CN113110943A - 软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法 - Google Patents
软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113110943A CN113110943A CN202110344052.0A CN202110344052A CN113110943A CN 113110943 A CN113110943 A CN 113110943A CN 202110344052 A CN202110344052 A CN 202110344052A CN 113110943 A CN113110943 A CN 113110943A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switching
- port
- exchange
- stage
- crossbar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 241001522296 Erithacus rubecula Species 0.000 claims description 17
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 13
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 11
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 101100321992 Drosophila melanogaster ABCD gene Proteins 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
- G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
- G06F9/46—Multiprogramming arrangements
- G06F9/54—Interprogram communication
- G06F9/544—Buffers; Shared memory; Pipes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
本发明属于交换芯片技术领域，特别涉及一种软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法，用于适配信息系统中不同应用需求，该结构包含：通过共享缓存结构组成的第一级交换，与通过CrossBar矩阵组成的第二级交换，其中，第一级交换中的共享缓存结构设置有m*n个端口，该m*n个端口均分为n个端口组，每个端口组内共享输入缓存和输出缓存，端口组之间通过第二级交换中的CrossBar矩阵连接。本发明综合考虑共享缓存交换和CrossBar矩阵交换两种交换结构的优缺点，将二者优点结合起来，基于软件定义互连技术实现高吞吐低时延交换结构的可编程特性以及协议无关性，满足交换芯片在多种不同场景下的实际应用，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于交换芯片技术领域，特别涉及一种软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法。
背景技术
当前，信息系统体系架构正在经历从冯诺依曼到软件定义的变革，伴随人工智能技术的飞速发展，对新一代软件定义体系架构的需求愈发紧迫。软件定义体系结构可以根据不同的应用需求动态改变结构形态，可以以最佳的效能适配应用需求，大幅度减少软件的虚拟化层次，从而在系统层面实现高性能、高效能和灵活性的兼备支持。作为软件定义体系架构的核心技术之一，高吞吐低时延的软件定义交换结构的设计与实现迫切需要研究。通过研究共享总线交换、环型总线交换、共享缓存交换、Crossbar矩阵交换和基于动态路由的CLOS多级交换等主流交换结构，并对比分析RapidIO、FC、PCIe和以太网等典型协议交换芯片的实现架构，发现应用最为广泛的两种交换结构为共享缓存交换和Crossbar矩阵交换，它们大量应用在单一协议交换场景中，由于它们各自的优缺点，它们在异构协议交换中尚未有成熟应用。
异构协议交换结构的设计要兼容考虑各协议的交换特性和技术指标要求。以实现一个支持以太网、RapidIO、FC、PCIe四种典型协议，交换容量为1.2T的交换为例，要支持的四种异构协议中除FC协议外，都需要支持端口的绑定和拆分特性，这就要求交换结构能够适应端口数量和端口吞吐量的变化。以单一RapidIO协议交换为例，交换结构可以配置为2n个1x端口或者n个2x端口或者n/2个4x端口，端口绑定状态的变化不会影响交换的总带宽需求，这种协议特性适合选用共享缓存交换结构，所有端口共用相同的数据缓存，缓存带宽满足交换各端口的吞吐量之和即可。但是1.2T的交换容量在频率上限确定的情况下，例如600Mhz，总线位宽将达到2048bit，为保证缓存和带宽的效率需要对数据总线进行拼包操作，提高了设计难度；同时，共享缓存交换结构全端口时分复用的特性和后端实现时存储摆放的问题，并不利于PCIe和RapidIO协议转发时延指标的实现，针对PCIe和RapidIO协议的包重传特性，需要设置额外的输出缓存，这也是PCIe和RapidIO协议交换通常采用Crossbar交换结构的原因。对于Crossbar交换结构，各个输出端口的转发总线是独立的，互不影响，这带来了良好的时延和抖动特性；另外，Crossbar中的输出缓存天然适合PCIe和RapidIO协议的包重传特性的实现；但是，这种交换结构的端口数量不具有弹性，并且其对称性导致各个端口的吞吐量缓存要设置一致，对应交换芯片技术指标中的最大端口数量和最大端口吞吐量。仍以RapidIO协议为例，RapidIO端口支持1x、2x、4x三种端口模式，当物理端口存在n个4x端口时，交换网络就要支持4n个交换端口；当端口全部为4x的时候，交换网络只有n个端口在工作，不工作的端口所对应的节点缓存将暂时闲置，造成浪费；当端口全部1x时，即使4n个交换端口都在工作，但实际交换端口所需吞吐容量只是4x配置的1/4。当端口既要支持4x又要支持1x时，每个端口的吞吐量要按照4x吞吐量进行设计，必然造成极大的带宽和缓存浪费。
