一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统的制作方法

本发明涉及集成电路设计，具体涉及一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统。

背景技术：

1、随着近代网络技术的高速发展，互联网流量呈爆炸式增长，企业和家庭对网络带宽的要求日益提高，交换机在网络中承担着重要的任务。共享缓存式交换机能够很好的吸收网络中的突发流量，降低丢包率。

2、传统共享缓存式交换机共用一块静态随机存取存储器(static random-accessmemory，sram)或将多块sram拼接在一起视作一块sram。将这块sram的读写接口时分复用，轮询服务各端口，将各端口的数据包存入缓存，以实现共享缓存。

3、传统共享缓存式交换机在sram空闲地址分配、sram控制器冲突解决处需要等待一个端口服务完之后，再去询问接下来的端口是否需要服务，将各端口的数据包轮流存入/读出共享缓存。

4、传统共享缓存式交换机通过描述符的形式管理数据包，而描述符会存储在每个输出端口的先进先出队列(first input first output，fifo)中，输出端口从fifo中依次读取描述符，以实现按序输出数据包。若每个输出端口处的fifo设置的过小，fifo填充满时，无法存储更多描述符，就不能再往这个输出端口发送数据包，这使得共享缓存的利用率低下。若此fifo设置过大，使得每个输出端口都能利用全部的共享缓存区域，会使得此处产生资源浪费，必定有大量的fifo处于闲置状态。

5、传统共享缓存式交换机内部交换速率的总带宽＝sram位宽×频率×利用率，而位宽、频率都受制于工艺，利用率受到端口的服务轮询、共享缓存的存储管理耗时的影响，都不能无限的提高，成为了限制共享缓存式交换机交换速率进一步提高的瓶颈。

技术实现思路

1、本发明的目的是：为交换机提供一种各端口可以并行访问共享缓存的管理系统，以满足高速互联网时代交换机对数据存储能力的需求。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案提供了一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，包括与多个输入端口相对应的多个相互独立的数据包接收模块、页指针管理模块、描述符管理模块、具有m个能够独立轮询和读写的sram控制器的sram阵列以及多个输出端口相对应的多个相互独立的数据包发送模块；

3、其中，数据包接收模块接收并暂存数据包，同时向页指针管理模块申请自由页指针，并将接收到的自由页指针暂存为页指针，当暂存的数据包大小超过预设页大小时，根据暂存的自由页指针从sram阵列选择一个sram控制器发出写入请求，并将暂存数据包中一个预设页大小的数据发往sram阵列，并在发送完毕后，再次向页指针管理模块申请新的自由页指针，当暂存的数据包的所有页都发送完毕之后，将用于管理数据包的信息组成描述符发往描述符管理模块；

4、页指针管理模块，根据每个数据包相对应的页指针，建立数据包相对应的页指针链表，管理对应着sram空闲页基址的多个自由页指针，采用动态无阻塞轮询对数据包接收模块和数据包发送模块进行轮询服务，满足数据包接收模块和数据包发送模块对自由页指针或页指针的请求，以及回收页指针使之成为自由页指针；

5、描述符管理模块接收来自所有数据包接收模块的描述符，建立优先级虚拟输出队列，动态无阻塞轮询响应数据包发送模块对描述符的请求；

6、sram阵列中的各个sram控制器动态无阻塞轮询服务多个数据包接收模块和多个数据包发送模块，根据请求自主的选择相对应的数据包接收模块和数据包发送模块进行写入和读取；

7、数据包发送模块向描述符管理模块申请描述符，根据描述符中的信息从sram阵列选择sram控制器获取数据，并将数据包发送至输出端口，并将数据包内的页指针发送至页指针管理模块。

8、优选地，所述数据包接收模块根据所述输入端口的控制信号，接收所述数据包并暂存。

9、优选地，所述描述符包括：错误指示位、crc32校验值、首页指针、页数量、源端口、数据包优先级以及目的端口信息。

10、优选地，所述数据包接收模块向所述页指针管理模块申请自由页指针时发送相关信息，相关信息包括：“是否为数据包的首页申请自由页指针”以及“端口号”。

11、优选地，所述页指针管理模块包括：

12、页指针发送状态机，响应所述数据包接收模块的请求，发送所述自由页指针，建立所述数据包页指针链表；

13、页指针接收状态机，响应所述数据包发送模块的请求，回收所述页指针，并请求页指针发送状态机发送所述页指针链接的下一个页指针，作为所述自由页指针；

14、动态无阻塞轮询状态机，负责轮询服务所述数据包接收模块和所述数据包发送模块的状态机；

15、自由页指针队列，在复位后进行初始化，存入所述自由页指针，根据页指针发送状态机的请求给出自由页指针，根据页指针接收状态机的请求回收所述页指针，使其成为自由页指针。

