CN117234972A - 一种主机数据读取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主机数据读取方法及系统，所述方法应用于主机和与主机相连接的网卡之间的交互，所述方法的步骤包括：所述主机将描述符向网卡发送，所述网卡将接收到的描述符存储于第一描述符缓存区中；所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符，并基于所述描述符向主机发送数据请求；响应于所述读控制器的数据请求，所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈；所述读控制器将反馈得到的数据存储于数据缓存区中。本方案将描述符预先存储在第一描述符缓存区中，当需要读取数据时，仅需要从第一描述符缓存区中获取描述符，再基于描述符获取数据，本方案减少了主机与网卡的数据交互次数，提高了数据获取效率。

Description

一种主机数据读取方法及系统

技术领域

本发明涉及数据读取技术领域，尤其涉及一种主机数据读取方法及系统。

背景技术

高速外设部件互联总线(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)是当前计算机体系架构中最重要和最通用的处理器系统局部总线。其主要目的是为了连接外部设备。如，计算机系统中常见的网卡、显卡等等。主机通过PCIe总线实现与外部设备在两个方向上的数据传输，即主机向外部设备传输数据，外部设备向主处理器系统传输数据。

而现有技术在外部设备向主机请求数据的过程中，往往首先需要主机向外部设备发出启动指令，外部设备基于启动指令向主机请求描述符，外部设备再基于请求得到的描述符向主机请求数据，交互过程较为繁琐，数据获取效率较低。

发明内容

鉴于此，本发明的实施例提供了一种主机数据读取方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本发明的一个方面提供了一种主机数据读取方法，所述方法应用于主机和与主机相连接的网卡之间的交互，所述方法的步骤包括：

所述主机将描述符向网卡发送，所述网卡将接收到的描述符存储于第一描述符缓存区中；

所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符，并基于所述描述符向主机发送数据请求；

响应于所述读控制器的数据请求，所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈；

所述读控制器将反馈得到的数据存储于数据缓存区中。

采用上述方案，本方案不需要等待主机端的启动指令，再请求描述符，而是将描述符预先存储在第一描述符缓存区中，当需要读取数据时，仅需要从第一描述符缓存区中获取描述符，再基于描述符从主机端获取数据即可完成数据读取，本方案减少了主机与网卡的数据交互次数，提高了数据获取效率。

在本发明的一些实施方式中，所述主机设置有第二描述符缓存区，在所述主机将描述符向网卡发送的步骤中，所述主机将存储在所述第二描述符缓存区中的描述符向网卡发送。

在本发明的一些实施方式中，所述网卡还设置有标记管理模块和标记缓存模块，所述标记管理模块分别与标记缓存模块和读控制器相连接，在所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符的步骤中，所述标记管理模块向读控制器输出对应读控制器获取的描述符的标记，并将该标记同步存储到所述标记缓存模块中。

在本发明的一些实施方式中，所述网卡还设置有完成标记缓存模块，所述完成标记缓存模块与读控制器相连接，在所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈的步骤中，所述读控制器监控所请求的数据的读取进度，当读取完成时，所述读控制器向所述完成标记缓存模块反馈读取完成的数据的标记，并将该标记缓存在所述完成标记缓存模块。

在本发明的一些实施方式中，所述完成标记缓存模块与标记缓存模块相连接，所述标记缓存模块为FIFO存储器，所述方法的步骤还包括基于完成标记缓存模块与标记缓存模块中的标记为存储于数据缓存区中的数据添加可调用标识。

在本发明的一些实施方式中，在基于完成标记缓存模块与标记缓存模块中的标记为存储于数据缓存区中的数据添加可调用标识的步骤中，所述标记缓存模块基于所述标记管理模块向标记缓存模块输出标记的顺序，构建标记队列，将当前队列中最先输入的标记作为待匹配标记；若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配，基于待匹配标记的匹配向数据缓存区中待匹配标记对应的数据添加可调用标识。

在本发明的一些实施方式中，在若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配的步骤还包括，在所述标记队列和完成标记缓存模块中同步删除完成匹配的标记。

在本发明的一些实施方式中，所述完成标记缓存模块与标记管理模块相连接，在所述标记队列和完成标记缓存模块中同步删除完成匹配的标记的步骤中，所述完成标记缓存模块将完成匹配的标记发送至标记管理模块。

