CN108390832A - 一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法 - Google Patents

一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法，包括对调度器中的每个队列设置间隔计数器和有效标志位列表，当每一轮收敛开始计算时，遍历所有队列，若所有队列索引对应的间隔计数器值都大于索引本身，则选中有效标志位为1且间隔计数器最小的队列并将其从有效标志位列表上移除，否则，从有效标志位列表中挑选间隔计数器最小的队列，并将其从有效标志位列表上移除；之后，所有间隔计数器减1，选中的队列重置间隔计数器。本发明可以自动化的生产calendar配置，无需人工计算，特别在多速率混合、调度器中所有成员总带宽接近调度器物理极限时，可以大幅降低系统配置复杂度，提高系统开发效率。

Description

一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法
技术领域
本发明涉及一种多速率混合的Calendar配置技术，尤其是涉及一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法。
背景技术
Calendar是一种按照时间适配的调度方法，该方法可以保证所有等待调度的成员按照预设的比例均匀的调度出去。为实现calendar调度，需要设计一个二维的数据结构，该数据结构中每个地址的值分别对应调度的队列ID。同时设置一个起始地址和结束地址，并使用一个计数器进行累加。当计数器累加到结束地址时，计数器的值返回到起始地址。一般，我们将起始地址设置为0，如图1所示。
图1中，数据结构中的值分别为1/3/5/1/3/1(超过结束地址后的calendar数据值不关心)，起始地址为0，结束地址为5。通过这个calendar，我们可以严格的周期性的调度出1/3/5/1/3/1这几个队列。
特别的提出两个参数，一是平均保证间隔为Tavg，该参数表征了某个队列在一轮calendar调度中平均的调度间隔，二是必须保证间隔Tm，该参数表征来某个队列中最大的调度间隔。
以图1中的队列1为例，Tavg＝6/3＝2，Tm为地址0和地址3之间的间隔为3。
在网络芯片中，根据不同队列对应的MAC速率，可以计算出每个队列对应的Tavg和Tm范围。以10Gbps流量为例，在600M时钟，数据位宽为48字节情况下：
必须保证间隔Tm＝48B×0.8ns/1.668ns＝23.02个时钟周期；
平均保证间隔为Tavg＝(97+20)×0.8ns/3/1.668ns＝18.7个时钟周期。
上式中，必须保证间隔Tm为调度48B需要的时间，平均保证间隔Tavg为调度长度97字节的报文需要的时间，97字节是报文能够达到线速的最差报文长度，按照48字节传输需要花费3个时钟周期。具体的，同一个端口(port)在calendar中被调度两次的间隔必须小于Tm，同一个port在一轮calendar调度过程中平均间隔必须小于Tavg，基于该原则，600MHz主频下所有速率参数(即不同队列速率调度间隔理论值)如下表1所示：
队列速率 Tm理论值 Tavg理论值
1G 187 187
10G 23 18.7
25G 9 7.48
40G 5 4.67
50G 4 3.7
100G 2 1.87
表1
假设调度器中有n个队列，总带宽∑＝(1/Tavg0)+(1/Tavg1)+..+(1/Tavgn-1)，总带宽∑必须满足小于等于1，否则必然不能满足所有队列的平均调度间隔。例如，根据上表1，假设调度器中存在两个100G队列，∑＝(1/1.87)+(1/1.87)＝1.06，不满足期望，该情况下调度器无法满足两个100G队列的带宽需求。
当调度器中所有成员总带宽接近调度器物理极限时，即总带宽∑趋近于1，用离散的数据间隔满足精确到小数位的Tavg是比较复杂的。在没有算法的支持下，配置多速率混合的calendar非常困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种快速产生calendar配置、降低系统配置复杂度的混合速率模式下网络芯片的方法。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法，包括：