发明内容
为此，本发明提供一种软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法，综合考虑共享缓存交换和CrossBar矩阵交换两种交换结构的优缺点，将二者优点结合起来，基于软件定义互连技术实现高吞吐低时延交换结构具备的可编程特性以及协议无关性，满足交换芯片在多种不同场景下的实际应用。
按照本发明所提供的设计方案，一种软件定义交换结构，用于适配信息系统中不同应用需求，包含：通过共享缓存结构组成的第一级交换，及与通过CrossBar矩阵组成的第二级交换，其中，第一级交换中的共享缓存结构设置有m*n个端口，该m*n个端口均分为n个端口组，每个端口组内共享输入缓存和输出缓存，端口组之间通过第二级交换中的CrossBar矩阵连接。
作为本发明软件定义交换结构，进一步的，第二级交换中设置有用于入口和出口配置的选通模块，该选通模块利用滑动迭代轮循匹配iSLIP调度算法，通过多次迭代来选择交叉开关配置实现入口和出口的选通匹配。
作为本发明软件定义交换结构，进一步地，选通模块中，每个出口设置授予仲裁器，每个入口设置接受仲裁器；每次迭代中，未匹配的入口队列向每一个出口发送请求，未匹配的出口收到请求后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的入口并将相关信息反馈至入口，入口接收到反馈信息后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的出口。
进一步地，基于上述的结构，本发明还提供一种用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，包含：针对应用需求端口，对第一级交换的共享缓存进行合并拆分控制来应对应用需求端口数量以及端口带宽的需求，共享缓存结构中每个端口组内的端口共享接收缓存，并采用时分复用方式共享使用端口组的共享缓存读写带宽，端口组之间通过CrossBar矩阵的第二级交换进行连接。
作为本发明用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，第二级交换中利用滑动迭代轮循匹配iSLIP调度算法，通过多次迭代来选择交叉开关配置实现入口和出口的选通匹配。
作为本发明用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，每次迭代中，未匹配的入口队列向每一个出口发送请求，未匹配的出口收到请求后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的入口并将相关信息反馈至入口，入口接收到反馈信息后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的出口。
作为本发明用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，调度算法每次迭代中入口和出口均为未建立匹配，且在匹配过程中通过指针指向入口和出口队列中的匹配元素。
作为本发明用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，设定指针仅在第一次迭代后更新，且每个调度周期仅更新一次。
作为本发明用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，通过CrossBar矩阵进行第二级交换中，以单周期为粒度分为m个时隙，利用时隙调度融合共享缓存结构和CrossBar矩阵两种交换结构，以适配单一协议交换和/或混合协议交换配置需求。
作为本发明用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，时隙调度中，设置在Ti时隙时仅处理各端口组中第i个端口调度请求，i的取值范围为0～m-1。
本发明的有益效果：
本发明通过采用共享缓存+CrossBar的交换结构，克服二者在实现高吞吐低时延交换时的缺点，融合二者优点，实现数据交互过程的协议无关以及软件定义特性；与传统共享缓存交换相比，通过将端口进行分组，克服由于交换时延大、设计复杂、受内存读写速度的限制无法支持大容量交换等缺点，同时保留其易于实现端口的绑定和拆分、交换结构能够适应端口数量和端口吞吐量的变化的特性，另外，通过共享缓存的地址管理，本交换架构支持各端口数据的并行写入；与传统的CrossBar矩阵交换相比，通过对第一级交换的缓存进行合并拆分控制来应对端口数量以及端口带宽的弹性需求，端口非绑定(端口数量多，端口带宽小)时，交换口的缓存只拆分一部分给各端口使用；端口绑定(端口数量少，端口带宽大)时，交换口缓存则合并在一起使用，能够实现不影响性能的前提下对缓存的最大程度利用，同时保证CrossBar交换结构的稳定性，保留CrossBar交换结构良好的时延和抖动特性，具有较好的应用前景。
附图说明：
图1为实施例中软件定义交换结构示意；
图2为实施例中端口绑定操作示意。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例，提供一种软件定义交换结构，用于适配信息系统中不同应用需求，包含：通过共享缓存结构组成的第一级交换，及与通过CrossBar矩阵组成的第二级交换，其中，第一级交换中的共享缓存结构设置有m*n个端口，该m*n个端口均分为n个端口组，每个端口组内共享输入缓存和输出缓存，端口组之间通过第二级交换中的CrossBar矩阵连接。
综合考虑共享缓存交换和CrossBar矩阵交换两种交换结构的优缺点，将二者优点结合起来，基于软件定义互连技术实现高吞吐低时延交换结构的可编程特性以及协议无关性。
参见图1所示，高吞吐低时延的软件定义交换采用两级交换结构(共享缓存+CrossBar)，全交换m*n个端口(Port)平均分为n个端口组Port Group(PG)，每个PG内的端口共享一块输入缓存和输出缓存，共享缓存结构构成了第一级交换，PG之间通过n*n的CrossBar矩阵((即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵,它是业界公认的用于构建大容量系统的首选交换网络结构)交换连接，n*n的CrossBar为第二级交换结构。
