CN106576084A - 片上数据分组处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种片上数据分组处理方法和对应的集成电路，其中，在进入端口处接收数据分组，并且用片上线速引擎来处理数据分组。该处理包括向数据分组添加元数据，将已处理数据转送到片上QoS单元，改变数据分组的元数据和/或向数据分组提供另外的元数据。数据分组被从片上QoS单元转送到片上数据消耗者。如果数据消耗者是处理单元，则在第一处理步骤中处理数据分组，将数据分组从处理单元改向至QoS单元，并重复将数据分组转送到片上数据消耗者的步骤。

Description

片上数据分组处理系统
片上系统（SoC）以节省空间的方式提供单个芯片上的必需硬件组件。典型的片上系统包括微控制器、一个或多个微处理器或DSP核、存储器块（诸如ROM、RAM、EEPROM和闪存）、节拍发生器、外围设备（诸如计数计时器、实时计时器和上电复位发生器）、外部接口（诸如USB、火线、以太网、USART、SPI）、模拟接口（诸如ADC和DAC）、调压器和电源管理电路。数据总线连接这些组件。DMA控制器直接地在外部接口与存储器之间路由数据。从而，数据业务绕过处理器核，从而增强SoC的数据吞吐量。
随着针对宽带应用和多样化数据消耗者（consumer）的要求不断增加，甚至在出售给私人最终用户的小规模系统中（诸如家庭网关）提供用于数据分组的服务质量（QoS）管理已变得有益。特别地，可以将QoS用于IP网络。例如，无线多媒体扩展标准针对诸如WIFI上IP语音之类的WIFI应用提供QoS管理。根据QoS管理的一个方面，向数据分组添加优先级标志以提供用于数据分组处置的优先级。
本说明书公开了一种片上数据分组处理方法和对应的集成电路，其中，在进入端口处接收数据分组，并且数据分组是用片上线速引擎。特别地，所述处理包括向数据分组中的至少一个添加元数据、通过数据总线将已处理数据转送到片上QoS单元，以及改变数据分组的元数据和/或向数据分组提供另外的元数据。下面关于图2进一步解释根据当前说明书的元数据的某些示例。
举例来说，线速引擎可包括一个或多个CPU或硬件加速器，其中，硬件加速器是窄定义任务的硬件元件设计。硬件加速器还可显示出低水平的可编程性，但是其一般地并未灵活到足以适合于其它任务。针对预定义任务，硬件加速器与固定操作频率上的加载存储相比显示出高性能。另一益处是低功耗，导致每个任务计算（task figure）的低能量。
线速引擎通过数据总线将数据分组或其部分从片上QoS单元转送到片上数据消耗者。片上数据消耗者可除其它之外包括外出端口、交换器（switch）以及处理单元（CPU）。数据被转送到的片上数据消耗者的类型取决于元数据。
特别地，如果数据分组被转送到处理单元，则数据分组在第一处理步骤中被处理，并且包括已处理数据分组或数据分组的已处理部分的已处理数据被从处理单元改向至QoS单元，并且重复将数据分组或其中的一部分转送到数据消耗者的步骤。
根据一个实施例，元数据特别地包括流相关字段，诸如关于消息流优先的约束或者还有使用控制特定约束。举例来说，递送的服务质量可取决于客户的数据使用或客户已进行支付的服务种类。
根据另一实施例，元数据包括会话ID字段，其表示关联到分组流的层2会话或层3会话。这提供了用于进一步处理数据分组和用于设定用于处理和转送数据分组的优先级的上下文。
根据又另一实施例，元数据包括表示层3加密数据流的隧道ID字段。
根据另外的实施例，元数据包括流ID，其表示已识别且被用于数据分组处理的桥接或路由流数。
根据另外的实施例，元数据包括处理阶段相关字段，其定义通过QoS引擎的处理的序列和路径。
根据另外的实施例，元数据包括QoS相关字段，其指定要实现的预定服务质量。
特别地，根据一个实施例，QoS相关字段确定QoS队列中的数据分组的处置。
根据另外的实施例，数据分组的QoS相关字段包括分类器字段，其连同其它元数据字段一起被用来确定QoS队列中的数据分组的处置。
根据另外的实施例，元数据包括外出端口字段，其定义数据分组被转送到的物理端口。
在另外的实施例中，元数据包括子接口ID字段，其定义在物理外出端口后面的虚拟端口。例如，子接口可指定分组可以被路由到的多个可用IP网络中的一个。
元数据还可包括关于消息的另外的信息，特别地诸如消息源和目的地或目的地。
根据另外的方面，当前说明书公开了集成电路或微芯片以及特别地片上系统。集成电路包括用于处理数据分组的线速引擎，其中，处理包括向数据分组提供元数据。线速引擎被连接到一个或多个进入端口，诸如例如被连接到调制解调器的数据输入端。
此外，提供了用于处理并转送数据分组的QoS单元，其被连接到线速引擎。数据的处理包括数据分组的元数据的提供和调整。
