于将流入帧选路到合适核心的PCD规则和配置；以及核心抽象层DPAA跟踪（CALDpaaTrace）模块310，其提供跟踪能力，以便在核心抽象层的DPAA驱动（CALDpaa驱动）312中实现和禁用跟踪，其中，DPAA驱动（CALDpaa驱动）312是内核空间模块。

进一步地，CAL301可以还包括DPAA资源配置工具313，用于管理缓冲器池、流入帧队列和流出帧队列。

体系结构300进一步包括合适的操作系统314，诸如带有PREEMPTRT补丁的SMP Linux。操作系统314接着支持各种驱动，诸如前面提到的CALDPaa驱动312、至少一个帧管理器（FMan）驱动316、至少一个缓冲器管理器（BMan）驱动318和至少一个队列管理器（QMan）驱动320。缓冲器描述符环321是所映射的内核到用户（K-U）空间，用于允许诸如CALMsg模块306的用户空间部件和诸如CALDpaa驱动312的内核空间部件在没有任何寻址问题或数据复制需求的情况下访问其。

如图3中所示，体系结构300可以适当地包括P4080核心网结构322，该P4080核心网结构322是适于可伸缩单片网络将多个动力体系结构处理核心与高速缓存、独立高速缓存和存储器子系统连接的互连体系结构。

P4080处理器包括DPAA的实现。由此，体系结构300可以进一步包括P4080DPAA324。DPAA324被设计为优化诸如负载散播和资源共享的多核网络处理，其包括网络接口和硬件加速器。如所示，DPAA324一般包括各种管理器，诸如BMan326、QMan328、以及分别的第一和第二Fman330和332。

已知，在无线多接入通信系统中，发送器和接收器可以使用多层通信栈进行通信。所述层可以包括例如物理层、媒体访问控制（MAC）层、无线电链路控制（RLC）层、协议层（例如分组数据汇聚协议（PDCP）层）、应用层等。RLC层从PDCP层接收服务数据单元（SDU），并将SDU连接或分段为RLC协议数据单元（PDU）以便向MAC层传输。

相应地，CALBuf模块304为在RLC SDU处理中使用的L2软件便利无锁缓冲器管理服务。如本领域中已知的，非阻塞算法确保正竞争共享资源的线程不因互斥而使其执行被不确定地推迟。如果保证了系统级进行，则非阻塞算法是无锁（或没锁）的。CALBuf模块304可以还支持对缓冲器池统计数据（例如池消耗状态、消耗计数、池可用性状态、池分配错误计数等）进行查询。CALBuf模块304一般与CALDpaa驱动312接合以实现所述服务。CALBuf模块304进一步提供对于多核环境中的正确系统运行优选的无锁缓冲器管理方案，其中，在所述多核环境中，被非实时进程占用的锁对于正等待该锁释放的实时进程可以导致等待时间问题。

CALMsg模块306为用于向或从另一板（即eCCM）发送和接收用户平面数据的L2软件提供消息服务。CALMsg模块306一般与CALDPAA驱动312接合，以便经由DPAA提供无锁零复制消息服务。关于此，CALDpaa驱动312将流入数据流分组入队到缓冲器描述符环321中。诸如在CALMsg API帮助下的LTE L2调度器的用户空间应用是缓冲器描述符环321的典型消费者。用户应用定期运行，并且处理被入队到缓冲器描述符环321中的分组的每个。该特征允许L2应用软件在不使用协议栈的情况下以无锁、零数据复制方式发送和接收TCP/UDP IP分组，从而避免极大等待时间延迟。

CALDpaa驱动312是CAL301的内核空间部件，并且使用Bman和Qman API帮助实现和提供缓冲器管理服务和消息服务。当用在此处时，术语API（或应用编程接口）是指由软件程序实现的、使其能够与其它软件进行交互的接口。其以与用户界面便利用户与计算机之间的交互类似的方式便利不同软件程序之间的交互。API由应用、库和操作系统实现，以便确定其词汇表和调用约定，并且被用于访问其服务。其可以包括针对用于在API的消费者和实现者之间进行通信的例程、数据结构、对象类和协议的规范。

CALDpaa驱动312一般负责：管理将被用于用户平面数据分发的DPAA资源（缓冲器池和帧队列）；经由诸如打开、关闭、i-o控制（ioctl）的各种文件操作为其它CAL模块提供用户空间接口，以便于初始化、缓冲器管理和消息服务；实施内核到用户空间（K-U）缓冲器映射；提供DPAA缓冲器池以及接收器和发送器统计数据；以及，实现用于管理环形缓冲器的服务。应当指出，环形缓冲器一般代表CAL的2层软件队列，并且其被用于存储去往特定2层下行链路调度器线程的帧描述符（FD）。CALMsg模块306为2层下行链路调度器提供API以便从环形检索缓冲器描述符。

CALBuf模块304提供将被仅用于“快速路径”数据处理的缓冲器管理服务。CALBuf模块304为L2应用提供用户空间API。CALBuf模块304与CALDpaa驱动312协作以便为由CALDpaa驱动312创建但由Bman326管理的缓冲器提供零复制和无锁缓冲器管理服务。