作为本发明实施例中的软件定义交换结构，进一步的，第二级交换中设置有用于入口和出口配置的选通模块，该选通模块利用滑动迭代轮循匹配iSLIP调度算法，通过多次迭代来选择交叉开关配置实现入口和出口的选通匹配。
为实现低时延，CrossBar矩阵交换未设置交叉节点缓存，通过iSLIP调度算法来实现入口和出口的选通匹配。该交换结构通过引入时隙概念来解决调度上的实现难点，可以融合两种交换结构的优点，可以实现各种单一协议交换(比如，m*n 10GbE以太网协议，m*n1x RapidIO协议，m*n端口FC协议交换等)以及任意协议组合的混合协议交换的配置需求。该交换结构可达到Tbps量级的交换容量，可配合协议控制器满足低时延的指标要求。PG内的高速通道支持绑定，与之对应交换端口也支持绑定，带来第一级交换结构内部缓存和带宽分配的变化，这些变化对于共享缓存交换结构来讲是较易实现的；同时对于第二级交换结构来讲，端口数量和吞吐量均未发生变化，保证了Crossbar交换结构的稳定性。
本案实施例中，PG内部的共享输入缓存和输出缓存，可以视作CrossBar交换结构的两级缓存。当端口处于非绑定状态时，为每一个端口分配软件可配置的缓存容量；当端口处在绑定状态时，等效于较少的端口共享或者单个端口独享CrossBar的端口带宽，可以根据端口的绑定情况对共享缓存进行自由合并，在不增加额外控制开销的前提下，满足端口绑定时对缓存容量的要求；无论是端口绑定还是端口非绑定(对应端口带宽大或者小)情况下，共享缓存都能得到最大程度的利用。上述端口绑定或非绑定情况下对共享缓存的自由合并与拆分，是本交换架构软件定义特性的体现，通过该特性，其交换架构可以适应不同协议对端口数量以及端口速率的要求。
作为本发明实施例中软件定义交换结构，进一步地，选通模块中，每个出口设置授予仲裁器，每个入口设置接受仲裁器；每次迭代中，未匹配的入口队列向每一个出口发送请求，未匹配的出口收到请求后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的入口并将相关信息反馈至入口，入口接收到反馈信息后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的出口。
交换端口绑定技术主要是为了配合如PCIe、以太网和RapidIO协议的绑定特性。当协议端口进行绑定后，绑定后的端口的吞吐量会成倍增加，增加的倍数取决于参与绑定的通道(lane)的个数，吞吐量的增加导致需要更大的存储来进行数据的缓存。交换端口的绑定主要包括缓存分配和带宽分配两个动作。当交换端口发生绑定时会触发端口缓存的再分配，原来分配给各个独立端口的缓存会统一分配给绑定的端口，如图2所示，Port ABCD在绑定前各自分配了Data Memory ABCD，在绑定后仅存在端口A，原来的Data Memroy ABCD可以都分配给端口A使用。交换端口的绑定主要在交换结构中的第一级的共享缓存模块中完成，如图2所示，绑定后原来由四个端口分别占用的四个共用总线的时隙将统一分配给绑定后的端口，进而实现转发带宽的提升。
进一步地，基于上述的结构，本发明实施例还提供一种用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，包含：针对应用需求端口，对第一级交换的共享缓存进行合并拆分控制来应对应用需求端口数量以及端口带宽的需求，共享缓存结构中每个端口组内的端口共享接收缓存，并采用时分复用方式共享使用端口组的共享缓存读写带宽，端口组之间通过CrossBar矩阵的第二级交换进行连接。
通过采用共享缓存+CrossBar的交换结构，克服了二者在实现高吞吐低时延交换时的缺点，融合了二者的优点，具有协议无关以及软件定义特性，适用于以太网、FC、RapidIO以及PCIe等单一协议交换场景或多种异构协议混合交换场景，各端口支持的协议类型可进行软件定义。
作为本发明实施例中用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，第二级交换中利用滑动迭代轮循匹配iSLIP调度算法，通过多次迭代来选择交叉开关配置实现入口和出口的选通匹配。进一步地，每次迭代中，未匹配的入口队列向每一个出口发送请求，未匹配的出口收到请求后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的入口并将相关信息反馈至入口，入口接收到反馈信息后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的出口。
所有的输入端口和输出端口在每次迭代开始时都是未建立匹配的，在每次迭代过程中未被匹配的输入输出端口才能参加下次匹配，即每次成功的迭代增加额外的连接。每个输出端口有一个授予仲裁器，每个输入端口有一个接受仲裁器。iSLIP算法每次迭代由三个步骤组成：第一步、请求，未匹配的输入端队列向每一个可能输出的输出端发送请求；第二步、允许，如果一个未匹配的输出端收到请求(可能大于一个)，按照轮转原则选取最靠近最高优先级的输入端，输出端通知每一个输入端的请求是否被允许，指向最高优先级的允许指针gl会指向被允许的输入端的下一个，当且仅当该允许在第一次迭代的第三步被接受；第三步、接受，如果一个未匹配的输入端接收到允许(可能大于一个)，按照轮转原则选取最靠近最高优先级的那个输出端，指向最高优先级的接受指针al会指向被接受的输出端的下一个，当且仅当该匹配在第一次迭代中完成。为了避免饥饿，指针只在第一次迭代后被更新，且一个调度周期只更新一次。
作为本发明实施例中用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，进一步地，通过CrossBar矩阵进行第二级交换中，以单周期为粒度分为m个时隙，利用时隙调度融合共享缓存结构和CrossBar矩阵两种交换结构，以适配单一协议交换和/或混合协议交换配置需求。