提供了用于处理数据分组的至少一个微处理器，其中，处理取决于元数据，例如通过在集成电路上提供存储器，该存储器包括指令集，该指令集包括解析并识别元数据和取决于元数据的条件处理。
此外，集成电路包括一个或多个外出端口，其被连接到QoS单元和/或到所述至少一个微处理器。
根据另外的实施例，线速引擎和QoS单元可操作用于处置到多个网络的输出数据，其中，所述网络至少包括无线网络（诸如WLAN、WIFI等）以及有线IP网络（诸如例如以太网）。
此外，根据另一实施例，线速引擎和QoS单元能够处置来自多个网络的输入数据，其中，所述多个网络至少包括诸如WLAN、WIFI等之类的无线网络和有线IP网络，诸如以太网、另外的类型的内联网或互联网，其被经由调制解调器或其它网络连接。
附图说明
现在关于附图来更详细地解释本说明书的主题，在所述附图中
图1示出了根据当前说明书的分组处理系统的示意图，
图2示出了图1的分组处理系统的数据分组中的元数据信息，以及
图3示出了包括图1的分组处理系统的片上系统。
具体实施方式
在以下描述中，提供了细节以描述本申请的实施例。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可在没有此类细节的情况下实施所述实施例。
虽然以上描述包含许多特殊性，但不应将这些理解为限制实施例的范围，而是仅仅提供可预见的实施例的例证。尤其是不应将实施例的上述优点理解为限制实施例的范围，而是仅仅解释可能实现的成就，如果所述实施例被付诸实践的话。因此，应由权利要求及其等价物而不是由给出的示例来确定实施例的范围。
根据本申请的分组处理系统包括网络处理器架构，该网络处理器架构包括集中式服务质量（QoS）管理，其提供
•在多次进入QoS引擎中的情况下的QoS引擎中的多遍处置
•针对网络处理器中的多路径上的相同业务流的相同或类似规则集的应用
•在可以应用所存储的规则和QoS规则之前不需要丢弃数据的处于线速的基于进入的QoS分类
•多个CPU上的分布式QoS处置
•避免用于多播支持的数据的物理复制
•使数据改向至高速缓存器以实现更高效的DDR/带宽利用的能力。
根据本申请的分组处理系统提供另外的能力，诸如QoS判定之前的端口级拥塞控制。
根据本说明书的分组处理系统用基于补充或替换QoS管理软件的QoS避免或限制了使用复杂的分散式QoS方法。根据本说明书的分组处理系统非常适合于高负荷情况和突发业务。
此外，根据当前说明书的分组处理系统提供了具有在数据分组被处理并被路由之前的线速引擎处的分组的检测和分类的架构。可以在必须进行QoS判定之前执行业务的分类，即使在突发业务情形中。
根据当前说明书的分组处理方法使用有保证的分类能力并基于全局外出端口而应用QoS规则。用这种方法，整个片上系统（SoC）将接收用于业务流的公共QoS处理，无论外出接口/端口的类型如何。分组处理方法还包括多遍模板的技术。该多遍模板技术服务于允许业务流的最终外出端口的解析、分类、QoS规则执行和判定的目的。
通过判定业务流的最终外出端口，分组处理应用到达最终外出端口所需的中间处理步骤的规则。这允许在到达最终外出或接口端口之前的在每个阶段具有特定QoS规则集的SoC处理中的业务流朝着多个阶段的同类配置。
根据本说明书，对数据的描述符应用元数据，从而允许没有数据拷贝的情况下的业务流中的分组的移交。修改阶段可以加载流的分组或仅其部分，并且使分组回到中央QoS引擎排队。多遍架构中的分组在每个处理阶段中使用唯一识别符用于其流类型。
除其它之外，还提供了用于向外部数据消耗者（诸如屏幕、电话、音频设备、计算机上的多媒体应用程序、无线或有线互联网提供商、家用电器、监视系统、自动化机器控制机构、测量系统等）确保预定服务质量的元数据。
分组处理系统包括中央QoS引擎，其使用多遍模板的技术来对业务流应用QoS规则和处置，从而允许通过多个处理阶段（其每个阶段使用唯一QoS规则）的同一流的重新进入，在没有软件重新编程的情况下到达最终外出阶段。
图1示出了根据当前说明书的分组处理系统10的示意性略图。分组处理系统包括QoS引擎11，其具有用于接收分组元数据的多遍排队端口12、用于提供经QoS处置的元数据的多遍出队端口13、QoS核17和进入模块14。在分组过程期间，进入模块处置进入数据的解析、分类、拥塞控制和存储。此外，处理系统包括处理阶段15，其在反馈环路中被连接到QoS引擎11。处理阶段15可在单个处理器上、在多个处理器上实现，或者其可被动态地分配或调度给处理器。QoS引擎11被连接到分组处理系统10的外出端口16。
处理阶段15对业务流的分组执行专用功能和处理步骤作为不同于将业务流转送到最终外出端口16的后续任务。最终外出端口16被用作用于完全处理了的数据分组的目的地。
