CN110753008A

CN110753008A - 基于dpaa的网络数据处理装置和方法

Info

Publication number: CN110753008A
Application number: CN201810820089.4A
Authority: CN
Inventors: 李曙光
Original assignee: Putian Information Technology Co Ltd
Current assignee: Putian Information Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2020-02-04

Abstract

本发明实施例提供一种基于DPAA的网络数据处理装置和方法。所述装置包括：网络接口、DPAA、业务处理任务核以及网络协议栈，其中：所述网络接口，用于接收业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据和控制面数据传输至DPAA；所述DPAA，用于接收所述网络接口传输的业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据发送到指定队列，将所述控制面数据发送到网络协议栈；所述业务处理任务核，用于从所述指定队列获取业务面数据并进行处理；所述网络协议栈，用于接收所述DPAA传输的控制面数据。本发明实施例通过DPAA将业务面数据和控制面数据分离，能够减少频繁的系统调用和内存拷贝，提高通讯效率和系统稳定性。

Description

基于DPAA的网络数据处理装置和方法

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于DPAA的网络数据处理装置和方法。

背景技术

通信系统中，数据的类型分为业务面数据和控制面数据，业务面数据为通信业务数据，例如语音数据或者分组业务数据，控制面数据为控制数据，如用来控制呼叫流程建立、维护及释放等信令消息。

现有的对网络接口数据包的处理通常是将业务面数据和控制面数据统一提交到网络协议栈，再由业务面应用程序从协议栈读取数据包或通过协议栈向外发送数据包，中间经过了用户态到内核态的系统调用和网口数据的拷贝，这种处理方式需要频繁系统调用和内存拷贝，软件部署复杂，系统整体通讯效率不高。

另外，网络数据在多CPU核间通讯或者通过网口向外发送时，采用现有的“共享内存”、“消息通讯”或者或调用网络驱动接口方式也都需要进行内存拷贝和系统调用，导致各任务间耦合度大，软件参与度高，容易发生软件死锁和增加内存问题的风险，从而导致系统稳定性降低。

发明内容

本发明实施例提供一种基于DPAA的网络数据处理装置和方法，用以解决现有技术中通讯效率低、系统稳定性低等问题。

一方面，本发明实施例提供一种基于DPAA的网络数据处理装置，所述装置包括：

网络接口、DPAA、业务处理任务核以及网络协议栈，其中：

所述网络接口，用于接收业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据和控制面数据传输至DPAA；

所述DPAA，用于接收所述网络接口传输的业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据发送到指定队列，将所述控制面数据发送到网络协议栈；

所述业务处理任务核，用于从所述指定队列获取业务面数据并进行处理；

所述网络协议栈，用于接收所述DPAA传输的控制面数据。

另一方面，本发明实施例提供一种基于DPAA的网络数据处理方法，所述方法包括：

网络接口接收业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据和控制面数据传输至DPAA；

DPAA接收所述网络接口传输的业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据发送到指定队列，将所述控制面数据发送到网络协议栈；

业务处理任务核从所述指定队列获取业务面数据并进行处理；

网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

另一方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述基于DPAA的网络数据处理方法的步骤。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述基于DPAA的网络数据处理方法的步骤。

本发明实施例通过DPAA将业务面数据和控制面数据分离，能够减少频繁的系统调用和内存拷贝，提高通讯效率和系统稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的基于DPAA的网络数据处理装置的结构示意图；

图2为本发明又一实施例提供的基于DPAA的网络数据处理装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的CPU Portal组件、通道和队列的绑定关系的示意图；

图4为本发明一实施例提供的业务任务处理核通过DPAA向网口发送数据包的的示意图；

图5为本发明一实施例提供的基于DPAA的网络数据处理方法的流程示意图；

图6为本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例提供的一种基于DPAA的网络数据处理装置的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的基于DPAA的网络数据处理装置包括：网络接口、DPAA、业务处理任务核以及网络协议栈，其中：

所述网络协议栈，用于接收所述DPAA传输的控制面数据。

本发明实施例应用于基于LTE通信的数据的处理，业务面数据指基于LTE基站产生的通信业务数据，对这些通信业务数据进行处理的任务则为业务面任务，本发明实施例将所述业务面任务绑定到指定的CPU核即业务处理任务核，从而由指定的CPU核对提交的业务面数据进行处理。

通常基于LTE基站的业务面数据主要承载于UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)包中，网络接口传输的UDP包通过DPAA(Data Path AccelerationArchitecture，数据路径加速架构)提交到业务处理任务核进行处理。基于LTE通信的控制面数据则通过网络驱动直接提交到网络协议栈。

