CN1314234C - 一种多信道加权轮询方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多信道加权轮询装置，位于n路信道与传输控制模块之间，包括加权设置模块10、循环轮询模块11和轮询控制模块12；所述加权设置模块10用于设置每一个信道的加权优先级，并输出给所述循环轮询模块11；所述循环轮询模块11根据n路信道的状态标记和所述加权设置模块10的输出生成搜索链，并进行查询，查询结果输出给传输控制模块；所述轮询控制模块12用于控制所述循环轮询模块11的状态。本发明采用组合逻辑的循环轮询方法，结合加权优先级设置，实现了一种快速、高效的多信道调度方案，从而达到了改善宽带通讯系统数据传输性能的目的，有利于通讯系统的效率的提高。

Description

一种多信道加权轮询方法及装置

技术领域

本发明涉及宽带数据通讯领域，具体地说，涉及多路传输数据进行复用时的轮询调度(Round Robin Scheduler)系统。

背景技术

在宽带接入系统中，需要采用复用技术把大量终端用户的线路复用在一起，连接到骨干网上，在最靠近用户端的第一、二等的复用系统中，一般传输速度不会太高，复用比较容易。但是，在接近骨干网端，往往是高速数据通路的复用，比如100Mbps到200Mbps的低电压差分信号(LVDS)串行数据链路。一般来说，大量的业务数据在进入骨干网之前，都会由相关的交换芯片或路由芯片进行处理，为减少接口数目和连线的麻烦，很多路的高速数据会通过同一个更高速的接口，如UTOPIA Level 2和UTOPIA Level 4等接口，进入到交换或路由芯片。这样的话，就出现多个数据信道共用一个高速接口的情况，由于该公共高速接口在同一时间只能被一个数据信道所占用，因此为保证各个数据信道的数据都能得到传输，一般会采用轮询调度的方法，即按照预定的顺序依次查询的方法。

由于各个数据信道的数据流量不一样，有的信道的数据流量特别大，有的比较小，如果每个信道都分配均等的带宽或者传输的机会，数据量大的信道就有可能出现堵塞，甚至数据丢失的情况，而流量小的信道，则易造成带宽浪费。因此，为了更有效的利用带宽，又出现了加权轮询的方法，即通过设置信道的优先级来调节各个信道的有效带宽。

加权轮询方法一般是采用软件的形式来实现的，其实现的基本思路是，根据系统运行的要求，设置若干个队列，赋予每个队列一定的优先权(加权)，再设置一个中心控制器，中心控制器根据每一个队列的优先级，同时按照递增或递减的规律循环轮询各个队列，并决定选择哪一个队列进行处理。用软件实现加权轮询的速度很有限，不能适用于对数据传输速度要求较高的场合。

在一些电子系统中也有用硬件装置来实现轮询调度的，这种装置主要是一个中心控制器。在电子系统中有多个需要被服务的站点，中心控制器对每一个站点都进行查询，但是由于电子系统都有一个全局时钟，而中心控制器也往往是按照全局时钟的节拍(时钟周期)来工作的，中心控制器每查询一个站点，就要耗费一个节拍(时钟周期)，当站点数目比较多时，比如有8个或16个站点，中心控制器执行完一个轮询周期，需花费许多时间。例如某电子系统共有16个站点，目前1站点与16站点需要得到服务。中心控制器首先查询到1站点并对其进行服务，待服务结束后，中心控制器必须要经过15个节拍才能查询到16站点需要服务。由此可以看出中心控制器依次查询往往会造成有些站点要等待很长的时间才能有机会被服务。在需要进行高速数据传输的场合，对信息延迟有严格的要求，如果数据传输信道的数据要等待比较长的时间才能传输，这是不允许的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多信道加权轮询方法及装置，以解决现有技术中查询时间较长、速度慢的问题，实现高速数据通路上快速低时延的复用。

