本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于以太網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，特別是涉及一種在交換控制電路中巨幀的控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著以太網(wǎng)技術(shù)的日新月異，交換機的速率也從10Mbps、100Mbps到1Gbps、10Gbps甚至更高。起初IEEE認(rèn)可的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的最大幀長度為1518字節(jié)，這一標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)越來越成為數(shù)據(jù)傳輸效率的掣肘。巨幀(Jumbo Frame)，這是一種廠商標(biāo)準(zhǔn)的超長幀格式，專門為超過1Gbps的以太網(wǎng)而設(shè)計，長度各廠商有所不同，從9000字節(jié)～64000字節(jié)不等。采用巨幀能夠使以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)性能充分發(fā)揮，是數(shù)據(jù)傳輸效率提高50％～100％。

在交換控制電路設(shè)計中，描述符管理有極其重要的作用，直接影響交換機的性能。它管理著幀存儲地址和目的端口的映射關(guān)系以及高低優(yōu)先級的出隊列次序。以太網(wǎng)交換機的主要工作是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過PHY層、MAC層解析后，對MAC地址表進(jìn)行查找，找到轉(zhuǎn)發(fā)端口，產(chǎn)生相應(yīng)的描述符派發(fā)到各個發(fā)送端口，描述符中記載著幀的各類信息。標(biāo)準(zhǔn)的二層幀結(jié)構(gòu)和巨幀結(jié)構(gòu)分別如圖5和圖6所示。

在描述符的設(shè)計中，若以256字節(jié)為一頁為前提，在最長幀只支持1518字節(jié)的交換機中，設(shè)計一個描述符或一個擴(kuò)展類型的描述符對應(yīng)一個幀就能滿足要求，而對于支持巨幀的設(shè)備，此種設(shè)計已不滿足要求，單個描述符已不可能包含巨幀數(shù)據(jù)的所有頁地址。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在交換控制電路中巨幀的控制系統(tǒng)及方法，是一種用兩級鏈表實現(xiàn)的巨幀控制方法，通過兩級鏈表對幀存儲的控制，有效的解決了描述符與存儲地址的映射關(guān)系，理論上可以擴(kuò)展到巨幀甚至超巨幀。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種在交換控制電路中巨幀的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

描述優(yōu)先級調(diào)度模塊：根據(jù)調(diào)度策略，在多個優(yōu)先級隊列中挑選最先被調(diào)度的隊列，把該隊列的首個描述符地址提供給發(fā)送隊列管理模塊；

發(fā)送隊列管理模塊：根據(jù)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，對描述符發(fā)送隊列進(jìn)行寫或度操作，并且根據(jù)優(yōu)先級信息，對各優(yōu)先級隊列進(jìn)行鏈表式管理；

緩存標(biāo)簽隊列管理模塊：通過存儲在發(fā)送隊列中的描述符所含的緩存標(biāo)簽，對每個數(shù)據(jù)幀所占用的緩存進(jìn)行鏈表式管理；

空閑隊列管理模塊：釋放和回收發(fā)送隊列表項和緩存標(biāo)簽表項的存儲地址。

本發(fā)明還提供一種在交換控制電路中巨幀的控制方法，其特征在于，所述在交換控制電路中巨幀的控制方法包括以下步驟：

步驟一，寄存器堆模塊存儲系統(tǒng)工作所需要的配置和狀態(tài)信息；

步驟二，千兆MAC模塊實現(xiàn)千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成MAC接口數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換；

步驟三，通過數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)幀頭由數(shù)據(jù)表管理模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)、解析及老化，數(shù)據(jù)幀內(nèi)容存儲在數(shù)據(jù)緩存內(nèi)；

步驟四，數(shù)據(jù)緩存模塊對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分配空閑內(nèi)存，對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行釋放數(shù)據(jù)內(nèi)存；

步驟五，根據(jù)地址表管理模塊提供的目的端口轉(zhuǎn)發(fā)表生成多個對應(yīng)端口的發(fā)送描述符，其中發(fā)送描述符根據(jù)QOS屬性進(jìn)入對應(yīng)優(yōu)先級隊列排隊；

步驟六，根據(jù)數(shù)據(jù)緩存模塊提供的數(shù)據(jù)內(nèi)存地址信息生成多個緩存標(biāo)簽，每個標(biāo)簽對應(yīng)一個頁地址；

步驟七，對各個優(yōu)先級隊列進(jìn)行調(diào)度，從發(fā)送隊列調(diào)度成功的描述符向數(shù)據(jù)緩存模塊提供發(fā)送幀的頭地址，然后根據(jù)緩存標(biāo)簽鏈表依次向數(shù)據(jù)緩存模塊提供發(fā)送幀的后續(xù)地址；