CrossBar交换调度以单周期为粒度分为m(m对应每个端口组中的端口个数)个时隙，在Ti(i取值范围为0～m-1)时隙仅处理到各个端口组中第i个端口的调度请求，调度算法采用iSLIP等调度算法来实现。iSLIP算法是为了有效、公平、快速地匹配一个输入队列调度器的输入端口和输出端口，是一种迭代算法，本案实施例中，在每个调度的时隙周期，采用多次迭代来选择交叉开关的配置，使输入端口和输出端口尽量达到匹配。iSLIP算法采用轮询匹配RRM算法来轮流调度每个有效输入端口和输出端口，RRM是一种优先级轮循匹配算法，用于仲裁输入/输出端口之间的匹配。本案实施例中，结合两种共享缓存+CrossBar的交换结构，实现各种单一协议交换(比如，m*n 10GbE以太网协议，m*n 1x RapidIO协议，m*n端口FC协议交换等)以及任意协议组合的混合协议交换的配置需求，可达到Tbps量级的交换容量，可配合协议控制器满足低时延的指标要求，可以适应不同协议对端口数量以及端口速率的要求，能够适应端口数量和端口吞吐量的变化，具有较好地应用前景。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)执行本发明各个实施例所述系统的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种软件定义交换结构，用于适配信息系统中不同应用需求，其特征在于，包含：通过共享缓存结构组成的第一级交换，及与通过CrossBar矩阵组成的第二级交换，其中，第一级交换中的共享缓存结构设置有m*n个端口，该m*n个端口均分为n个端口组，每个端口组内共享输入缓存和输出缓存，端口组之间通过第二级交换中的CrossBar矩阵连接。
2.根据权利要求1所述的软件定义交换结构，其特征在于，第二级交换中设置有用于入口和出口配置的选通模块，该选通模块利用滑动迭代轮循匹配iSLIP调度算法，通过多次迭代来选择交叉开关配置实现入口和出口的选通匹配。
3.根据权利要求2所述的软件定义交换结构，其特征在于，选通模块中，每个出口设置授予仲裁器，每个入口设置接受仲裁器；每次迭代中，未匹配的入口队列向每一个出口发送请求，未匹配的出口收到请求后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的入口并将相关信息反馈至入口，入口接收到反馈信息后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的出口。
4.一种用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，基于权利要求1所述的软件定义交换结构实现，该实现过程包含如下内容：
针对应用需求端口，对第一级交换的共享缓存进行合并拆分控制来应对应用需求端口数量以及端口带宽的需求，共享缓存结构中每个端口组内的端口共享接收缓存，并采用时分复用方式共享使用端口组的共享缓存读写带宽，端口组之间通过CrossBar矩阵的第二级交换进行连接。
5.根据权利要求4所述的用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，第二级交换中利用滑动迭代轮循匹配iSLIP调度算法，通过多次迭代来选择交叉开关配置实现入口和出口的选通匹配。
6.根据权利要求5所述的用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，每次迭代中，未匹配的入口队列向每一个出口发送请求，未匹配的出口收到请求后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的入口并将相关信息反馈至入口，入口接收到反馈信息后按照轮转原则选取最靠近最高优先级的出口。
7.根据权利要求5所述的用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，调度算法每次迭代中入口和出口均为未建立匹配，且在匹配过程中通过指针指向入口和出口队列中的匹配元素。
8.根据权利要求7所述的用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，设定指针仅在第一次迭代后更新，且每个调度周期仅更新一次。
9.根据权利要求1所述的用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，通过CrossBar矩阵进行第二级交换中，以单周期为粒度分为m个时隙，利用时隙调度融合共享缓存结构和CrossBar矩阵两种交换结构，以适配单一协议交换和/或混合协议交换配置需求。
10.根据权利要求9所述的用于信息系统中不同应用需求适配的数据交换方法，其特征在于，时隙调度中，设置在Ti时隙时仅处理各端口组中第i个端口调度请求，i的取值范围为0～m-1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110344052.0A CN113110943B (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110344052.0A CN113110943B (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113110943A true CN113110943A (zh) | 2021-07-13 |
| CN113110943B CN113110943B (zh) | 2023-04-25 |
Family
ID=76713009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110344052.0A Active CN113110943B (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113110943B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114531488A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-05-24 | 西安微电子技术研究所 | 一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统 |
