CN103428108B - 数据帧处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数据帧处理方法和装置，涉及无线通信领域，用于提高系统资源的使用效率和处理性能。本发明中，在每次周期定时器产生中断后，在中断时间内从BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的数据帧。采用本发明可以提高系统资源的使用效率和处理性能。

Description

数据帧处理方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种数据帧处理方法和装置。

背景技术

以太网（Ethernet）是一种用途广泛的嵌入式处理器接口，各家厂商的数据信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）上都集成了Ethernet控制器，利用它来连接通用处理器、ARM、PC机，以及在DSP间做数据通信。

目前常见的Ethernet处理接收数据时的两种软件方法如下：第一，以Ethernet帧为单位产生接收帧中断，在中断处理程序中处理Ethernet的一帧数据，如图1中，每个竖箭头代表接收到一个Ethernet帧，产生一次接收帧中断。第二，用定数器（timer）产生周期中断，在中断处理程序中轮询接收缓存描述符（Buffer Descriptor，BD）链，处理本周期内接收到的多帧数据，如图2中，每个实心竖箭头代表一次定时器中断，处理当前周期间隔里接收到的所有虚箭头表示的Ethernet帧。

在接收帧中断中处理接收数据是响应速度最快的办法，但在数据接收过于频繁时，反复进入接收帧中断，会影响处理器整体效率。包大小对ethernet接收效率的影响很大，在接收几千字节（分片）的包时，速率可达几百Mbps，而在接收几十字节的包时速率只有一百多Mbps。用接收帧中断方式处理频繁接收的小包，效率下降尤其明显。如图3所示。

在Timer周期中断中批量处理接收数据，可以减少任务频繁切换的次数，提高处理效率，但在数据流量较大时往往由于其优先级太高导致处理时间太长，长时间占用CPU导致其他优先级低的处理模块无法及时得到处理；且Timer周期在软件初始化时写死，无法在线修改，对系统的数据实时处理影响较大，如图4所示，其中虚线头表示接收到一个Ethernet帧。

发明内容

本发明实施例提供一种数据帧处理方法和装置，用于提高系统资源的使用效率和处理性能。

一种数据帧处理方法，该方法包括：

在预先设定的周期定时器每次超时时，产生中断，在中断时间内从缓存描述符BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；

当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的数据帧。

一种数据帧处理装置，该装置包括：

第一处理单元，用于在预先设定的周期定时器每次超时时，产生中断，在中断时间内从缓存描述符BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；

第二处理单元，用于当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续处理在中断时间内未被处理的数据帧。

本发明实施例提供的方案中，在每次周期定时器产生中断后，在中断时间内从BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的数据帧；可见，本方案中，不是在中断时间内处理本周期内接收到的所有数据帧，而是在中断时间内处理数目不大于预设门限值的数据帧，并由优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续处理未被处理的数据帧，从而避免了由于中断程序优先级太高导致长时间占用CPU使得其他优先级低的处理模块无法及时得到处理，进而在保证数据帧的及时有效处理的同时，降低了对其他处理模块的影响，提高了系统资源的使用效率和处理性能。

附图说明

图1为现有技术中的DSP响应Ethernet接收帧中断示意图；

图2为现有技术中的DSP响应定时器中断处理接收Ethernet帧示意图；

图3为现有技术中的Ethernet接收帧中断任务频繁中断应用任务示意图；

图4为现有技术中的定时器中断任务处理Ethernet帧示意图；

图5为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图6为本发明实施例时器中的中断和优先级任务共同处理Ethernet帧示意图；

图7为本发明实施例中的Ethernet接收处理流程示意图；

图8A-图8D为本发明实施例中的Ethernet接收缓冲区示意图；

图9为本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

为了提高系统资源的使用效率和处理性能，本发明实施例提供一种数据帧处理方法。

参见图5，本发明实施例提供的数据帧处理方法，包括以下步骤：

步骤50：在预先设定的周期定时器每次超时时，产生中断，在中断时间内从BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；该预设门限值为大于0的整数。