16、优选地，所述页指针发送状态机为写动态无阻塞状态机的从状态机。

17、优选地，所述动态无阻塞轮询状态机包括：

18、写动态无阻塞轮询状态机，根据所述数据包接收模块的请求，以及所述页指针发送状态机是否空闲，选择服务相对应的所述数据包接收模块；

19、读动态无阻塞轮询状态机，根据所述数据包发送模块的请求，以及所述页指针接收状态机是否空闲，选择服务相对应的所述数据包发送模块。

20、本发明的技术方案提出一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，支持将m个sram控制器组成sram阵列，每个sram控制器负责管理一块sram，将sram阵列中的页基址统一管理分配以实现共享缓存，且充分利用多块sram的多组读写端口，使得交换机的输入输出端口能够并行访问多块sram，使得总带宽＝sram位宽×频率×利用率×m，解决传统共享缓存式交换机因存储器带宽不足而产生的瓶颈。本发明的技术方案包括轮询主从状态机，其中主状态机为动态无阻塞轮询状态机，使得在服务一个端口的同时，该状态机可以无阻塞的去询问别的端口是否需要服务，提升了整体效率。本发明的技术方案还包括以链表形式组织的优先级虚拟输出队列，各端口的输出队列通过链表的形式组织起来，所有输出端口共用描述符链表节点，全部的描述符链表节点足以使共享缓存达到100％的利用率。这样的设计可以让需要存储更多描述符的端口申请更多的描述符链表节点，而闲置的描述符链表节点给其余的端口使用，提高了共享缓存利用率，减少了资源浪费。

技术特征：

1.一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，包括与多个输入端口相对应的多个相互独立的数据包接收模块、页指针管理模块、描述符管理模块、具有m个能够独立轮询和读写的sram控制器的sram阵列以及多个输出端口相对应的多个相互独立的数据包发送模块；

2.如权利要求1所述的一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，所述数据包接收模块根据所述输入端口的控制信号，接收所述数据包并暂存。

3.如权利要求1所述的一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，所述描述符包括：错误指示位、crc32校验值、首页指针、页数量、源端口、数据包优先级以及目的端口信息。

4.如权利要求1所述的一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，所述数据包接收模块向所述页指针管理模块申请自由页指针时发送相关信息，相关信息包括：“是否为数据包的首页申请自由页指针”以及“端口号”。

5.如权利要求1所述的一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，所述页指针管理模块包括：

6.如权利要求5所述的一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，所述页指针发送状态机为写动态无阻塞状态机的从状态机。

7.如权利要求5所述的一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，其特征在于，所述动态无阻塞轮询状态机包括：

技术总结本发明提出一种交换机高效多端口并行共享缓存管理系统，支持将m个SRAM控制器组成SRAM阵列，其中的页基址统一管理分配以实现共享缓存，且充分利用多块SRAM的多组读写端口，使得交换机的输入输出端口能够并行访问多块SRAM，总带宽＝SRAM位宽×频率×利用率×m。本发明包括动态无阻塞轮询主从状态机，使得在服务一个端口的同时，该状态机可以无阻塞的去询问别的端口是否需要服务，提升了整体效率。本发明还包括以链表形式组织的优先级虚拟输出队列，所有输出端口共用描述符链表节点，全部的描述符链表节点使共享缓存达到100％的利用率，让需要存储更多描述符的端口申请更多的描述符链表节点，而闲置的节点给其余的端口使用，提高了共享缓存利用率，减少了资源浪费。技术研发人员：赵永建,刘丰逸,王宇实,刘宇,吴德泽,刘玉静,王叶辉,陆亦文,郑海燕受保护的技术使用者：华东计算技术研究所（中国电子科技集团公司第三十二研究所）技术研发日：技术公布日：2024/9/12