| CN115016918A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-09-06 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种用于数据流架构的计算设备的数据处理方法 |
| CN115150343A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-10-04 | 井芯微电子技术(天津)有限公司 | 基于uvm的交换芯片验证平台装置及方法 |
| CN118509395A (zh) * | 2024-07-16 | 2024-08-16 | 中电科申泰信息科技有限公司 | 一种48通道48端口PCIE 5.0 Switch非阻塞交换架构 |
| CN118509395B (zh) * | 2024-07-16 | 2024-11-19 | 中电科申泰信息科技有限公司 | 一种48通道48端口PCIE 5.0 Switch非阻塞交换装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040030845A1 (en) * | 2002-08-12 | 2004-02-12 | Eric Delano | Apparatus and methods for sharing cache among processors |
| CN101072175A (zh) * | 2007-06-18 | 2007-11-14 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种基于定长分组的高速交换仲裁调度方法 |
| CN101431700A (zh) * | 2008-12-19 | 2009-05-13 | 重庆邮电大学 | 一种输出式循环共享光分组交换网络缓存装置 |
| CN105337883A (zh) * | 2015-08-20 | 2016-02-17 | 电子科技大学 | 一种支持多业务的网络交换装置及其实现方法 |
| CN105897621A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-08-24 | 中国航空无线电电子研究所 | 基于cioq结构的千兆afdx交换机及其交换方法 |
| CN109522130A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-26 | 中山大学 | 基于共享缓存的逆向调度方法 |
| CN110290074A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-27 | 西安电子科技大学 | FPGA片间互连的Crossbar交换单元设计方法 |
-
2021
- 2021-03-31 CN CN202110344052.0A patent/CN113110943B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040030845A1 (en) * | 2002-08-12 | 2004-02-12 | Eric Delano | Apparatus and methods for sharing cache among processors |
| CN101072175A (zh) * | 2007-06-18 | 2007-11-14 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种基于定长分组的高速交换仲裁调度方法 |
| CN101431700A (zh) * | 2008-12-19 | 2009-05-13 | 重庆邮电大学 | 一种输出式循环共享光分组交换网络缓存装置 |
| CN105337883A (zh) * | 2015-08-20 | 2016-02-17 | 电子科技大学 | 一种支持多业务的网络交换装置及其实现方法 |
| CN105897621A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-08-24 | 中国航空无线电电子研究所 | 基于cioq结构的千兆afdx交换机及其交换方法 |
| CN109522130A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-26 | 中山大学 | 基于共享缓存的逆向调度方法 |
| CN110290074A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-27 | 西安电子科技大学 | FPGA片间互连的Crossbar交换单元设计方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘化君等: "iSLIP调度算法研究及其实现", 《小型微型计算机系统》 * |
| 张卜方等: "CICQ交换结构中共享缓存的研究与应用", 《无线电通信技术》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114531488A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-05-24 | 西安微电子技术研究所 | 一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统 |
| CN114531488B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-01-26 | 西安微电子技术研究所 | 一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统 |
| CN115016918A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-09-06 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种用于数据流架构的计算设备的数据处理方法 |