其中，所述业务处理任务核为业务面任务绑定的CPU内核，用于处理业务面数据，所述网络协议栈运行在一个或多个CPU内核上，用于实现LTE通信协议。

图2示出了本发明实施例提供的一种基于DPAA的网络数据处理装置的结构示意图。

如图2所示，本发明实施例通过DPAA从网口将业务面数据分离出来，提交给业务处理任务核进行处理，其他数据则通过网口驱动直接提交给网络给协议栈。

本发明实施例将业务面任务绑定到指定的CPU核上，使CPU核上任务从指定队列读取数据包，为业务面任务创造一个没有线程调度、没有网口中断的应用环境。

本发明实施例通过DPAA将承载业务面数据的UDP报文从网络接口中分离出来，发给指定的接收队列，实现了UDP业务报文从网络接口到处理任务的内存零拷贝和网络数据包的智能分流。

具体地，所述网络接口配置为CPU和DPAA共用模式。

本发明实施例首先对Linux内核初始化，通过修改DTB(二进制文件)将网口配置为Share-Mac模式，即网口既能被Linux内核使用也能被DPAA使用，从而DPAA在指定网络接口上将UDP协议报文从接口报文流中分离，实现了智能分流。

具体地，所述DPAA包括队列管理器、缓存管理器和帧管理器，其中：

所述帧管理器，用于对所述业务面数据和控制面数据的进行分类，将所述业务面数据发送到指定队列；

所述队列管理器，用于管理队列的排序以及管理各队列与网络接口和CPU的绑定关系；

所述缓存管理器，用于提供内存缓存池。

具体地，DPAA包括队列管理器，缓存管理器和数据帧管理器；队列管理器负责CPU、网络接口和硬件加速器之间的数据队列，它以队列的方式来管理数据，具有拥塞管理、优先级调度，包排序和顺序恢复；缓存管理器提供了内存缓存池管理功能，可以减轻软件对内存管理的负载；数据帧管理器是一个硬件加速器，支持包解析、分类和分发等功能。

本发明实施例通过修改帧控制器配置文件配置帧管理器，使帧管理器根据配置文件的描述，从网口将输入的UDP报文分离出来，发给指定的队列。

本发明实施例通过队列管理器对各队列进行管理，指定特定队列绑定到网口或其他的CPU核。例如，PowerPC CPU核自带Portal组件，该组件和特定通道绑定，队列管理器指定特定队列与所述通道绑定，则实现了队列与CPU核的绑定。

具体地，所述业务处理任务核，还用于根据队列与CPU的绑定关系将所述业务面数据转发到指定CPU或者网络协议栈。

业务处理任务核处理UDP数据包后，可以转发给其它CPU核以完成其他任务，或提交给协议栈供控制面处理，在进行数据包传输时为了提高数据包传输效率，使用DPAA的队列机制，将转发的数据包写入到绑定特定CPU核或协议栈的队列中。

图3示出了CPU Portal组件、通道和队列的绑定关系的示意图。

参照图3，PowerPC CPU核(Core n)自带的Portal组件(Portal n)与特定通道绑定，队列(WQ0……WQn)再和通道绑定，数据包发给特定队列，通过绑定关系，就能实现网络数据包的快速转发。

本发明实施例采用DPAA的队列机制能够避免了“共享内存“和”消息通讯“方式的软件开销，利用硬件队列方式实现了核间高速通讯和数据包高速转发，达到了业务数据包转发的内存零拷贝，实现一对一的高效传输。

具体地，所述业务处理任务核，还用于根据队列与网络接口的绑定关系将所述业务面数据发送到指定网络接口。

本发明实施例业务面任务绑定到指定CPU核上，当业务面任务需要向外发送数据包时，利用DPAA队列机制直接将外发数据包写入到网口绑定的发送队列。

图4示出了业务任务处理核通过DPAA向网口发送数据包的示意图。

如图4所示，业务处理任务核(Core n)通过将数据包发送到与网口绑定的队列(Work Queue n)中，网口绑定的队列自动将数据包发送到网口。

本发明实施例业务面任务外发数据包无需通过协议栈进行收发数据包，且不用调用Linux下的网口驱动，绕开了协议栈和网口驱动，减少了系统调用和内存拷贝，提高了发送效率，同时不影响协议栈通过网口发送数据包。

