CN201657012U - 千兆无源光网络缓冲区管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种千兆无源光网络缓冲区管理装置，上述装置包括：缓冲区分配模块，用于为需要写入缓冲区的长包数据分配多个缓冲区，并将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接；链表存储模块，连接于缓冲区分配模块，用于存储为长包数据分配的多个缓冲区的缓冲区标识的链接关系。本实用新型能够实现长/短包管理，具有高带宽、效率高和灵活性好的优点。

Description

千兆无源光网络缓冲区管理装置

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种千兆无源光网络缓冲区管理装置。

背景技术

在目前的宽带接入中，绝大多数采用数字用户线路(x-DigitalSubscriber Loop，简称为xDSL)技术，但是xDSL很难满足诸如因特网协议电视(Internet Protocol Television，简称为IPTV)、在线网络游戏、视频点播、会议电视等业务对高带宽的需求，而无源光网络(Passive Optical Networks，简称为PON)技术却可以满足高带宽业务的要求。

PON技术包括ATM无源光网络(ATM Passive OpticalNetworks，简称为APON)技术、以太网无源光网络(Etnernet PassiveOptical Networks，简称为EPON)和千兆无源光网络(Gigabit-capablePassive Optical Networks，简称GPON)，其中，GPON与APON和EPON相比较具有较多优势，主要体现在高带宽、具有服务质量(Quality of Service，简称为QoS)保证的全业务接入、帧的封装简单高效灵活、以及强大的操作管理维护(Operation、Administration、Maintenance，简称为OAM)能力等几个方面。

在GPON技术中，网络侧媒体访问控制(Media Access Control，简称为MAC)上行业务的缓冲区管理一般是用硬件来实现的，相对于传统的DSL的业务的缓冲区管理来说，GPON MAC上行业务的缓冲区管理要求的性能更高，例如，上行要求达到1.25Gbits/s，OLTMAC的缓冲区管理除了必须满足高性能高带宽的需求之外，还要解决以下几个方面的问题：

1.支持空闲链表的管理和维护。

2.可以根据需要配置不同数量的缓冲区。

3.仅对长包查表，提高缓冲区查表的效率。

4.支持短包/长包的混合管理。

因此，需要提供一种在架构和性能设计上要求更高的适合于GPON的缓冲区管理的技术来解决xDSL技术中存在的带宽低、灵活性差、效率不高、不支持长/短包管理的问题。

实用新型内容

针对相关技术中存在的缓冲区管理方案带宽低、灵活性差、效率不高、不支持长包管理的问题而提出本实用新型，为此，本实用新型的主要目的在于提供一种千兆无源光网络缓冲区管理装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种千兆无源光网络缓冲区管理装置，包括：缓冲区分配模块，用于为需要写入缓冲区的长包数据分配多个缓冲区，并将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接；链表存储模块，连接于缓冲区分配模块，用于存储为长包数据分配的多个缓冲区的缓冲区标识的链接关系。

优选地，上述装置还包括：缓冲区释放模块，连接于链表存储模块，用于在需要释放长包数据的情况下，根据链表存储模块存储的链接关系释放为长包数据分配的多个缓冲区。

优选地，缓冲区释放模块包括：读取子模块，用于在需要释放长包数据的情况下，从链表存储模块中读取长包数据的链接关系；释放子模块，连接于读取子模块，用于根据读取子模块读取的链接关系释放为长包数据分配的多个缓冲区。

优选地，缓冲区分配模块包括：计算子模块，用于根据长包数据的长度确定所需的缓冲区的数目；分配子模块，连接于计算子模块，用于根据计算子模块计算的缓冲区的数目为长包数据分配多个缓冲区；链接子模块，连接于分配子模块，用于将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接。

优选地，链表存储模块还用于存储多个缓冲区的使用标记。

优选地，链接子模块还用于将多个缓冲区的使用标记置为不可用。

优选地，释放子模块还用于将多个缓冲区的使用标记置为可用。

通过本实用新型，采用为需要写入缓冲区的长包数据分配多个缓冲区并将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接，解决了缓冲区管理方案带宽低、灵活性差、效率不高、不支持长包管理的问题，该千兆无源光网络缓冲区管理装置能够实现长/短包管理，具有高带宽、效率高和灵活性好的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的千兆无源光网络缓冲区管理装置的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的千兆无源光网络缓冲区管理装置的详细结构框图；