| CN115016918B (zh) * | 2022-03-31 | 2024-06-11 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种用于数据流架构的计算设备的数据处理方法 |
| CN115150343A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-10-04 | 井芯微电子技术(天津)有限公司 | 基于uvm的交换芯片验证平台装置及方法 |
| CN115150343B (zh) * | 2022-09-05 | 2023-01-03 | 井芯微电子技术(天津)有限公司 | 基于uvm的交换芯片验证平台装置及方法 |
| CN118509395A (zh) * | 2024-07-16 | 2024-08-16 | 中电科申泰信息科技有限公司 | 一种48通道48端口PCIE 5.0 Switch非阻塞交换架构 |
| CN118509395B (zh) * | 2024-07-16 | 2024-11-19 | 中电科申泰信息科技有限公司 | 一种48通道48端口PCIE 5.0 Switch非阻塞交换装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113110943B (zh) | 2023-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10942778B2 (en) | Concurrent program execution optimization | |
| CN113110943B (zh) | 软件定义交换结构及基于该结构的数据交换方法 | |
| US5191578A (en) | Packet parallel interconnection network | |
| US8135004B2 (en) | Multi-plane cell switch fabric system | |
| JP5537956B2 (ja) | バッファ付きクロスバー・スイッチ・システム | |
| US9426099B2 (en) | Router, method for controlling router, and program | |
| EP1839166B1 (en) | Shared-memory switch fabric architecture | |
| KR100488478B1 (ko) | 다중 입력/출력 버퍼형 교환기 | |
| WO2013014851A1 (ja) | 中継装置 | |
| US7995472B2 (en) | Flexible network processor scheduler and data flow | |
| EP3367622B1 (en) | Data processing apparatus | |
| US20150010014A1 (en) | Switching device | |
| Sivaram et al. | HIPIQS: A high-performance switch architecture using input queuing | |
| CN103793342A (zh) | 一种多通道直接内存存取dma控制器 | |
| CN110995598A (zh) | 一种变长报文数据处理方法和调度装置 | |
| JP3698079B2 (ja) | データ転送方法、データ転送装置及びプログラム | |
| CN101527686A (zh) | 一种数据交换方法和设备 | |
| US9264383B1 (en) | Systems and methods for quality of service for link aggregation groups | |
| Mora et al. | Towards an efficient switch architecture for high-radix switches | |
| US8040907B2 (en) | Switching method | |
| US8145823B2 (en) | Parallel wrapped wave-front arbiter | |
| Pun et al. | Static round-robin dispatching schemes for Clos-network switches | |
| US9996489B2 (en) | Memory aggregation device | |
| US10742558B1 (en) | Traffic manager resource sharing | |
| US9225672B1 (en) | Systems and methods for packet grouping in networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 450000 Science Avenue 62, Zhengzhou High-tech Zone, Henan Province Patentee after: Information Engineering University of the Chinese People's Liberation Army Cyberspace Force Country or region after: China Address before: No. 62 Science Avenue, High tech Zone, Zhengzhou City, Henan Province Patentee before: Information Engineering University of Strategic Support Force,PLA Country or region before: China |