上面描述的CAL部件的全部一般是平台中间件（在用户空间中运行），CALDpaa驱动312除外。CALDpaa驱动312是在内核空间中运行的定制驱动，并且其被设计为实现和提供CAL用户空间中间件所需的服务——特别是那些取决于P4080DPAA硬件部件的服务。

作为用于该新体系结构的核心抽象层的一部分对无锁缓冲器管理和消息服务的引入帮助避免SMP环境中的极大等待时间尖峰，其中，在所述SMP环境中，控制平面和数据平面这两者共享同一OS实例。在SMP环境中，被在一个核心上的非实时进程或线程（诸如在控制平面中找到的那些）占用的锁可以导致对于不同核心上正等待该锁被释放的实时线程或进程（诸如在数据平面中找到的那些）的等待时间尖峰。由此，存在对无锁、零复制、非阻塞消息方案的需求，该方案不将Linux协议栈用于数据平面核心上的快速数据路径，以便满足使用一个分区的基于多核处理器的调制解调器板的性能需求。在没有所述方案的情况下，特别对于LTE L2调度器的处理，系统可能遭受可能使整个系统中断的极大等待时间尖峰。

使用零复制消息方案允许内核空间中到达以太网接口的分组在不需要数据复制的情况下到达其目的地，所述目的地诸如是用户空间中的2层下行链路调度器。由于Linux GPL问题，在用户空间中运行LTE L2调度器。因此，为从LTE L2调度器发送和接收TCP/UDP IP数据，数据不得不跨越用户-内核空间边界。所述活动将通常需要数据复制。由此，消耗处理器能力来将数据重一个存储器位置复制到另一个浪费宝贵的资源。相应地，提供这样的方法和系统将是可取的，所述方法和系统对于在数据平面核心上运行的实时线程和进程允许高效的无锁、零复制和非阻塞消息服务，同时仍允许控制平面以其正常方式（例如经由使用传统Linux协议栈）运行。

对于快速数据路径实现旁路掉Linux协议栈允许在数据平面核心上运行的LTE L2调度器使用可替换的无锁消息方案来发送和接收TCP和UDP IP分组。使用Linux协议栈可以导致可能使LTE L2调度器的处理中断的极大等待时间尖峰。这是由于这一事实：Linux协议栈未被设计为无锁的。进一步地，由于协议栈还被在控制平面核心上运行的诸如OA&M和呼叫处理实体的非实时进程和线程使用，所以其可以导致对于实时进程和线程的极大等待时间尖峰。协议栈将被绑定到在控制平面核心上运行，使得诸如OA&M和呼叫处理的非实时进程和线程将继续使用协议栈，因为其可以在没有系统行为和/或运行中断的情况下容易地抵挡偶然的极大等待时间尖峰。

图4示出了对于流入数据分组流禁用数据平面核心上的中断的一种示例性方法。流入数据流分组被内核线程处理，所述内核线程向硬件轮询分组以便减少关联于每个中断的上下文切换处理开销。

最初，硬件（例如QMan328）被配置为以与默认的“中断”模式相反的“轮询”模式运行（410）。QMan328可以被配置为，在开始时即当处理器被重启时的软件初始化期间以轮询模式运行。应当指出，默认的中断模式例如在2010年11月12日提交的美国序列号12/945,146中详细描述，该申请的公开内容通过参考引入于此。

随着数据分组继续到达外部以太网接口，诸如FMan330的帧管理器（1）从诸如BMan326的缓冲器管理器获取缓冲器，（2）将分组复制到该缓冲器中，以及（3）将分组入队到帧队列（FQ）中。帧队列是将由诸如QMan328的队列管理器处理的帧描述符的硬件链表（420）。当用在此处时，“链表”是指这样的数据结构，所述数据结构由数据记录的序列组成，使得每个记录中存在这样的字段，该字段包含指向序列中下一个记录的引用（即“链接”）。在此情况下，每个帧描述符包含指向保存数据分组的缓冲器的指针。QMan328使用由CAL模块301定义的PCD规则（例如IP地址到流入帧队列映射）来检查每个到达的数据分组的IP地址。Fman330然后创建包含指向保存该数据分组的缓冲器的指针的帧描述符，并将其入队到合适的帧队列中。

QMan328通过其内部硬件队列推入分组，直到分组到达硬件队列的前端（430）。值得注意，硬件不会对数据平面核心生成任何入口中断。

作为CALDpaa驱动312的一部分创建内核线程以便为QMan328服务，QMan328在该实施例中一般被配置为以轮询模式运行（440）。

CALDpaa驱动312的内核线程周期性地醒来（以ΔT的周期性时间间隔），并调用QMan API来轮询任何已到达硬件队列前端的排队等候的帧描述符（450）。

内核线程将然后把“N”个条目（帧描述符）从QMan328中出队（即将项从队列中移除）（460）。关于此，“N”代表可调参数（例如，N=100）。特别地，N指示内核线程在每次其“醒来”时将为之提供服务的来自QMan328的帧描述符条目的数量。