S1，给调度器中的每个队列设置一间隔计数器和有效标志位，所有队列的有效标志位记录在一有效标志位列表内，且所述有效标志位用于标示对应队列的调度状态；
S2，初始化对应表、所述有效标志位列表和所有队列的所述间隔计数器，所述对应表为记录各队列的传输速率与调度间隔的对应表，且记录了每个队列一个调度周期内至少一轮的调度间隔，将所述对应表中的第一轮的所述调度间隔赋值给所述间隔计数器，完成所有队列的间隔计数器的初始化；
S3，遍历所有队列的所述间隔计数器，将所有队列按照间隔计数器内的值从小到大排序，且排序后队列的索引从1开始累加；
S4，遍历排序后的队列，根据队列的索引和对应的间隔计数器值的关系，选择调度出有效标志位为未调出且间隔计数器最小的队列，或者间隔计数器最小的队列；
S5，更新所有队列的间隔计数器及选中的队列的有效标志位和调度次数计数器，并使用循环次数计数器作为地址，被选中的队列ID为值，写进calendar的数据结构中；
S6，判断所有队列的有效标志位是否均为已被调出，如果是，则退出收敛算法，否则，继续判断循环次数计数器是否超过calendar数据结构最大地址值，若否，则更新所述循环次数计数器的值，并重复所述步骤3～5。
优选地，所述方法还包括：计算调度器中所有队列的总带宽，若总带宽的值大于1，则直接上报错误退出收敛算法，否则进入上述步骤S2。
优选地，若计算得到总带宽的值大于0.8且小于等于1，则将调度器的busy标志位置1。
优选地，S2中，将所述有效标志位列表中，所有队列对应的有效标志位初始化置1。
优选地，所述S4具体包括：遍历排序后的队列，若所有队列索引对应的间隔计数器值都大于索引本身，则选中有效标志位为1且间隔计数器最小的队列；若存在索引对应的间隔计数器值等于索引本身，则选中间隔计数器最小的队列。
优选地，若存在索引对应的间隔计数器值小于索引本身，则预判无法完成收敛，直接上报错误退出收敛算法。
优选地，S5中，所述更新所有队列的间隔计数器及选中的队列的有效标志位和调度次数计数器具体包括：将未被选中的队列的间隔计数器减1，将被选中的队列将按照对应表，并根据其端口速率和调度次数计数器，重置其间隔计数器的值。
优选地，S6中，若判断循环次数计数器超过calendar数据结构最大地址值，则上报错误退出收敛算法。
优选地，当所述调度器的busy标志位置1时，引入的所述补偿算法包括：在所述步骤S2初始化间隔计数器时，选择至少一个队列，将其间隔计数器的重置算法设置为低优先级，并在所述步骤S6判断所有队列的有效标志位是否均为已被调出时，进一步判断所述低优先级队列的平均调度间隔是否大于平均调度间隔理论值，如果大于，则将所述队列在标志位列表中重新置为未调出，并重复步骤S3～S5，否则完成收敛，退出算法。
优选地，根据不同队列的传输速率，可以计算出每个队列对应的平均保证间隔Tavg理论值和必须保证间隔Tm理论值，其中，平均保证间隔Tavg表示某个队列在一轮calendar调度中平均的调度间隔，必须保证间隔Tm表示某个队列在一轮calendar调度中最大的调度间隔；所述设置为低优先级的队列，其平均调度间隔可大于平均保证间隔Tavg理论值，小于必须保证间隔Tm理论值。
本发明的有益效果是：本发明通过一种calendar收敛算法，可以自动化的生产calendar配置，无需人工计算。特别在多速率混合、调度器中所有成员总带宽接近调度器物理极限时，可以大幅降低系统配置复杂度，提高系统开发效率。
附图说明
图1是现有网络芯片calendar调度原理示意图；
图2是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法，通过一种calendar(时间适配)收敛算法，可以自动化的生产calendar配置，无需人工计算。特别在多速率混合、调度器中所有成员总带宽接近调度器物理极限时，可以大幅降低系统配置复杂度，提高系统开发效率。
