[發明專利]一種數據收發裝置

有效

• 申請號: 201310114769.1
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN103200131A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 烏力吉;牛赟;張向民;麥宋平
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H04L12/863
• 分類號: H04L12/863
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明涉及數據收發裝置，尤其涉及10Gbps高速以太網中數據幀的收發裝置。

背景技術

目前在對高性能網絡設備設計架構的實現中，對于以太網數據幀的接收通常做法是采用FIFO（First?In?First?Out）隊列方式。采用這種數據接收方式，只有每個隊列的第一個數據幀能被處理。在網絡數據傳輸速率不高的情況下，由于數據幀的接收和內部數據處理速率之間的差異還不明顯，FIFO方式尚能滿足系統性能的要求。但是當網絡速率達到10Gbps甚至更高以后，如果隊列最前面的數據幀得不到及時處理，隊列中其他所有的數據幀都不能被傳送和處理，從而造成頭阻塞（HOL:?Head?of?Line）現象發生。頭阻塞將導致系統性能降低58.6%，甚至引起丟包現象，影響網絡服務質量QoS。

在高速核心路由器的設計中，通常采用虛擬輸出隊列（VOQ：Virtual?Out?Queue）技術，將目的輸出端口不同的數據幀放在不同的隊列中緩存，因此發往不同輸出端口的數據幀相互不存在HOL阻塞，在使用合理的算法的情況下，VOQ方式可發揮100%系統性能。但是這種方式適合于僅需要完成對輸入隊列中的數據幀的路由，不需要對數據做任何處理的接收；而在網絡安全處理中，對于數據幀除了進行路由外，往往需要對數據幀進行加解密和認證等處理，這些處理需要占用系統大量處理時間，因此VOQ方式也不適合用于高速特別是10Gbps的網絡安全應用中。

另外，從以太網接收的數據幀長度的不確定性嚴重影響了高速數據接收的效率。當網絡數據流量達到10Gbps甚至更高時，高速數據幀接收與在線網絡設備內部數據處理速率不匹配的矛盾成為制約系統性能的一個關鍵因素。

第03127969.4號專利“基于FIFO隊列的數據包線速處理方法及其裝置”采用兩級FIFO的方法可以解決對不定長數據包的線速處理，但是如果在高速以太網絡中，如果后級對數據幀的處理速度跟不上數據幀接收速度的話，就會造成頭阻塞現象發生，因此該裝置無法滿足高速網絡數據接收的需求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種數據收發裝置，以降低數據幀的丟包率。

一種數據收發裝置，包括共享緩存模塊、分布式緩存模塊、數據幀調度器和處理單元，所述共享緩存模塊包括異步FIFO緩存器，所述分布式緩存模塊包括至少兩個FIFO緩存器；

當FIFO緩存器出現空閑，空閑的FIFO緩存器發送中斷信號給所述共享緩存模塊，所述共享緩存模塊將一個數據幀發送給相應的FIFO緩存器；

當處理單元出現空閑，通過所述數據幀調度器將存有數據幀的FIFO緩存器中的數據幀發送到所述處理單元。

當所述共享緩存模塊同時接收到多個處于空閑的FIFO緩存器發送來的中斷信號，若所述共享緩存模塊上一次發送數據幀給第i個FIFO緩存器，則依照從第i+1個FIFO緩存器至最大序號的FIFO緩存器、再從第一個FIFO緩存器至第i個FIFO緩存器的順序，所述共享緩存模塊依次將數據幀發送到相應空閑的FIFO緩存器。

所述處理單元包括至少兩個優先級不同的處理單元；

當多個處理單元出現空閑時，空閑的處理單元分別通過所述數據幀調度器向所述分布式緩存模塊中存有數據幀的FIFO緩存器發送請求信號；

分布式緩存模塊中的存有數據幀的FIFO緩存器通過所述數據幀調度器選擇一個發出請求信號的處理單元，并向被選中的所述的處理單元發出允許信號；

所述的處理單元接收到所述允許信號后，通過所述數據幀調度器選擇當前優先級最高的存有數據幀的FIFO緩存器并發出接受信號后，開始接收對應的FIFO緩存器發送的數據幀。

共享緩存模塊的容量與分布式緩存模塊的容量相等。

所述分布式緩存模塊的各個FIFO緩存器的容量相等。

本發明內部處理模塊和分布式緩存模塊間采用信號握手機制：只有當處理單元完成一個數據幀讀入后，分布式緩存模塊才能接收下一個數據幀，分布式緩存中的FIFO的容量為一個最長以太網數據幀的長度。共享緩存模塊中的異步FIFO的容量選擇最壞情況下的容量，即所有的處理單元都處在非空閑狀態，因此為單個分布式緩存模塊的FIFO緩存器容量的n倍（在每個FIFO容量相同的情況下，n為FIFO緩存器的個數，）。n的值可以根據不同網絡設備的需求進行配置，從而滿足不同速度的網絡環境的應用。