图3是根据本实用新型实施例一的千兆无源光网络缓冲区管理装置的详细结构框图；

图4是根据本实用新型实例2的缓冲区申请过程的详细流程图；

图5是根据本实用新型实例3的缓冲区释放过程的详细流程图。

具体实施方式

功能概述

考虑到现有技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种千兆无源光网络缓冲区管理装置，该装置包括：缓冲区分配模块12，用于为需要写入缓冲区的长包数据分配多个缓冲区，并将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接；链表存储模块14，连接于缓冲区分配模块12，用于存储为长包数据分配的多个缓冲区的缓冲区标识的链接关系。该装置能够实现长/短包管理，具有高带宽、效率高和灵活性好的优点。

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

装置实施例

根据本实用新型的实施例，提供了一种千兆无源光网络缓冲区管理装置，如图1所示，该装置包括：缓冲区分配模块12，用于为需要写入缓冲区的长包数据分配多个缓冲区，并将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接；链表存储模块14，连接于缓冲区分配模块12，用于存储为长包数据分配的多个缓冲区的缓冲区标识的链接关系。

图2是根据本实用新型实施例的千兆无源光网络缓冲区管理装置的详细结构框图，如图2所示，在图1所示的缓冲区分配模块12、链表存储模块14的基础上，该装置还可以包括：

缓冲区释放模块21，连接于链表存储模块14，用于在需要释放长包数据的情况下，根据链表存储模块14存储的链接关系释放为长包数据分配的多个缓冲区。缓冲区释放模块21可以包括：读取子模块22，用于在需要释放长包数据的情况下，从链表存储模块中读取长包数据的链接关系；释放子模块23，连接于读取子模块22，用于根据读取子模块22读取的链接关系释放为长包数据分配的多个缓冲区。缓冲区分配模块12可以包括：计算子模块24，用于根据长包数据的长度确定所需的缓冲区的数目；分配子模块25，连接于计算子模块24，用于根据计算子模块24计算的缓冲区的数目为长包数据分配多个缓冲区；链接子模块26，连接于分配子模块25，用于将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接。

优选地，链表存储模块14还可以用于存储多个缓冲区的使用标记。相应地，链接子模块26还用于将多个缓冲区的使用标记置为不可用；释放子模块23还用于将多个缓冲区的使用标记置为可用。

下面将结合实例对本实用新型实施例的实现过程进行详细描述。

实施例一

由于上行业务的以太网包重组需要将净荷缓存到片外的DDR2SDRAM中，每一个缓冲区按2048个字节来划分，在这里小于等于2048字节的包称为“短包”，大于2048字节的包称为“长包”，长包有可能占据多个缓冲区。缓冲区管理就是需要对这些存储在DDR2SDRAM中的各种长度的数据包进行管理，对写入DDR2 SDRAM的数据包分配一个缓冲区，对读出DDR2 SDRAM的数据包的缓冲区进行回收，同时需要支持数据包的丢去、长包的链接和查表等功能。

当有数据包需要缓存的时候，缓冲区管理装置(即，千兆无源光网络缓冲区管理装置)为该数据包分配缓冲区号，同时标记该缓冲区已经被使用了，在上述装置实施例中，该过程是通过在链表存储模块中存储多个缓冲区的使用标记来实现的，对于超过2048字节的包，需要将缓冲区进行链接，具体包括：(1)包字节数大于2048字节小于等于4096字节占用2个缓冲区。(2)包字节数大于4096字节小于等于6144字节占用3个缓冲区。(3)包字节数大于6144字节小于等于8192字节占用4个缓冲区。(4)包字节数大于8192字节小于等于9600字节占用5个缓冲区，包字节数大于9600字节所占用的缓冲区个数的计算方式相同，在此不再赘述。

当数据包转发完之后，要对转发完之后的缓冲区进行回收，同时解除该缓冲区被使用的标志位(即，使用标记)，供下次继续使用。对于超过2048字节的大包(即，长包)，要根据首缓冲区号进行查表，得到下一个缓冲区号，并根据得到的缓冲区号读数据，以此类推，待所有的数据包转发完成之后，对所有的缓存进行回收。

图3是根据本实用新型实施例一的千兆无源光网络缓冲区管理装置的详细结构框图，如图3所示，该装置可以包括：队列管理模块31、缓冲区申请模块33、缓冲区查表模块35、缓冲区释放模块37和链表RAM模块39，需要说明的是，上述缓冲区释放模块37的功能与上文缓冲区释放模块21的功能不完全相同。

队列管理模块31把转发完之后的缓冲区号送到缓冲区释放模块37进行缓冲区回收，如果是长包，队列管理模块31还要根据当前的缓冲区号向缓冲区查表模块35申请查表后得到下一个缓冲区。缓冲区申请模块33完成缓冲区的申请，同时将申请之后的缓冲区打上使用标记写入到链表RAM模块39中。缓冲区释放模块37根据要释放的缓冲区号读链表RAM模块39，同时释放该缓冲区的使用标记。缓冲区查表模块35根据缓冲区号读链表RAM模块39，得到下一个缓冲区，并把它送给队列管理模块31，直至读取完当前缓冲区号链接的所有缓冲区号。