多遍架构提供了一个或多个进入解析、业务分类、拥塞控制和数据存储模块、一个或多个处理阶段15以及一个或多个最终外部端口16。所有这些元件可以具有不同的数目，并且不存在要具有相同数目的要求。
图2示出了在分组处理系统10的数据分组中的元数据的包括。
根据当前说明书，可在数据分组的元数据区段20中包括以下类型的字段以用于对元数据21、22进行编码。多遍排队端口12和多遍出队端口13可操作用于例如通过添加数据字段或修改数据字段的值来将输入元数据21修改成输出元数据22。
举例来说，元数据区段20包括数据指针23、数据长度指示符24和字节偏移指示符25。
除其它之外，元数据21、22还包括
1. 流相关字段26，诸如
a.会话ID字段27，其表示关联到分组流的层2或层3会话
b.隧道ID字段28，其表示要求处理步骤中的特殊对待的层3加密流
c.流ID字段29，其表示被识别并用于处理这些分组的桥接或路由流数。
在本文中，层2和3指的是OSI网络模型，其中，层2是数据链路层且层3是网络层。
2. 处理阶段相关字段30，诸如
a.阶段1至N标志31，其定义通过公共QoS引擎11的处理的序列和路径。
3. QoS相关字段33，诸如
a.色彩字段34，其被用作用于QoS处置功能管辖的分组色彩。根据一个实施例，此信息被连同其它字段一起用来确定公共QoS引擎11中的QoS队列。
b.类字段35，其被用作分组字段解析之后的分组分类器以确定其优先级QoS处置。此信息被连同其它字段一起用来确定公共QoS引擎11中的QoS队列。
4. 目的地相关字段36，诸如
a.外出端口（EP）字段37，其定义数据应被转送到的物理端口
b.目的地子接口ID字段38，其定义在物理外出端口16后面的虚拟端口。两个字段一起定义分组的最终目的地端口。
图3示出了包括分组处理系统10的片上系统40的示例性实施例。除其它之外，片上系统40包括线速引擎41、交换器42、以太网接口43、第一CPU 44、第二CPU 45、WIFI接口46、具有VGA接口48且具有HDMI接口49的图形处理单元47。在图1中更详细地示出了QoS单元11。
线速引擎41被连接到QoS单元11的输入端，交换器42被连接到QoS单元11的输出端，以太网接口43被连接到交换器42的输出端，第一CPU 44被连接到QoS单元11的输出端，第二CPU 45被连接到QoS单元11的输出端，WIFI接口46被连接到QoS单元11的输出端，VGA接口48被连接到第一CPU 44，并且HDMI接口49被连接到第二CPU 45。
调制解调器50被连接到线速引擎41的输入端。在一个实施例中，片上系统40和调制解调器50被提供在图3中未示出的公共电路板上。
在操作期间，调制解调器接收已编码数字数据信号51，诸如QAM调制电信号或光信号，将数字数据信号51的数字数据解码，并以数据分组52的形式转送数字数据。调制解调器50还将数据分组52转换成已编码数字数据信号51。为了简单起见，在图3中未示出数据流的此方向。
线速引擎41扫描数据分组52或其部分，为数据分组25提供元数据20并以线速将它们作为已变换数据分组53而转送到QoS单元11。在图3中，用紧挨着数据流箭头的数字“n.m”来指示下面提到的第n示例的第m步骤。
根据第一示例，线速引擎41在第一步骤中为数据分组提供元数据并将其发送到QoS单元11。在第二步骤中，QoS单元11改变数据分组的元数据并将该数据分组转送到交换器42。在第三步骤中，交换器42根据元数据将数据分组转送到以太网接口43。
根据第二示例，线速引擎41在第一步骤中为数据分组提供元数据并将其发送到QoS单元11。在第二步骤中，QoS单元11为数据分组提供指示数据分组将在第一处理阶段中被处理并被发送回到QoS单元11的元数据，并将其转送到第一CPU 44。在第三步骤中，第一CPU 44将数据分组发送回到QoS单元11。在第四步骤中，QoS单元11将数据分组发送到WIFI接口46。
根据第三示例，线速引擎41在第一步骤中为数据分组提供元数据并将其发送到QoS单元11。QoS单元11在第二步骤中将数据分组转送到第二CPU 45。第二CPU 45在第一处理阶段中将数据分组处理成HDMI数据并在第三步骤中将数据分组发送到HDMI图形接口49。
在第四步骤中，第二CPU 45在第二处理阶段中将数据分组发送到第一CPU 44以用于进一步处理成VGA数据。在第五步骤中，第一CPU 44将数据分组发送到VGA接口48。
根据并未详细地解释的第四示例，数据分组被从WIFI接口46接收，被转送到线速引擎41、QoS单元11，被在一个或多个处理阶段中处理，并且最终被路由到调制解调器50。类似于先前的示例，为数据分组提供元数据且处理取决于元数据。