在本发明的一些实施方式中，所述网卡基于数据缓存区中数据的可调用标识对数据进行调用。

本发明的第二方面还提供一种主机数据读取系统，该系统包括计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该系统实现如前所述方法所实现的步骤。

本发明的第三方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述主机数据读取方法所实现的步骤。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。

图1为本发明主机数据读取方法第一种实施方式的示意图；

图2为现有技术主机与外部设备交互的处理架构示意图；

图3为本发明主机数据读取方法一种实施方式的处理架构示意图；

图4为本发明网卡一端一种实施方式的处理架构示意图。

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，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的步骤具体包括：

如图1所示，本发明提出一种主机数据读取方法，所述方法应用于主机和与主机相连接的网卡之间的交互，所述方法的步骤包括：

步骤S100，所述主机将描述符向网卡发送，所述网卡将接收到的描述符存储于第一描述符缓存区中；

在本发明的一些实施方式中，所述主机可以为计算机或服务器等，所述网卡设置有现场可编程门阵列芯片(Field Programmable Gate Array，FPGA)，所述主机与网卡之间通过高速外设部件互联总线(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)相连接。

步骤S200，所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符，并基于所述描述符向主机发送数据请求；

在本发明的一些实施方式中，所述描述符中记录的内容包括数据的存储位置、数据的长度和大小。

在具体实施过程中，所述主机设置有用于存储数据的存储区，在基于所述描述符向主机发送数据请求的步骤中，所述网卡的读控制器基于所述描述符中数据的存储位置从所述存储区中读取数据。

在具体实施过程中，所述网卡的读控制器可以为基于PCIe DMA机制的读取控制器，DMA为直接内存访问，全称为Direct Memory access。

步骤S300，响应于所述读控制器的数据请求，所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈；

在具体实施过程中，响应于所述读控制器的数据请求，所述主机中用于存储数据的存储区向所述网卡的读控制器输出数据。

步骤S400，所述读控制器将反馈得到的数据存储于数据缓存区中。

在具体实施过程中，所述读控制器在读取数据的过程中，实时获取读取到的数据的大小，当读取到的数据的大小到达描述符所记载的数据的大小时，判定数据读取完成。

采用上述方案，相比于现有技术的首先主机向外部设备发出启动指令，外部设备基于启动指令向主机请求描述符，外部设备再基于请求得到的描述符向主机请求数据的方案，本方案不需要等待主机一端的启动指令，再请求描述符，而是将描述符预先存储在第一描述符缓存区中，当需要读取数据时，仅需要从第一描述符缓存区中获取描述符，再基于描述符从主机端获取数据即可完成数据读取，本方案减少了主机与网卡的数据交互次数，提高了数据获取效率。

如图2和3所示，现有技术需要首先主机的CPU向外部设备的描述符寄存器发出启动指令，外部设备的描述符寄存器基于启动指令向主机一端的描述符缓存区请求描述符，外部设备的读控制器基于请求得到描述符，外部设备的读控制器基于请求得到的描述符向主机一端的数据缓存区请求数据，再由主机向外部设备发送数据并存储在外部设备一端的数据缓存区中，共计5次的数据交互才能完成数据传递；而在本方案中，仅仅需要主机将描述符向网卡发送，网卡基于描述符向主机请求数据，再由主机向网卡发送数据3次的数据交互即可完成数据的传递，极大提高了数据的传递效率。

在本发明的一些实施方式中，所述主机设置有第二描述符缓存区，在所述主机将描述符向网卡发送的步骤中，所述主机将存储在所述第二描述符缓存区中的描述符向网卡发送。

在具体实施过程中，当所述主机基于存储区存储的数据，基于数据的存储位置、数据长度和大小，对应每条数据生成描述符。

如图4所示，在本发明的一些实施方式中，所述网卡还设置有标记管理模块和标记缓存模块，所述标记管理模块分别与标记缓存模块和读控制器相连接，在所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符的步骤中，所述标记管理模块向读控制器输出对应读控制器获取的描述符的标记，并将该标记同步存储到所述标记缓存模块中。