本发明实施例中的功能模块可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块，本发明实施例不再赘述。

本发明实施例还提供一种基于DPAA的网络数据处理方法。

图5示出了本发明实施例提供的一种基于DPAA的网络数据处理方法的流程示意图。

如图5所示，本发明实施例提供的基于DPAA的网络数据处理方法具体包括以下步骤：

S11、网络接口接收业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据和控制面数据传输至DPAA；

S12、DPAA接收所述网络接口传输的业务面数据和控制面数据，并将所述业务面数据发送到指定队列，将所述控制面数据发送到网络协议栈；

S13、业务处理任务核从所述指定队列获取业务面数据并进行处理；

S14、网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

将所述网络接口配置为CPU和DPAA共用模式。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

帧管理器对所述业务面数据和控制面数据的进行分类，将所述业务面数据发送到指定队列；

队列管理器管理队列的排序以及管理各队列与网络接口和CPU的绑定关系；

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

业务处理任务核根据队列与CPU的绑定关系将所述业务面数据转发到指定CPU或者网络协议栈。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

业务处理任务核根据队列与网络接口的绑定关系将所述业务面数据发送到指定网络接口。

下面用具体例子对本发明实施例提供的基于DPAA的网络数据处理方法进行详细阐述。

本发明实施例提供的基于DPAA的网络数据处理方法具体包括以下步骤：

步骤一、构建DPAA Share-Mac运行环境，通过修改Linux内核启动单板DTB配置文件，配置指定网口工作在Share-Mac模式，此模式下网口为Linux协议栈和DPAA共用。

例如，配置网口2为Share-Mac模式的描述如下：

步骤二、Linux内核启动后在应用程序中执行Fmc命令，将XML格式的帧控制器配置文件配置到DPAA的帧管理器，使通过DPAA能够将UDP协议报文提交给指定接收队列。

例如，Fmc命令格式如下：

fmc -c usdpaa_config_b4_serdes_0x2a_0x98_udp_mcb.xml -p fmc_policy_udp_mcb.xml–a

步骤三、启动应用程序，在“usdpaa_trans_init“函数中执行DPAA的队列管理器和缓存管理器的初始化。

步骤四、启动业务面任务并绑定到指定的CPU核上，在程序中通过调用“net_if_init”函数，初始化”portal-chanel-wqueue”映射关系，使任务能够从指定队列接收UDP报文。

步骤五、通过“IFCONFIG”命令将网口使能，并确认网口工作状态为“UP”。

步骤六、通过“mpstat-P ALL”命令或“ps”命令查看业务任务和所绑定CPU核状态。

步骤七、业务面任务处理UDP数据包后，可以将数据包转发给绑定在其他CPU核上的任务，也可以将数据包发给Linux协议栈；通过调用“send_frame”函数，函数参数为要提交到的帧队列的ID和要发送帧的描述符，此队列ID绑定到了指定CPU下“portal-chanel”。

步骤八、业务面任务将数据直接通过网口向外发送数据包，通过调用“send_frame”函数，函数参数为指定网口发送队列的ID和要发送帧的描述符，从而将数据包向外发送。

步骤九、通过程序自定义命令行命令“show_trans_stat“显示业务任务收发包计数。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如图5的方法。

图6示出了本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

如图6所示，本发明实施例提供的电子设备包括存储器21、处理器22、总线23以及存储在存储器21上并可在处理器22上运行的计算机程序。其中，所述存储器21、处理器22通过所述总线23完成相互间的通信。

所述处理器22用于调用所述存储器21中的程序指令，以执行所述程序时实现如图5的方法。

例如，所述处理器执行所述程序时实现如下方法：

网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

本发明实施例提供的电子设备，通过DPAA将业务面数据和控制面数据分离，能够减少频繁的系统调用和内存拷贝，提高通讯效率和系统稳定性。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如图5的步骤。

例如，所述处理器执行所述程序时实现如下方法：

网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

本发明实施例提供的非暂态计算机可读存储介质，通过DPAA将业务面数据和控制面数据分离，能够减少频繁的系统调用和内存拷贝，提高通讯效率和系统稳定性。

网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

本发明一实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：

网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于DPAA的网络数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：

网络接口、DPAA、业务处理任务核以及网络协议栈，其中：

所述网络协议栈，用于接收所述DPAA传输的控制面数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述网络接口配置为CPU和DPAA共用模式。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述DPAA包括队列管理器、缓存管理器和帧管理器，其中：

所述缓存管理器，用于提供内存缓存池。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述业务处理任务核，还用于根据队列与CPU的绑定关系将所述业务面数据转发到指定CPU或者网络协议栈。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述业务处理任务核，还用于根据队列与网络接口的绑定关系将所述业务面数据发送到指定网络接口。

6.一种基于DPAA的网络数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：

网络协议栈接收所述DPAA传输的控制面数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6至8任一项所述基于DPAA的网络数据处理方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至8任一项所述基于DPAA的网络数据处理方法的步骤。