如图2所示，本发明实施例所揭示的一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法，包括：
步骤1，计算调度器中所有队列的总带宽∑，若总带宽的值大于1，则直接上报错误退出收敛算法，否则进入步骤2。
具体地，由上述背景技术中介绍可知，在网络芯片中，根据不同队列对应的MAC速率，可以计算出每个队列对应的Tavg理论值，根据这些Tavg理论值可以计算调度器中所有队列的总带宽∑，若总带宽的值大于1，则说明该情况下调度器无法满足所有队列的带宽要求，所以直接上报错误退出收敛算法，这步是收敛算法能够执行的前提条件。
另外，如果计算得到总带宽∑的值大于0.8且小于等于1，则将调度器的busy标志位置1。
步骤2，初始化对应表、有效标志位列表、所有队列的间隔计数器、调度器的循环次数计数器及所有队列的调度次数计数器。
初始化对应表的具体过程包括：这里的对应表为记录各队列的传输速率与调度间隔的对应表。首先，根据队列实际的传输速率初始化对应表中各队列的队列速率信息，再根据各队列的队列速率信息和其调度间隔的理论值，初始化每个队列一个调度周期内至少一轮的调度间隔。如以速率为50G的队列为例，其Tavg理论值为3.7，假设调度器一个调度周期内要调度五轮，则初始化该队列一个调度周期内五轮的调度间隔分别为:
第一轮调度间隔为3；
第二轮调度间隔为4；
第三轮调度间隔为3；
第四轮调度间隔为4；
第五轮调度间隔为4；
第六轮从第一轮开始循环，依次类推。
由于Tavg理论值为小数，必须要精确计算队列的调度间隔，使其平均间隔Tavg尽可能地接近并小于其Tavg理论值。本实施例中，调度间隔的初始化体现出前密后疏的特性，以保证无论最终收敛在哪一轮，都不会出现Tavg大于理论值的情况。该特性在本质上体现为在收敛的前几轮尽可能的多占带宽，当总带宽∑趋近于1时，由于带宽的余量非常小，如果所有端口都采用前密后疏的原则，便会在前几轮出现冲突的情况，即该情况下调度器无法满足所有队列的带宽需求，将导致算法收敛失败。
需要说明的是，对应表的初始化不一定以五轮为一个周期，可以视具体情况而言，以平均间隔Tavg趋近于理论值为最优。
初始化有效标志位列表的具体过程包括：
本发明calendar收敛算法的核心原理是对调度器中的每个队列设置间隔计数器和有效标志位列表。其中，这里的有效标志位列表的每个表项对应记录一个队列的有效标志位，该有效标志位用于标示对应队列的调度状态。本实施例中，将有效标志位列表中，所有队列对应的有效标志位置1，即置1时所有队列未被调度，清0时表示队列已被调出。
本实施例中，初始化所有队列的间隔计数器是根据各队列的速率，将步骤1中对应表中的第一轮的调度间隔赋值给间隔计数器，完成所有队列的间隔计数器的初始化。以上述50G队列为例，初始化其间隔计数器是将第一轮调度间隔3赋值给该队列的间隔计数器，其它队列原理类似。
本实施例中，调度器的循环次数计数器初始化为0，循环次数计数器用于记录调度器调度次数，调度器每调度队列一次，该计数器的值加1，当其累加到一个调度周期时会自动清0。
本实施例中，所有队列的调度次数计数器用于记录各队列各自被调度出的次数，每被调度一次，该计数器的值加1。每个队列重置间隔计数器的值也根据调度次数计数器的值来决定，如在50G队列的调度次数计数器分别为1、2、3、4、5时，对应设置50G端口每次重置间隔计数器的值分别为3-4-3-4-4。
步骤3，开始calendar收敛算法，遍历所有队列的间隔计数器，使用排序算法将所有队列根据间隔计数器内的值按从小到大排序，且排序后队列的索引从1开始累加。
步骤4，遍历排序后的队列，根据队列的索引和对应的间隔计数器值的关系，选择调度出有效标志位为未调出且间隔计数器最小的队列，或者间隔计数器最小的队列。
具体地，本实施例中，遍历排序后的队列，若所有队列索引对应的间隔计数器值都大于索引本身，则选中有效标志位为1且间隔计数器最小的队列；如果存在索引对应的间隔计数器值等于索引本身的情况，则选中间隔计数器最小的队列；如果存在索引对应的间隔计数器值小于索引本身的情况，则可以预判将无法完成收敛，直接上报错误退出收敛算法。