采用上述方案，所述标记管理模块对于每个正在处理的描述符对应生成标记，并将该标记同步存储到所述标记缓存模块中，用于表示该描述符正在被处理。

如图4所示，在本发明的一些实施方式中，所述网卡还设置有完成标记缓存模块，所述完成标记缓存模块与读控制器相连接，在所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈的步骤中，所述读控制器监控所请求的数据的读取进度，当读取完成时，所述读控制器向所述完成标记缓存模块反馈读取完成的数据的标记，并将该标记缓存在所述完成标记缓存模块。

如图4所示，在本发明的一些实施方式中，所述读控制器在读取数据的过程中，实时获取读取到的数据的大小，当读取到的数据的大小到达描述符所记载的数据的大小时，判定数据读取完成，若数据读取完成，则将该数据对应的标记缓存在所述完成标记缓存模块中，用于表示该标记对应的数据已经传输完成。

如图4所示，在本发明的一些实施方式中，所述完成标记缓存模块与标记缓存模块相连接，所述标记缓存模块为FIFO存储器，所述方法的步骤还包括基于完成标记缓存模块与标记缓存模块中的标记为存储于数据缓存区中的数据添加可调用标识。

在本发明的一些实施方式中，基于先进先出的存储原理，数据需要根据开始读取的顺序完成读取，该数据才可以被调用，本方案基于可调用标识对数据进行处理。

如图4所示，在本发明的一些实施方式中，在基于完成标记缓存模块与标记缓存模块中的标记为存储于数据缓存区中的数据添加可调用标识的步骤中，所述标记缓存模块基于所述标记管理模块向标记缓存模块输出标记的顺序，构建标记队列，将当前队列中最先输入的标记作为待匹配标记；若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配，基于待匹配标记的匹配向数据缓存区中待匹配标记对应的数据添加可调用标识。

在具体实施过程中，基于先进先出的存储原理，数据需要根据开始读取的顺序完成读取，本方案基于开始读取的顺序构建标记队列，将当前队列中最先输入的标记作为待匹配标记，若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配，并向数据缓存区中待匹配标记对应的数据添加可调用标识，本方案根据队列中标记的顺序为数据添加可调用标识，即使标记对应数据并未按照队列顺序读取完成，该数据也并未被添加可调用标识，本方案保证的数据顺序，防止数据乱序。

在具体实施过程中，若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则判定标记缓存模块中的标记与标记队列中的待匹配标记匹配成功，完成对待匹配标记的匹配。

在本发明的一些实施方式中，在若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配的步骤还包括，在所述标记队列和完成标记缓存模块中同步删除完成匹配的标记。

采用上述方案，同步删除完成匹配的标记节省内存资源，且能够使标记的编号循环使用。

在本发明的一些实施方式中，所述完成标记缓存模块与标记管理模块相连接，在所述标记队列和完成标记缓存模块中同步删除完成匹配的标记的步骤中，所述完成标记缓存模块将完成匹配的标记发送至标记管理模块。

采用上述方案，所述完成标记缓存模块将完成匹配的标记发送至标记管理模块，通知标记管理模块该标记已经可以再次使用。

在本发明的一些实施方式中，所述网卡基于数据缓存区中数据的可调用标识对数据进行调用。

在具体实施过程中，读控制器监控第一描述符缓存区的空标志。当第一描述符缓存区中存在可用的描述符(即非空)，且读控制器自身处于启动状态时。读控制器则从第一描述符缓存区中读取一个描述符。同时请求标记管理模块为此描述符分配一个标记。此标记从读控制器的读请求开始，到所请求的读数据经接收数据并未赋予可调用标识的整个过程中需保持唯一性。

标记管理模块负责为每个描述符分配一个合理的标记。

在本发明的一些实施方式中，标记共有32个，其编号为0到31。当读控制器从第一描述符缓存区中读取一个描述符时，标记管理模块将查询当前指针所指向的标记是否可用，如不可用将查询下一个，即指针加1，当指针处于31时，加1返回0；如可用则随描述符输入至读控制器，同时将此次读控制器的信息(如存储地址、数据长度和标记的编号值等)写入标记缓存模块，并将此标记编辑为“占用”。当某个标记所对应的读操作完成时，完成标记缓存模块将输出此标记的编号值给标记管理模块，标记管理模块将此标记的编号值编辑为“空闲”，则可为后续操作所使用。