步骤51：当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的数据帧。

具体的，优先级接收处理任务的优先级可以低于系统的信令处理任务的优先级。

进一步的，在不存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。协议栈处理任务的优先级可以与优先级接收处理任务的优先级相同。

进一步的，在步骤51中优先级接收处理任务处理完成在中断时间内未被处理的数据帧后，激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和该优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

较佳的，当接收到的数据帧的数量大于设定阈值或CPU占用率大于设定阈值时，选择性丢弃部分数据帧。设定阈值可以是大于的数值；具体的，包括如下两种情况：

第一，当接收到的数据帧的数量大于设定阈值时，进入紧急模式，在紧急模式下不再从BD获取新的数据帧，仅触发协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层；

第二，当CPU占用率大于设定阈值时，对于在中断时间内和优先级接收处理任务处理的数据帧，根据各数据帧的IP头中的端口号信息选择性丢弃一定数量的数据帧，比如将IP头中的端口号为设定值或在设定取值范围内的数据帧丢弃。

下面结合具体实施例对本发明进行说明：

本实施例提出了一种Ethernet数据帧接收策略，根据基站系统数字信号处理器（DSP）的各种压力情况，灵活变换周期定时器和优先级接收处理任务接收Ethernet数据帧的方式，并在CPU压力过大时进行选择性丢包，提高效率的同时减少了对DSP上其他模块的影响，保证基站核心数据的优先处理。本实施例既保证了基本以太网数据的处理实时性，又避免了数据流量太大导致DSP其他优先级任务处理不及时的问题。

如图6所示，定时器中断处理完成后根据Ethernet数据帧的接收数量判断是否触发优先级接收处理任务，以及随后的协议栈处理任务，使Ethernet数据帧的处理可以按部就班的进行，同时也不影响其他高优先级任务的及时运行；并在CPU占用率达到95%时选择性的丢弃部分Ethernet数据帧，将Ethernet数据帧的处理过程对其他模块的影响降至可接受范围，做到了既保证Ethernet数据帧的实时接收，又兼顾了基站关键信令的及时处理。

软件初始化时，分别创建周期定时器和优先级接收处理两种任务，周期定时器的周期默认配置为1ms，优先级接收处理任务的优先级与协议栈处理任务的优先级一致，且低于系统主要的信令处理模块的优先级。

设置1ms周期定时器处理Ethernet数据帧的数量最大为m，优先级接收处理任务处理Ethernet数据帧的数量最大为n个，这样在1ms保证能够及时处理的Ethernet数据帧为m个，可以保证基站主要信令的及时传送。若1ms内接收的Ethernet数据帧小于m个，周期定时器处理完毕后激活协议栈处理任务，完成组包等功能。若瞬间流量较大（即1ms内接收的Ethernet数据帧大于m个），则1ms周期定时器任务在处理完成后将激活优先级接收处理任务，若没有更高优先级任务运行，该优先级接收处理任务将开始继续处理Ethernet数据帧。在优先级接收处理任务启动时，1ms内接收的Ethernet数据帧的数量将可以达到m+n个，优先级接收处理任务处理完成后再触发协议栈处理任务，完成组包等功能。

DSP的Ethernet数据帧接收处理流程如图7所示：

步骤一：在1ms的周期定时器每次超时时，产生中断；

步骤二：中断服务程序从BdBuffer中获取并处理在当前1ms周期内接收到的数目不大于m的Ethernet数据帧；

步骤三：判断BdBuffer中的Ethernet数据帧的数目是否大于m，若是，则到步骤四，否则中断服务程序激活协议栈处理任务，并到步骤五：

步骤四：激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的Ethernet数据帧；优先级接收处理任务处理完BdBuffer中的Ethernet数据帧后，激活协议栈处理任务；

步骤五：协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对处理后得到的Ethernet数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

本实施例中，1ms周期定时器、优先级接收处理任务属于以太接收任务，协议栈处理任务属于以太包处理任务，共同维护BD缓存区（BdBuffer）。Tb_buf为循环链表，使用写指针w_ptr和读指针r_ptr维护；Free_buf为栈格式，采用压栈、出栈方式维护，如图8A所示。