一种多信道加权轮询方法，包括以下步骤：

一、根据各个信道的加权值和信道状态标记，构造搜索链；

二、查询搜索链标记，如果搜索链标记为高，则说明该标记对应的信道需要进行数据传输，输出该信道编号，暂停查询，转至步骤三；如果搜索链标记为低，则继续查询，重复步骤二；

三、被选信道开始传输数据，同时继续查询搜索链标记，返回步骤二。

一种多信道加权轮询装置，位于n路信道与传输控制模块之间，包括加权设置模块、循环轮询模块和轮询控制模块；所述加权设置模块用于设置每一个信道的加权优先级，并输出给所述循环轮询模块；所述循环轮询模块根据n路信道的状态标记和所述加权设置模块的输出生成搜索链，并进行查询，查询结果输出给传输控制模块；所述轮询控制模块用于控制所述循环查询模块的状态。

本发明采用循环轮询方法，结合加权优先级设置，实现了一种快速、高效的多信道调度方案，从而达到了改善宽带通讯系统数据传输性能的目的，有利于通讯系统的效率的提高，为设备使用方节省了开支，提高了效益。

附图说明

图1是本发明加权轮询装置在宽带接入系统的位置示意图。

图2是本发明加权轮询装置的结构示意图。

图3是图2中循环轮询模块11的结构示意图。

图4是循环轮询模块11中搜索链的示意图。

图5是图2中轮询控制模块12的状态转换图。

图6是采用本发明的数据传输时序图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明。

在图1中，本发明多信道加权轮询装置位于n路信道和传输控制模块之间，接收信道的状态标记，确定哪一路信道进行数据传输，并将结果输出给传输控制模块，则该路信道的数据通过传输数据通路到公共高速接口。

图2是多信道加权轮询装置的结构示意图，包括加权设置模块10、循环轮询模块11和轮询控制模块12。加权设置模块10设置每一个信道的加权优先级，并输出给循环轮询模块11；循环轮询模块11接收来自加权设置模块10的信道加权优先级和来自信道的状态标记，实现对信道的查询，向传输控制模块输出选中的信道编号，同时向轮询控制模块12输出其状态；轮询控制模块12根据循环轮询模块11的状态和传输控制模块的信号，控制循环轮询模块11的等待、暂停和查询等状态。

加权设置模块10包括m×n个寄存器，实现n个信道的m级优先级，每一个信道用m个寄存器来表示其优先级，m个寄存器可以表示m位二进制数值，优先级的高低是根据寄存器中二进制数值1的个数多少来确定的，1个1表示最低优先级，m个1表示优先级最高。对每一个信道的优先级而言，一次配置只有上述m个优先级中的一个，用P_i来表示每个信道的优先级的每一位，其中i等于1到m。在本发明的实施例中，选择4个寄存器来实现优先级，即m＝4，其中0001为最低优先级，依次有0011，0111和1111，优先级最高的是1111。对于优先级最高的信道，其P₄＝1，P₃＝1，P₂＝1，P₁＝1，；而优先级最低的信道，其P₄＝0，P₃＝0，P₂＝0，P₁＝1。