步驟八，數(shù)據(jù)緩存模塊根據(jù)描述符管理模塊提供的數(shù)據(jù)內(nèi)存地址，從數(shù)據(jù)緩存中把數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)總線，然后通過千兆MAC模塊把數(shù)據(jù)交換出去。

優(yōu)選地，所述在交換控制電路中巨幀的控制方法應(yīng)用于巨幀，巨幀所對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲地址的處理采用兩級鏈表，第一級是發(fā)送隊列鏈表，第二級是緩存標(biāo)簽鏈表。

優(yōu)選地，所述發(fā)送隊列鏈表記載著該發(fā)送端口各個幀的發(fā)送次序、幀信息以及對應(yīng)的緩存標(biāo)簽。

優(yōu)選地，所述發(fā)送端口為實現(xiàn)QOS可支持多個發(fā)送隊列，每個發(fā)送隊列大小可動態(tài)調(diào)整，每個發(fā)送隊列表項就是一個描述符，對應(yīng)一幀數(shù)據(jù)；所述緩存標(biāo)簽管理每一頁緩存，對于超過256字節(jié)長度的幀，需要多個緩存標(biāo)簽表示，并且通過鏈表來控制管理。

優(yōu)選地，所述緩存標(biāo)簽鏈表記載著每幀存放的緩存地址。

優(yōu)選地，所述發(fā)送隊列表項和緩存標(biāo)簽表項的設(shè)計是通過下一個描述符地址和下一個緩存標(biāo)簽地址來維護(hù)鏈表的連續(xù)性，并通過增加頭標(biāo)識和尾標(biāo)識來快速判斷鏈表的狀態(tài)；所述發(fā)送隊列中的描述符通過鏈表來控制管理；所述幀數(shù)據(jù)的寫入，緩存標(biāo)簽鏈表都會更新，維護(hù)著每個描述符對應(yīng)幀存放的所有頁地址。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明的發(fā)送隊列鏈表和緩存標(biāo)簽共同管理，讀寫發(fā)送隊列描述符和緩存標(biāo)簽都采用雙端口RAM，能同時讀寫不同地址的數(shù)據(jù)，提高讀寫描述符和緩存標(biāo)簽的效率；兩級鏈表有效的解決了巨幀的存儲問題，而且硬件結(jié)構(gòu)上的實現(xiàn)也不復(fù)雜。

附圖說明

圖1為發(fā)送隊列鏈表和緩存標(biāo)簽鏈表的組織結(jié)構(gòu)圖。

圖2為發(fā)送隊列表項結(jié)構(gòu)圖。

圖3為緩存標(biāo)簽表項結(jié)構(gòu)圖。

圖4為交換控制電路結(jié)構(gòu)框圖。

圖5為描述符管理模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖6為標(biāo)準(zhǔn)的二層幀結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖7為巨幀結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明在交換控制電路中巨幀的控制系統(tǒng)包括：

描述優(yōu)先級調(diào)度模塊：根據(jù)調(diào)度策略，在多個優(yōu)先級隊列中挑選最先被調(diào)度的隊列，把該隊列的首個描述符地址提供給發(fā)送隊列管理模塊；

發(fā)送隊列管理模塊：根據(jù)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，對描述符發(fā)送隊列進(jìn)行寫或度操作，并且根據(jù)優(yōu)先級信息，對各優(yōu)先級隊列進(jìn)行鏈表式管理；

緩存標(biāo)簽隊列管理模塊：通過存儲在發(fā)送隊列中的描述符所含的緩存標(biāo)簽，對每個數(shù)據(jù)幀所占用的緩存進(jìn)行鏈表式管理；

空閑隊列管理模塊：釋放和回收發(fā)送隊列表項和緩存標(biāo)簽表項的存儲地址。

本發(fā)明在交換控制電路中巨幀的控制方法包括以下步驟：

步驟一，寄存器堆模塊存儲系統(tǒng)工作所需要的配置和狀態(tài)信息；

步驟二，千兆MAC模塊實現(xiàn)千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成MAC接口數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換；

步驟三，通過數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)幀頭由數(shù)據(jù)表管理模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)、解析及老化，數(shù)據(jù)幀內(nèi)容存儲在數(shù)據(jù)緩存內(nèi)；

步驟四，數(shù)據(jù)緩存模塊對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分配空閑內(nèi)存，對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行釋放數(shù)據(jù)內(nèi)存；

步驟五，根據(jù)地址表管理模塊提供的目的端口轉(zhuǎn)發(fā)表生成多個對應(yīng)端口的發(fā)送描述符，其中發(fā)送描述符根據(jù)QOS屬性進(jìn)入對應(yīng)優(yōu)先級隊列排隊，排隊形式如圖1的第一級鏈表；