接下来，做出关于是否存在任何将被提供服务的帧描述符的确定（470）。如果否，则内核线程回到休眠（490）。

否则，执行关联于每个出队的帧描述符条目的注册的回调函数。回调函数在没有任何上下文切换的情况下并且以无锁、零复制方式将分组递送到CALMsg模块306。这可以例如经由以下来完成：将数据分组的缓冲器指针从帧描述符复制到缓冲器描述符中，并将其入队到合适的缓冲器描述符K-U映射环321中，其中，该缓冲器描述符K-U映射环321将最终由用户空间2层下行链路调度器消费（490）。

在中断模式下，每个流入数据分组的到达通常导致对数据平面核心的中断。即使在中断合并模式下，其中多达最多十五个数据分组在一个中断服务例程（ISR）中被处理，用于用户到内核到用户空间上下文切换的处理开销也相当大。这是因为，4G LTE无线系统支持大量用户，每个能够维持高数据速率（平均数据速率约2MBits/sec）。然而，经由将QMan328配置为以与默认中断模式相反的轮询模式运行提供几个优势。例如，上面概述的方案显著减少针对流入数据流对特定数据核心生成的中断的数量。这导致在数据平面核心上发生的上下文切换（用户到内核到用户空间）的显著减少。这导致数据平面核心上的处理开销的显著减少，并增强LTE系统的实时性能。

另外，在专用于运行仅实时进程或线程的数据平面核心上禁用诸如软件DMA中断的非必须中断，并且作为代替，将这些中断选路到在控制平面核心上发生。这将帮助确保，没有任何不必要的从诸如LTE L2调度器的用户空间应用到在内核空间中运行的中断服务例程（ISR）的上下文切换将由于这些中断而在数据平面核心上发生。每个上下文切换涉及值得注意的处理开销。经由消除该不必要的处理开销，将更多处理时间和能力给予用于实时进程和线程的数据平面核心，所述实时进程和线程诸如是LTEL2调度器。

本领域的技术人员将容易地认识到，各种上面所描述方法的步骤可以由已进行编程的计算机来实施。此处，某些实施例还旨在覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，所述程序存储设备是机器或计算机可读的，并且对机器可执行或计算机可执行指令程序进行编码，其中，所述指令实施所述上面描述方法的步骤的一些或全部。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动或光可读数字数据存储介质。实施例还旨在覆盖被编程为实施上面描述方法的所述步骤的计算机。

上面的说明书仅提供本发明的特定实施例的公开，并且不旨在用于将其限于此。同样，本发明不限于仅上面描述的实施例。相反，应当认识到，本领域的技术人员可以设想落在本发明范围内的可替换实施例。

Claims

1.一种使用调制解调器板上的多核处理器处理无线网络中的数据分组的计算机实现的方法，所述方法包括：

当以轮询模式运行队列管理器时，获取用于入站数据分组的缓冲器，并将该数据分组入队到帧队列中，其中，所述帧队列包括将被所述队列管理器处理的帧描述符的链表；

使用内核线程周期性地向所述队列管理器轮询排队等候的帧描述符；

将N个帧描述符从所述硬件部件出队，其中，N是可调参数；

在内核空间中执行关联于每个出队的帧描述符的回调函数，其中，所述回调函数将所述帧描述符内所述数据分组的缓冲器指针入队到内核到用户映射缓冲器描述符环中以便处理；以及

在没有上下文切换的情况下将所述数据分组递送到消息模块。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述队列管理器包括硬件部件，并且被配置为，在软件初始化期间以轮询模式运行。

3.根据权利要求1的方法，其中，缓冲器管理器提供所述用于所述入站数据分组的缓冲器。

4.根据权利要求1的方法，其中，所述多核处理器包括一个或更多被配置为运行数据平面功能的数据平面核心以及一个或更多被配置为运行控制平面功能的控制平面核心，并且其进一步包括步骤：禁用在所述数据平面核心上接收的非必须中断，并将所述非必须中断选路到控制平面核心。

5.根据权利要求1的方法，其中，所述多核处理器被配置为，使得全部非实时线程和进程被绑定到专用于全部控制平面活动的处理器核心，并且，专用于全部数据平面活动的处理器核心将不容纳和运行任何数据路径实现或2层处理不直接需要的线程。

6.一种在电信网络中在单一SMP分区内提供多小区支持的系统，所述系统包括：

调制解调器板；以及

具有多个处理器核心的多核处理器，其中，所述多核处理器被配置为，禁用到达多个数据平面核心的非必须中断，并将所述非必须中断选路到多个控制平面核心。

7.根据权利要求6的系统，其中，所述多核处理器被配置为，使得全部非实时线程和进程被绑定到专用于全部控制平面活动的处理器核心，并且，专用于全部数据平面活动的处理器核心将不容纳或运行任何数据路径实现或2层处理不直接需要的线程。

8.根据权利要求6的系统，其中，所述多核处理器被配置为包括核心抽象层，所述核心抽象层向在所述处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心特定细节。

9.根据权利要求6的系统，其中，所述多核处理器被配置为，在所述电信网络中为至少六个小区提供服务。

10.根据权利要求6的系统，其中，所述多核处理器包括八个处理器核心。