加权设置模块10设置好每个信道的优先级后，将优先级参数输出给循环轮询模块11，用于构造搜索链。

图3是本发明加权轮询装置中循环轮询模块11的结构图。循环轮询模块11包括一组由m×n个寄存器组成的寄存器组、循环判断模块111和转换模块112。寄存器1、2、……、m×n用于存储搜索链的搜索标记，搜索链搜索标记的位数与信道数n和优先级的级数m有关，共m×n位。加权设置模块10输出的每个信道的优先级与信道的状态标记进行逻辑与运算，得到搜索链的搜索标记，并存入寄存器中。搜索标记的计算公式如下：S_ji＝T_j·P_i，其中T_j表示信道状态标记，j＝1，2，…，n；P_i表示每个信道的优先级的每一位，i＝1，2，…，m；两者进行逻辑与运算。信道状态标记T_j是表示信道是否有有效数据需要传输的，如果有，信道状态标记为1；如果没有，信道状态标记为0。由此可见，每一个信道在搜索链里都有m位可供查询。若S_ji为1，则表示该搜索标记对应信道j的优先级设置有效，并且该信道中存在有效数据需要传输，否则S_ji为0。m×n个搜索标记在寄存器1、2、……、m×n中的存储方式是，首先将同一优先级位数的搜索标记按信道的递增或递减顺序排列，再按照优先级位数从高到低或从低到高的顺序排列，对应地存储到寄存器中。在本实施例中，取m＝4，则搜索链共有4n位，如图4所示，按照递增顺序进行存储，则先存储S11、S21、S31、……、Sn1，然后再存储S12、S22、……、Sn2，直到S14、S24、……、Sn4。

m×n个寄存器中存储的搜索链作为被查询对象，由循环判断模块111不断地进行查询判断，当发现有一个有效状态时，就输出对应的搜索链状态位编号给转换模块112，将该状态位编号转换为信道编号，确定哪一个信道可以执行数据传输，并输出给传输控制模块。由于搜索标记在寄存器里的排列顺序是按照一定规律进行的，因此转换就相当于一个查表结构一样，根据输入的数值，就可以确定其属于哪一个信道，即输出信道编号。

优先级的体现在于一个轮询周期内(即轮询指针从搜索链的开始查询到结束)，优先级高的信道有机会进行数据传输的次数要多，如在本实施例中，优先级最高的信道，即加权值为1111的信道，在一个轮询周期内被查询4次，由于其在搜索链中表示该信道的4位都可能为1，因此该信道有4次机会可以进行数据传输；而优先级最低的信道，即加权值为0001的信道，在每个轮询周期内虽然也会被查询4次，但只能有1次机会可以进行数据传输，因为其加权值中只有一位为1。

轮询指针按照递增或递减规律从最低位开始查询，当查询到某一搜索标记为1时，轮询指针暂停移动，输出相应搜索链状态位编号，再经过转换即可得到对应的信道编号。由于循环轮询模块11采用组合逻辑的方式，所有位的查询可以在一个时钟周期内完成(20ns以内)，这在信道切换进行数据传输时非常重要，可大大缩短后面信道数据的等待延迟，有利于改善传输网络的性能。

图5是轮询控制模块12的状态转换图。轮询控制模块12主要是一个状态机，用来控制循环轮询模块11的查询、暂停等动作，包含有3个状态：空闲状态，在系统复位时进入此状态，其它时刻不进入此状态；搜索状态，在此状态下，循环轮询模块11查询是否有信元可传输的信道，当查询到一条有效信道后，轮询指针停止移动；等待状态，当循环轮询模块11查询到一条有效信道并输出信道编号后，进入等待状态，直到传输控制模块控制当前信道的信元开始传输，并向其发送“查询允许”信号后，返回搜索状态。

系统上电启动后，轮询控制模块12首先进入空闲状态，在下一个时钟周期进入搜索状态，循环轮询模块11开始对搜索链进行查询，当循环轮询模块11查询到一个有效信道后，轮询指针暂停在搜索链的下一个标志位，轮询控制模块根据循环轮询模块11提供得有效状态转移条件，进入等待状态，等待有效信道当前数据的传输，一般在传输控制模块在当前数据传输开始后输出一个“查询允许”信号，轮询控制模块12依据此信号返回搜索状态，开始下一轮的查询。

图6是采用本发明加权轮询装置后的数据传输时序图。图中各信号的含义如下：clk表示系统时钟信号；eoc表示当前周期为信元传输结束，所有信道共用此信号；soc表示当前周期为信元传输开始，所有信道共用此信号；chan8_av是指信道8状态的有效标记，高电平时表示该信道有数据需要传输；chan2_av是信道2状态的有效标记，高电平时表示该信道有数据需要传输；chan8_data是信道8数据传输信号；chan2_data是信道2数据传输信号；chan_sel是信道选择信号，由循环轮询模块11输出。