步驟六，根據(jù)數(shù)據(jù)緩存模塊提供的數(shù)據(jù)內(nèi)存地址信息生成多個緩存標(biāo)簽，每個標(biāo)簽對應(yīng)一個頁地址，排隊形式如圖1的第二級鏈表；

步驟七，對各個優(yōu)先級隊列進(jìn)行調(diào)度，從發(fā)送隊列調(diào)度成功的描述符向數(shù)據(jù)緩存模塊提供發(fā)送幀的頭地址，然后根據(jù)緩存標(biāo)簽鏈表依次向數(shù)據(jù)緩存模塊提供發(fā)送幀的后續(xù)地址；

步驟八，數(shù)據(jù)緩存模塊根據(jù)描述符管理模塊提供的數(shù)據(jù)內(nèi)存地址，從數(shù)據(jù)緩存中把數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)總線，然后通過千兆MAC模塊把數(shù)據(jù)交換出去。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明是一種在交換控制電路中巨幀的控制方法，每個端口都有兩級鏈表用于維護(hù)該端口的發(fā)送隊列。巨幀所對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲地址的處理采用兩級鏈表，第一級是發(fā)送隊列鏈表，第二級是緩存標(biāo)簽鏈表。

發(fā)送隊列鏈表記載著該發(fā)送端口各個幀的發(fā)送次序、幀信息以及對應(yīng)的緩存標(biāo)簽。緩存標(biāo)簽鏈表記載著每幀存放的緩存地址。

每個發(fā)送端口為實現(xiàn)QOS可支持多個發(fā)送隊列(TXQ)，每個發(fā)送隊列大小可動態(tài)調(diào)整，每個發(fā)送隊列表項就是一個描述符，對應(yīng)一幀數(shù)據(jù)。對于同一發(fā)送隊列中的描述符，通過鏈表來控制管理。

每一頁緩存由一個緩存標(biāo)簽(Buffer Tag)管理，對于超過256字節(jié)長度的幀，需要多個緩存標(biāo)簽表示，并且通過鏈表來控制管理。若一個9728字節(jié)的巨幀，需要38個緩存標(biāo)簽，此38個標(biāo)簽通過下一個緩存標(biāo)簽地址進(jìn)行鏈表式管理。

兩級鏈表的維護(hù)分別通過讀寫描述符狀態(tài)機和讀寫緩存標(biāo)簽狀態(tài)機來實現(xiàn)。

每頁幀數(shù)據(jù)的寫入，緩存標(biāo)簽鏈表都會更新，維護(hù)著每個描述符對應(yīng)幀存放的所有頁地址。當(dāng)收到長幀的第一頁內(nèi)容，會寫一個緩存標(biāo)簽，記錄該256字節(jié)的頁地址，同時幀頭狀態(tài)置1，幀尾狀態(tài)置0，下一個緩存標(biāo)簽地址指向空閑的緩存標(biāo)簽鏈表的頭指針；等收到下一頁內(nèi)容，另外寫一個緩存標(biāo)簽，記錄剩余字節(jié)存放的頁地址，幀頭狀態(tài)置0，幀尾狀態(tài)置1，同時把該幀的前一個緩存標(biāo)簽的下一個緩存標(biāo)簽地址域更新為當(dāng)前緩存標(biāo)簽地址。

當(dāng)需要發(fā)送長幀時，通過描述符的緩存標(biāo)簽域找到緩存標(biāo)簽鏈表的位置，從中找到發(fā)送幀的頁地址，若讀到幀尾標(biāo)識為1，根據(jù)下一個緩存標(biāo)簽地址繼續(xù)讀下一個緩存標(biāo)簽，直至讀取到幀尾標(biāo)識為1，此幀才讀取完畢。

在描述符的設(shè)計中，若以256字節(jié)為一頁為前提，在最長幀只支持1518字節(jié)的交換機中，設(shè)計一個描述符或一個擴(kuò)展類型的描述符對應(yīng)一個幀就能滿足要求，而對于支持巨幀的設(shè)備，此種設(shè)計已不滿足要求，單個描述符已不可能包含巨幀數(shù)據(jù)的所有頁地址。

描述符管理模塊是交換控制電路中的重要功能模塊，主要負(fù)責(zé)幀存儲地址的管理和優(yōu)先級隊列的調(diào)度，而兩級鏈表是幀存儲地址管理的一種實現(xiàn)方式。

綜上所述，本發(fā)明的發(fā)送隊列鏈表和緩存標(biāo)簽共同管理，讀寫發(fā)送隊列描述符和緩存標(biāo)簽都采用雙端口RAM，能同時讀寫不同地址的數(shù)據(jù)，提高讀寫描述符和緩存標(biāo)簽的效率；兩級鏈表有效的解決了巨幀的存儲問題，而且硬件結(jié)構(gòu)上的實現(xiàn)也不復(fù)雜。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。