读控制器在收到描述符和对应描述符的标记后，将根据描述符的内容得到读请求的存储地址和数据长度，从而向主机发起读请求。在收到主机返回的数据时，读控制器负责将数据写入数据缓存区。当一个标记(即一个描述符)所请求的数据完全写入数据缓存区时，读控制器将此标记的标号值写入完成标记缓存模块，表示此标记对应的数据读取已完成。

完成标记缓存模块根据标记缓存模块中标记队列队首处的标记的编号值，监控此标记的编号值在完成标记缓存模块内的对应的标记。如果此标记已被写入，即此标记对应的数据已可以被调佣，可以将数据读出以供给后续使用。

本发明实施例还提供一种主机数据读取系统，该系统包括计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该系统实现如前所述方法所实现的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述主机数据读取方法所实现的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，做出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主机数据读取方法，其特征在于，所述方法应用于主机和与主机相连接的网卡之间的交互，所述方法的步骤包括：

所述主机将描述符向网卡发送，所述网卡将接收到的描述符存储于第一描述符缓存区中；

所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符，并基于所述描述符向主机发送数据请求；

响应于所述读控制器的数据请求，所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈；

所述读控制器将反馈得到的数据存储于数据缓存区中。

2.根据权利要求1所述的主机数据读取方法，其特征在于，所述主机设置有第二描述符缓存区，在所述主机将描述符向网卡发送的步骤中，所述主机将存储在所述第二描述符缓存区中的描述符向网卡发送。

3.根据权利要求1所述的主机数据读取方法，其特征在于，所述网卡还设置有标记管理模块和标记缓存模块，所述标记管理模块分别与标记缓存模块和读控制器相连接，在所述网卡的读控制器从所述第一描述符缓存区中获取描述符的步骤中，所述标记管理模块向读控制器输出对应读控制器获取的描述符的标记，并将该标记同步存储到所述标记缓存模块中。

4.根据权利要求3所述的主机数据读取方法，其特征在于，所述网卡还设置有完成标记缓存模块，所述完成标记缓存模块与读控制器相连接，在所述主机将所述读控制器所请求的数据向所述读控制器反馈的步骤中，所述读控制器监控所请求的数据的读取进度，当读取完成时，所述读控制器向所述完成标记缓存模块反馈读取完成的数据的标记，并将该标记缓存在所述完成标记缓存模块。

5.根据权利要求4所述的主机数据读取方法，其特征在于，所述完成标记缓存模块与标记缓存模块相连接，所述标记缓存模块为FIFO存储器，所述方法的步骤还包括基于完成标记缓存模块与标记缓存模块中的标记为存储于数据缓存区中的数据添加可调用标识。

6.根据权利要求5所述的主机数据读取方法，其特征在于，在基于完成标记缓存模块与标记缓存模块中的标记为存储于数据缓存区中的数据添加可调用标识的步骤中，所述标记缓存模块基于所述标记管理模块向标记缓存模块输出标记的顺序，构建标记队列，将当前队列中最先输入的标记作为待匹配标记；若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配，基于待匹配标记的匹配向数据缓存区中待匹配标记对应的数据添加可调用标识。

7.根据权利要求6所述的主机数据读取方法，其特征在于，在若所述完成标记缓存模块存在所述待匹配标记，则完成对待匹配标记的匹配的步骤还包括，在所述标记队列和完成标记缓存模块中同步删除完成匹配的标记。

8.根据权利要求7所述的主机数据读取方法，其特征在于，所述完成标记缓存模块与标记管理模块相连接，在所述标记队列和完成标记缓存模块中同步删除完成匹配的标记的步骤中，所述完成标记缓存模块将完成匹配的标记发送至标记管理模块。

9.根据权利要求5～8任一项所述的主机数据读取方法，其特征在于，所述网卡基于数据缓存区中数据的可调用标识对数据进行调用。

10.一种主机数据读取系统，其特征在于，该系统包括计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该系统实现如权利要求1～9任一项所述方法所实现的步骤。