图6显示出两个信道进行数据传输的快速切换，首先，信道8正在进行数据传输，此时并没有任何一个信道的状态有效标记为高电平，在eoc信号有效(仅保持一个时钟周期)时，信道2的状态有效标记变为高电平，此时，无论当前循环轮询模块11查询到哪一个信道或者说查询到搜索链哪一位，它都能在一个时钟周期内马上查询到信道2为有效信道，即信道2需要进行数据传输。而如果采用一般的轮询方法，循环轮询装置采用时序逻辑的方式，即根据时钟边缘触发工作的电路，要查询到信道2的有效信号，有可能需要等待很多个时钟周期，具体的时间长短与轮询指针的当前位置有关。

Claims (6)

1、一种多信道加权轮询方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、每个信道的加权值的每一位均与信道状态标记进行逻辑与运算，生成搜索链标记；然后将同一加权值位数的搜索链标记按信道的递增或递减顺序排列，再按照加权值位数从高到低或从低到高的顺序排列，生成搜索链；

二、查询搜索链标记，如果搜索链标记为高，则说明该标记对应的信道需要进行数据传输，输出该信道编号，暂停查询，转至步骤三；如果搜索链标记为低，则继续查询，重复步骤二；

三、被选信道开始传输数据，同时继续查询搜索链标记，返回步骤二。

2、一种多信道加权轮询装置，位于n路信道与传输控制模块之间，其特征在于，包括加权设置模块(10)、循环轮询模块(11)和轮询控制模块(12)；所述加权设置模块(10)用于设置每一个信道的加权优先级，并输出给所述循环轮询模块(11)；所述循环轮询模块(11)根据每个信道的加权优先级的每一位均与n路信道的状态标记进行逻辑与运算，生成搜索链标记，将同一加权优先级位数的搜索链标记按信道的递增或递减顺序排列，再按照加权优先级位数从高到低或从低到高的顺序排列，生成搜索链，并查询搜索链标记是否为高，查询结果输出给传输控制模块和所述轮询控制模块(12)；所述轮询控制模块(12)根据所述循环轮询模块(11)的状态和传输控制模块的信号，控制所述循环轮询模块(11)的等待、暂停和查询状态。

3、根据权利要求2所述的多信道加权轮询装置，其特征在于，所述加权设置模块(10)包括m×n个寄存器，用于实现n个信道的m级优先级，每一个信道的优先级用m个寄存器中的二进制数值1的个数确定。

4、根据权利要求2所述的多信道加权轮询装置，其特征在于，循环轮询模块(11)包括一组由m×n个寄存器组成的寄存器组、循环判断模块(111)和转换模块(112)；所述寄存器组用于存储搜索链的搜索标记，所述加权设置模块(10)输出的每个信道的优先级与信道的状态标记进行逻辑与运算，得到搜索链的搜索标记，存入所述寄存器组中；所述循环判断模块(111)不断地对寄存器组的内容进行查询判断，当发现有一个有效状态时，就输出对应的搜索链状态位编号给所述转换模块(112)，将该状态位编号转换为信道编号，确定哪一个信道可以执行数据传输，并输出给传输控制模块。

5、根据权利要求2所述的多信道加权轮询装置，其特征在于，所述轮询控制模块(12)主要是一个状态机，用来控制所述循环轮询模块(11)的查询、暂停动作，包含有3个状态，空闲状态、搜索状态和等待状态。

6、根据权利要求4所述的多信道加权轮询装置，其特征在于，所述m×n个搜索标记在寄存器1、寄存器2、……、寄存器m×n中的存储方式是，首先将同一优先级位数的搜索标记按信道的递增或递减顺序排列，再按照优先级位数从高到低或从低到高的顺序排列，对应地存储到寄存器1、寄存器2、……、寄存器m×n中。

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