步骤5，更新所有队列的间隔计数器及选中的队列的有效标志位和调度次数计数器，并使用循环次数计数器作为地址，被选中的队列ID为值，写进calendar的数据结构中。
具体地，将未被选中的队列的间隔计数器减1，将被选中的队列将按照上述对应表，根据端口速率和该队列调度次数计数器，重置该队列的间隔计数器，如上述50G队列如果被调度出，则将对应表中50G队列的第二轮的调度间隔赋值给间隔计数器。之后使用循环次数计数器作为地址，被选中的队列ID为值，写进calendar的数据结构中。
步骤6，判断所有队列的有效标志位是否均为已被调出，如果是，则退出收敛算法，否则，继续判断循环次数计数器是否超过calendar数据结构最大地址值，否则，则更新循环次数计数器的值，并重复上述步骤3～5。
具体地，本实施例中，判断所有队列的有效标志位是否均为0，如果是，则说明完成了收敛，退出算法，否则，继续判断循环次数计数器是否超过calendar数据结构最大地址值，如果是，则说明在有限的计算次数中收敛失败，上报错误退出收敛算法，若否，则将循环次数计数器加1，并重复步骤3～5。
更进一步地，当调度器的busy标志位置1时，则在上述步骤2初始化间隔计数器时，选择至少一个队列将其间隔计数器的重置算法设置为低优先级，并在步骤6判断所有队列的有效标志位是否均为已被调出时，进一步判断所述低优先级速率队列的平均调度间隔Tavg是否大于理论值，如果大于，则将该速率的所有队列在标志位列表中重新置为未调出，并重复步骤3～5，否则完成收敛，退出算法。
具体地，当系统中出现busy标志位置1的情况时，需要在上述收敛算法中引入补偿机制。在对应表中，初始化所有队列的调度间隔是按照前密后疏的重置原则，由上述介绍也可知，这一原则在本质上体现为在收敛的前几轮尽可能的多占带宽，当总带宽∑趋近于1时，由于带宽的余量非常小，如果所有端口都采用前密后疏的原则，便会在前几轮出现冲突的情况，体现在算法中步骤4发生存在索引对应的间隔计数器值小于索引本身的情况。
为了避免上述冲突，在busy标志位置1的情况下，需要采用补偿算法，具体地，将步骤2对应表中某些速率队列的重置算法设置为低优先级(即前几轮调度间隔可以大于平均保证间隔Tavg但必须小于必须保证间隔Tm)。同时在步骤6判断标志位列表是否全部为0时，进一步判断低优先级速率队列的平均间隔Tavg是否大于理论值，如果大于，则将该速率的所有队列在标志位列表中重新置为1，并重复步骤3～5，否则完成收敛，退出算法。
需要将哪些速率的队列的间隔计数器的重置算法设置为低优先级，应视具体系统行为而定，这里不做限定，只要能够避免发生存在索引对应的间隔计数器值小于索引本身的情况即可。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种混合速率模式下网络芯片calendar的配置方法，其特征在于，包括：
S1，给调度器中的每个队列设置一间隔计数器和有效标志位，所有队列的有效标志位记录在一有效标志位列表内，且所述有效标志位用于标示对应队列的调度状态；
S2，初始化对应表、所述有效标志位列表和所有队列的所述间隔计数器，所述对应表为记录各队列的传输速率与调度间隔的对应表，且记录了每个队列一个调度周期内至少一轮的调度间隔，将所述对应表中的第一轮的所述调度间隔赋值给所述间隔计数器，完成所有队列的间隔计数器的初始化；
S3，遍历所有队列的所述间隔计数器，将所有队列按照间隔计数器内的值从小到大排序，且排序后队列的索引从1开始累加；
S4，遍历排序后的队列，根据队列的索引和对应的间隔计数器值的关系，选择调度出有效标志位为未调出且间隔计数器最小的队列，或者间隔计数器最小的队列；
S5，更新所有队列的间隔计数器及选中的队列的有效标志位和调度次数计数器，并使用循环次数计数器作为地址，被选中的队列ID为值，写进calendar的数据结构中；
S6，判断所有队列的有效标志位是否均为已被调出，如果是，则退出收敛算法，否则，继续判断循环次数计数器是否超过calendar数据结构最大地址值，若否，则更新所述循环次数计数器的值，并重复所述步骤3～5。