实例1

该实例详细描述以上队列管理模块31、缓冲区申请模块33、缓冲区查表模块35、缓冲区释放模块37和链表RAM模块39的硬件实现。

1.队列管理模块31的硬件实现：

把来自重组之后的描述符信息写入队列，描述符信息可以包括帧长度、OAM标示、端口ID号、第一个缓冲区号、目的端口号和ONU ID号，把这些信息组合成一个59bits宽的数据。队列用FIFO来实现，以太网交换端口队列的深度为1024，CPU端口队列的深度为128。

队列管理模块31的调度控制器采用公平轮询的方式对每个队列的状态进行轮询，只要轮询到的队列不空，并且在相应出口准备好的条件下，调度控制器就会从该队列中读取组装好的描述符，从描述符中提取帧长度信息、缓冲区号、port_id、onu_id、oam标示和dest_port信息，然后把上述信息暂存在相应的一组寄存器中。

调度控制器调度出一个端口之后，调度控制器等待从DDR中读数据完成，在完成DDR数据的读取之后，调度控制器轮询下一个端口，这样周而复始反复进行处理。同时，根据输出的dest_port信息，将从DDR读出的数据输出到相应的目的端口。

队列管理模块31在完成一个数据包到出口的转发之后，将该数据包的缓冲区号送到缓冲区释放模块37进行回收。

在包长度超过2048字节的情况下，队列管理模块31要将第一个缓冲区送给缓冲区管理模块(即，缓冲区查表模块35)进行查表，得到下一个缓冲区号，当第一个缓冲区的数据转发完之后，以第二个缓冲区号为地址读取DDR中的数据，如果帧长度超过4096字节，还要以第二个缓冲区为基准进行查表，得到第三个缓冲区，以此类推，当前系统中，数据包长度最大可以支持到9600字节，此时要占用5个缓冲区，需要查表4次。需要说明的是，当数据包长度大于9600字节从而需要提供支持的时候，可以采用相同原理对本实例中的实现队列管理模块31的硬件系统进行升级，本实用新型实施例不对支持的数据包长度进行限制。

2.缓冲区申请模块33的硬件实现：

如果有缓冲区申请，在存在空闲缓冲区的情况下，将当前头指针中的缓冲区号输出，同时进行应答。并以头指针为地址读取链表RAM模块39，将头指针更新为读出的值，然后以输出的缓冲区号为地址在链表RAM模块39中写入“1FFFF”标记。

如果是长包，需要以上一个缓冲区号为地址，将当前头指针的内容写入链表RAM模块39中，同时标记缓冲区已被使用的标记。

3.缓冲区查表模块35的硬件实现：

队列管理模块31转发长包的时候，需要查表，查表要操作链表RAM模块39，要对缓冲区请求，释放请求以及查表请求进行仲裁，获得资格者将访问查表RAM模块39，读出下一个缓冲区号，送给队列管理模块31。

4.缓冲区释放模块37的硬件实现：

当有缓冲区需要释放时，以要释放的缓冲区索引号为地址读链表RAM模块39，得到该缓冲区的使用状态位和存储链中的下一个缓冲区索引号next_pntr，如果使用状态位为0，表示未使用，或者已经释放过该缓冲区，则不做任何操作。如果使用状态位为1，表示在使用中，可以进行释放。然后判断next_pntr是否为FFFF，如果是，则表示要释放的缓冲区是存储链中最后一个缓冲区，将该缓冲区的索引号写入尾指针地址中，并将尾指针更新为该索引号，将要释放的缓冲区链在了空闲链表的尾部，同时给出应答信号，操作完成。如果不是，先在要释放的缓冲区索引地址中写入FFFF，然后将其链在空闲链表的尾部，next_pntr输出到队列管理模块31，与应答信号同时有效。

5.链表RAM模块39的硬件实现：

链表RAM模块39可以用XILINX的存储器IP来实现。

需要说明的是，本实例中提供的各模块的硬件实现旨在详细说明各模块的功能、便于更好理解本实用新型实施例提供的方案，在实际应用中，各模块的硬件实现方式有多种，不限于本实例中所描述的硬件实现方式。

实施例二

以下结合图3对千兆无源光网络缓冲区管理装置的处理过程进行详细描述。

缓冲区申请过程：如果有以太网包要缓存，就需要申请缓冲区，在缓冲区没有被使用完的情况下，缓冲区管理模块(即，队列管理模块31)会响应申请请求，同时送出一个缓冲区号。对于长包的缓冲区请求，缓冲区申请模块33要根据上一个缓冲区号进行链接。