根据另一示例，数据分组被从以太网接口43接收，被转送到线速引擎41和到QoS单元11，被在一个或多个处理阶段中处理，并被转送到WIFI接口46。类似于先前的示例，为数据分组提供元数据且处理取决于元数据。
片上系统40的接口（诸如以太网接口43、WIFI接口46、VGA接口48、HDMI接口49）可提供外出端口、进入端口或两者。例如，在一个实施例中，HDMI接口49提供图1的进入端口1，VGA接口48提供图1的进入端口3，WIFI接口46提供图1的进入端口2和外出端口2，并且以太网接口43提供第四外出端口“外出4”。
参考标号
10 分组处理系统
11 QoS单元
12 排队端口
13 出队端口
14 进入端口
16 外出端口
20 元数据区段
21 输入元数据
22 输出元数据
23 数据指针
24 数据长度指示符
25 字节偏移指示符
26 流相关字段
27 会话ID字段
28 隧道ID字段
29 流ID字段
33 QoS相关字段
34 色彩字段
35 类字段
36 目的地相关字段
37 外出端口字段
38 目的地子接口字段
40 片上系统
41 线速引擎
42 交换器
43 以太网接口
44 第一CPU
45 第二CPU
46 WIFI接口
47 图形处理单元
48 VGA接口
49 HDMI接口
50 调制解调器
51 已编码数字信号
52 数据分组
53 已处理数据分组

Claims (14)

1.片上数据分组处理方法，包括
-在进入端口处接收数据分组，
-用片上线速引擎来处理数据分组，该处理包括向数据分组添加元数据，
-将已处理数据转送到片上QoS单元，
-改变数据分组的元数据和/或向数据分组提供另外的元数据，
-将数据分组从片上QoS单元转送到片上数据消耗者，所述片上数据消耗者选自外出端口、交换器以及处理单元，片上数据消耗者的类型取决于元数据，
如果数据分组被转送到处理单元：
-在第一处理步骤中处理数据分组，
-将已处理数据从处理单元改向至QoS单元，以及
-重复将数据分组转送到数据消耗者的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述元数据包括流相关字段。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述元数据包括会话ID字段，其表示关联到分组流的层2会话或层3会话。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述元数据包括表示层3加密数据流的隧道ID字段。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，所述元数据包括流ID，其表示已识别且被用于数据分组处理的桥接或路由流数。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，所述元数据包括处理阶段相关字段，其定义通过QoS引擎的处理的序列和路径。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，所述元数据包括QoS相关字段。
8.根据权利要求7之一所述的方法，其中，所述QoS相关字段确定QoS队列中的数据分组的处置。
9.根据权利要求8之一所述的方法，其中，所述数据分组的QoS相关字段包括分类器字段，其连同其它元数据字段一起被用来确定QoS队列中的数据分组的处置。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述元数据包括外出端口字段，其定义数据分组被转送到的物理端口。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述元数据包括子接口ID字段，其定义在物理外出端口后面的虚拟端口。
12.集成电路，该集成电路包括
-用于处理数据分组的线速引擎，所述处理包括向数据分组提供元数据，所述线速引擎被连接到一个或多个进入端口，
-QoS单元，其用于处理和转送数据分组，所述处理包括提供和调整数据分组的元数据，所述QoS单元被连接到线速引擎，
-至少一个微处理器，其用于处理数据分组，该处理取决于元数据，
-一个或多个外出端口，所述外出端口被连接到QoS单元和/或到所述至少一个微处理器。
13.根据权利要求12所述的片上系统，其中，所述线速引擎和所述QoS单元能够处置到多个网络的输出数据，所述网络至少包括无线网络和有线IP网络。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的片上系统，其中，所述线速引擎和所述QoS单元能够处置来自多个网络的输入数据，所述网络至少包括无线网络和有线IP网络。
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