初始化时将BdBuffer中1024个1536字节缓冲区指针挂在BD中,剩余512个缓冲区的指针全部压入Free_buf；

在接收任务中查询BD，将接收有效BD中的BdBuffer指针赋值给Tb_buf,并将Tb_buf的写指针递增，同时将Free_buf中空闲buff指针出栈并替换BD中BdBuffer指针，Free_buf的栈指针递减。

协议栈任务运行后处理Tb_buf中有效的Ethernet帧，处理完毕后将Tb_buf读指针递增，并将处理过的buf指针压入Free_buf。

为保证基站重要信令的及时处理，当Ethernet瞬间流量过大或CPU占用率过高时选择性丢弃部分Ethernet业务包，具体包括：

Ethernet流量过大时的丢包；

当Free_buf中压入的指针数量小于门限值m时说明此时有大量Ethernet数据帧被接收，进入紧急模式，紧急模式下不再从BD获取新的Ethernet数据帧，只触发协议栈处理任务处理接收到的Ethernet数据帧，当Free_buf中指针数量大于门限值n后解除紧急模式重新开始查询BD链表。

CPU占用过高时的丢包；

当CPU占用率大于95%时，DSP处于极度繁忙状态，以太接收任务根据各Ethernet数据帧的IP头中的端口号信息选择性丢弃一定数量的Ethernet数据帧，以保证其他模块的正常运行。

下面具体说明：

BD为记录缓存区（buffer）信息的结构描述字，通过配置芯片的BD链表寄存器可以将一个一个的接收buffer描述字串联起来；当接收到新的Ethernet数据帧时，芯片会将该Ethernet数据帧放到某个BD的buffer中，在BD中置相应标置。用户只需要查询各个BD的标志位即可知道是否有数据更新。所以需要保证BD记录的buffer为空闲状态（即从BD链中某个BD上buffer取数据，需要更新一个新的buffer给这个BD），以支持芯片随时将新数据放进去。

1ms周期定时器、优先级接收处理任务属于以太接收任务，协议栈处理任务属于以太包处理任务，共同维护BdBuffer。Tb_buf为循环链表，使用写指针w_ptr和读指针r_ptr维护；Free_buf为栈格式，采用压栈、出栈方式维护；

A、初始化时将BdBuffer中1024个1536字节缓冲区指针挂在BD中,Tb_buf的写指针w_ptr和读指针r_ptr为0，剩余512个缓冲区的指针全部压入Free_buf，则Free_buf的top_ptr为512，如图8B所示；

B、在接收任务中查询BD，将接收有效BD中BdBuffer指针赋值给Tb_buf，并将Tb_buf的写指针w_ptr递增，同时将Free_buf中空闲buf指针出栈并替换BD中BdBuffer指针，Free_buf的栈指针top_ptr递减。例如去两个Ethernet数据帧后，w_ptr=2,r_ptr=0,top_ptr=509，如图8C所示；

C、协议栈处理任务运行后会判断Tb_buf中读写指针是否相等，若不等则表示收到新的Ethernet数据帧，处理Tb_buf中有效的Ethernet数据帧，处理完毕后将Tb_buf读指针r_ptr递增(r_ptr=2,w_ptr=2)，并将处理过的每个以太帧buf的指针压入Free_buf(top_ptr=509+2)，则Free_buf的指针top_ptr递增，如图8D所示。

大压力模式下流量大的丢包场景，就是在大量的Ethernet数据帧到来时导致步骤C无法运行，从而Tb_buf里读写指针差距较大，当然同时Free_buf里大量buf地址被替换到BD上导致top_ptr指针太小。

参见图9，本发明实施例提供的数据帧处理装置，包括：

第一处理单元90，用于在预先设定的周期定时器每次超时时，产生中断，在中断时间内从缓存描述符BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；

第二处理单元91，用于当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续处理在中断时间内未被处理的数据帧。