2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述方法还包括：计算调度器中所有队列的总带宽，若总带宽的值大于1，则直接上报错误退出收敛算法，否则进入上述步骤S2。
3.根据权利要求2所述的配置方法，其特征在于，若计算得到总带宽的值大于0.8且小于等于1，则将调度器的busy标志位置1，所述busy标志位用于判断是否引入补偿算法。
4.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，S2中，将所述有效标志位列表中，所有队列对应的有效标志位初始化置1。
5.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，所述S4具体包括：遍历排序后的队列，若所有队列索引对应的间隔计数器值都大于索引本身，则选中有效标志位为1且间隔计数器最小的队列；若存在索引对应的间隔计数器值等于索引本身，则选中间隔计数器最小的队列。
6.根据权利要求5所述的配置方法，其特征在于，若存在队列索引对应的间隔计数器值小于索引本身，则预判无法完成收敛，直接上报错误退出收敛算法。
7.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，S5中，所述更新所有队列的间隔计数器及选中的队列的有效标志位和调度次数计数器具体包括：将未被选中的队列的间隔计数器减1，将被选中的队列将按照对应表，并根据其端口速率和调度次数计数器，重置其间隔计数器的值。
8.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，S6中，若判断循环次数计数器超过calendar数据结构最大地址值，则上报错误退出收敛算法。
9.根据权利要求3所述的配置方法，其特征在于，当所述调度器的busy标志位置1时，引入的所述补偿算法包括：在所述步骤S2初始化间隔计数器时，选择至少一个队列，将其间隔计数器的重置算法设置为低优先级，并在所述步骤S6判断所有队列的有效标志位是否均为已被调出时，进一步判断所述低优先级队列的平均调度间隔是否大于平均调度间隔理论值，如果大于，则将所述队列在标志位列表中重新置为未调出，并重复步骤S3～S5，否则完成收敛，退出算法。
10.根据权利要求9所述的配置方法，其特征在于，根据不同队列的传输速率，可以计算出每个队列对应的平均保证间隔Tavg理论值和必须保证间隔Tm理论值，其中，平均保证间隔Tavg表示某个队列在一轮calendar调度中平均的调度间隔，必须保证间隔Tm表示某个队列在一轮calendar调度中最大的调度间隔；所述设置为低优先级的队列，其平均调度间隔可大于平均保证间隔Tavg理论值，小于必须保证间隔Tm理论值。
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Address after: 215101 unit 13 / 16, 4th floor, building B, No. 5, Xinghan street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province

Applicant after: Suzhou Shengke Communication Co.,Ltd.

Address before: Unit 13 / 16, 4th floor, building B, No.5 Xinghan street, Suzhou Industrial Park, 215000 Jiangsu Province

Applicant before: CENTEC NETWORKS (SU ZHOU) Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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