缓冲区释放过程：队列管理模块31转发完一个数据包之后，需要对该数据包的缓冲区进行回收，队列管理模块31要向缓冲区释放模块37申请回收，同时送出需要回收的缓冲区号，缓冲区释放模块37根据要释放的缓冲区号读取链表RAM模块39，如果该缓冲区的使用标记为“1”，则将该缓冲区号更新下一个尾指针，同时以当前尾指针为地址、需要释放的缓冲区号为数据，写入链表RAM模块39中，上述过程结束后，需要将已回收的缓冲区的使用标记置“0”。

缓冲区查表过程：队列管理模块31转发包长度超过2048字节的数据包时，会向缓冲区查表模块35申请查表，队列管理模块31向缓冲区查表模块35发送需要查表的缓冲区号，缓冲区查表模块35会根据缓冲区号读取链表RAM模块39，得到下一个缓冲区，并将下一个缓冲区的标识(例如，缓冲区号)发送至队列管理模块31，队列管理模块31根据新的缓冲区读取数据包，上述过程重复执行直至已获得与该缓冲区号链接的缓冲区号的尾部。

实例2

图4是根据本实用新型实例2的缓冲区申请过程的详细流程图，如图4所示，缓冲区申请过程的一个具体实例包括以下步骤401至407的处理：

步骤401，收到缓冲区申请请求；

步骤402，判断当前是否正在释放缓冲区，若是，则返回步骤401继续等待，否则，进入步骤403；

步骤403，以头指针内容为地址读取链表RAM(即，链接表)；

步骤404，将从链表RAM读出的内容写入next头指针；

步骤405，以头指针内容为地址写入FFFF，当前使用状态置为“1”；

步骤406，应答缓冲区申请请求；

步骤407，将当前头指针内容更换为next头指针的内容。

实例3

图5是根据本实用新型实例3的缓冲区释放过程的详细流程图，如图5所示，缓冲区释放过程的一个具体实例包括以下步骤501至509的处理：

步骤501，收到缓冲区释放请求；

步骤502，判断当前是否正在申请缓冲区，若是，则返回步骤501继续等待，否则，进入步骤503；

步骤503，将要释放的index读取进next尾指针；

步骤504，以next尾指针的index为地址读取链表RAM(即，链接表)；

步骤505，判断使用状态位是否为“1”，若是，则进入步骤506，否则，进入步骤508；

步骤506，判断数据的低16为是否为FFFF，若是，则进入步骤507，否则，进入步骤508；

步骤507，以当前尾指针为地址，以next尾指针为数据写入链表RAM；

步骤508，应答缓冲区释放请求；

步骤509，将当前尾指针内容更换为next尾指针内容。

需要说明的是，将多个缓冲区的缓冲区标识进行链接的过程不限于本实用新型实施例中所采用的链表的方式进行链接，也可以采用建立长包的标识与按照顺序排列的缓冲区标识的对应关系的方式实现，本实用新型实施例对此不作限定。

综上所述，本实用新型实施例提供的装置，能够达到高带宽(例如，上行缓存带宽2.5Gbits/s)的效果，克服了以往DSL效率和性能不高的缺陷，同时，实现了长/短包缓存的混合管理，提高了效率。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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

Claims (6)

1.一种千兆无源光网络缓冲区管理装置，其特征在于，包括：

缓冲区分配模块，其包括：计算子模块，用于根据需要写入缓冲区的长包数据的长度确定所需的缓冲区的数目；分配子模块，连接于计算子模块，用于根据所述计算子模块计算的所述缓冲区的数目为所述长包数据分配多个缓冲区；链接子模块，连接于分配子模块，用于将所述多个缓冲区的缓冲区标识进行链接；

链表存储模块，连接于所述链接子模块，用于存储为所述长包数据分配的所述多个缓冲区的所述缓冲区标识的链接关系。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

缓冲区释放模块，连接于链表存储模块，用于在需要释放所述长包数据的情况下，根据所述链表存储模块存储的所述链接关系释放为所述长包数据分配的所述多个缓冲区。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述缓冲区释放模块包括：

读取子模块，用于在需要释放所述长包数据的情况下，从所述链表存储模块中读取所述长包数据的所述链接关系；

释放子模块，连接于读取子模块，用于根据所述读取子模块读取的所述链接关系释放为所述长包数据分配的所述多个缓冲区。 

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述链表存储模块还用于存储所述多个缓冲区的使用标记。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述链接子模块还用于将所述多个缓冲区的所述使用标记置为不可用。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述释放子模块还用于将所述多个缓冲区的所述使用标记置为可用。 

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