进一步的，所述优先级接收处理任务的优先级低于系统的信令处理任务的优先级。

进一步的，所述第一处理单元90还用于：

在不存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

进一步的，所述第二处理单元91还用于：在所述优先级接收处理任务处理完成在中断时间内未被处理的数据帧后，激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和该优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

进一步的，该装置还包括：

数据帧丢弃单元92，用于当接收到的数据帧的数量大于设定阈值或CPU占用率大于设定阈值时，选择性丢弃部分数据帧。

进一步的，所述数据帧丢弃单元92用于：

当接收到的数据帧的数量大于设定阈值时，进入紧急模式，在紧急模式下不再从BD获取新的数据帧，仅触发协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和所述优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层；或者，

当CPU占用率大于设定阈值时，对于在中断时间内和所述优先级接收处理任务处理的数据帧，根据各数据帧的IP头中的端口号信息选择性丢弃一定数量的数据帧。

综上，本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，在每次周期定时器产生中断后，在中断时间内从BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的数据帧；可见，本方案中，不是在中断时间内处理本周期内接收到的所有数据帧，而是在中断时间内处理数目不大于预设门限值的数据帧，并由优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续处理未被处理的数据帧，从而避免了由于中断程序优先级太高导致长时间占用CPU使得其他优先级低的处理模块无法及时得到处理，进而在保证数据帧的及时有效处理的同时，降低了对其他处理模块的影响，提高了系统资源的使用效率和处理性能。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种数据帧处理方法，其特征在于，该方法包括：

在预先设定的周期定时器每次超时时，产生中断，在中断时间内从缓存描述符BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；

当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续从BD获取并处理未被处理的数据帧。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优先级接收处理任务的优先级低于系统的信令处理任务的优先级。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在不存在中断时间内未被处理的数据帧时，进一步包括：

激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述优先级接收处理任务处理完成在中断时间内未被处理的数据帧后，进一步包括：

激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和该优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

当接收到的数据帧的数量大于设定阈值或CPU占用率大于预设阈值时，选择性丢弃部分数据帧；

其中，所述设定阈值大于或等于所述预设门限值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当接收到的数据帧的数量大于设定阈值或CPU占用率大于预设阈值时，选择性丢弃部分数据帧，具体包括：

当接收到的数据帧的数量大于设定阈值时，进入紧急模式，在紧急模式下不再从BD获取新的数据帧，仅触发协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和所述优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层；或者，

当CPU占用率大于预设阈值时，对于在中断时间内和所述优先级接收处理任务处理的数据帧，根据各数据帧的IP头中的端口号信息选择性丢弃一定数量的数据帧。

7.一种数据帧处理装置，其特征在于，该装置包括：

第一处理单元，用于在预先设定的周期定时器每次超时时，产生中断，在中断时间内从缓存描述符BD获取并处理在本周期内接收到的数目不大于预设门限值的数据帧；

第二处理单元，用于当存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活优先级接收处理任务，该优先级接收处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，继续处理在中断时间内未被处理的数据帧。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述优先级接收处理任务的优先级低于系统的信令处理任务的优先级。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元还用于：

在不存在中断时间内未被处理的数据帧时，激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二处理单元还用于：在所述优先级接收处理任务处理完成在中断时间内未被处理的数据帧后，激活协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和该优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

数据帧丢弃单元，用于当接收到的数据帧的数量大于设定阈值或CPU占用率大于预设阈值时，选择性丢弃部分数据帧；

其中，所述设定阈值大于或等于所述预设门限值。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述数据帧丢弃单元用于：

当接收到的数据帧的数量大于设定阈值时，进入紧急模式，在紧急模式下不再从BD获取新的数据帧，仅触发协议栈处理任务，该协议栈处理任务在没有比自身优先级高的其他处理任务运行时，对在中断时间内和所述优先级接收处理任务处理后得到的数据帧进行协议栈处理，并将得到的数据包提交给应用层；或者，

当CPU占用率大于预设阈值时，对于在中断时间内和所述优先级接收处理任务处理的数据帧，根据各数据帧的IP头中的端口号信息选择性丢弃一定数量的数据帧。