一種以太網(wǎng)交換芯片的流量統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計

【Summary】本論文實現(xiàn)了一種用于流量統(tǒng)計的設(shè)計，提供對以太網(wǎng)交換芯片或網(wǎng)絡(luò)處理器中的隊列所發(fā)生事件進行統(tǒng)計。統(tǒng)計信息可以提供給HostCPU查詢。對接收報文的出隊、入隊、丟棄、老化等信息進行相應(yīng)的統(tǒng)計。支持同時進行包個數(shù)統(tǒng)計和包字節(jié)（或包切片）統(tǒng)計，提供不小于15min的有效統(tǒng)計能力，同時支持CPU讀清。以太網(wǎng)中統(tǒng)計信息種類多，綜合考慮存儲資源和統(tǒng)計覆蓋率的基礎(chǔ)上，分隊列組和單隊列進行統(tǒng)計?！綤eys】流量統(tǒng)計；隊列；入隊；出隊一、模塊功能說明流量統(tǒng)計系統(tǒng)主要由兩大模塊組成，分別為隊列統(tǒng)計模塊和寄存器管理模塊。其中隊列統(tǒng)計模塊負(fù)責(zé)完成隊列信息的統(tǒng)計，包含統(tǒng)計信息預(yù)處理子模塊、統(tǒng)計計數(shù)子模塊和存儲統(tǒng)計子模塊。初始化完成后從隊列管理系統(tǒng)接收報文的出隊、入隊、丟棄、老化等信息進行相應(yīng)的統(tǒng)計。從寄存器管理于模塊接收到CPU讀統(tǒng)計信息后，隊列統(tǒng)計模塊從相應(yīng)統(tǒng)計項中讀出統(tǒng)計信息送回寄存器管理模塊。統(tǒng)計信息預(yù)處理子模塊根據(jù)寄存器管理模塊配置的分隊列統(tǒng)計映射表RAM的內(nèi)容，對隊列進行篩選，產(chǎn)生分隊列統(tǒng)計的有效信息和地址信息，產(chǎn)生的地址信息送入分隊列統(tǒng)計計數(shù)子模塊。對于隊列組的統(tǒng)計，產(chǎn)生相應(yīng)的地址信息送入隊列組統(tǒng)計計數(shù)子模塊，同時上報寄存器管理模塊其統(tǒng)計操作狀態(tài)，正在實行統(tǒng)計操作時，寄存器管理模塊將保留CPU讀命令，因為統(tǒng)計操作嚴(yán)格優(yōu)先于讀統(tǒng)計值操作。統(tǒng)計信息預(yù)處理子模塊內(nèi)部包含一個初始化子模塊，在系統(tǒng)上電時，產(chǎn)生初始化有效和初始化地址信號，對分隊列統(tǒng)計映射表SRAM相應(yīng)地址寫0，完成后產(chǎn)生初始化完成信號。統(tǒng)計計數(shù)子模塊主要解決讀寫存儲器時存在的讀寫沖突處理、統(tǒng)計操作和讀統(tǒng)計操作。此模塊接口對應(yīng)的外部存儲器為高密度SRAM，此模塊可實現(xiàn)出隊側(cè)和入隊側(cè)統(tǒng)計，此模塊支持包個數(shù)和字節(jié)數(shù)（包切片數(shù)）統(tǒng)計。存儲統(tǒng)計子模塊存儲隊列組和隊列的所有的統(tǒng)計信息的統(tǒng)計值，每種統(tǒng)計項都支持包個數(shù)和包字節(jié)（或包切片）統(tǒng)計，接收統(tǒng)計子模塊的讀寫數(shù)據(jù)。內(nèi)部包含一個初始化子模塊，在系統(tǒng)上電時，產(chǎn)生初始化有效和初始化地址信號，對存儲統(tǒng)計子模塊中的所有存儲器相應(yīng)地址與0，完成時產(chǎn)生初始化完成信號。根據(jù)隊列管理子系統(tǒng)的入隊側(cè)和出隊側(cè)相應(yīng)的報文信息按隊列組和單隊列進行相應(yīng)處理。報文信息經(jīng)過統(tǒng)計信息預(yù)處理模塊處理后，得到報文信息的隊列組地址、單隊列統(tǒng)計地址及單隊列統(tǒng)計使能信息。產(chǎn)生入隊側(cè)和出隊側(cè)的報文信息啟動相應(yīng)的統(tǒng)計計數(shù)子模塊進行統(tǒng)計。寄存器管理模塊負(fù)責(zé)對隊列統(tǒng)計模塊進行配置和控制，同時向隊列統(tǒng)計模塊提供CPU讀、寫信息并接收讀返回信息。寄存器管理模塊接收配置管理子罪統(tǒng)的配置信息對隊列統(tǒng)計模塊進行配置，包含中斷屏蔽等信息，內(nèi)部存儲器初始化完成后返回初始化完成信息。接收配置管理子系統(tǒng)的地址信息，對地址進行譯碼產(chǎn)生相應(yīng)統(tǒng)計值的地址，在無統(tǒng)計操作時讀出統(tǒng)計信息。除此以外，寄存器管理模塊還向配置管理子系統(tǒng)提供流量統(tǒng)計子系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的各種中斷。流量統(tǒng)計子系統(tǒng)可選擇的統(tǒng)計信息如表3-1所列，以統(tǒng)計對象為基礎(chǔ)分類。M個隊列分為n個隊列組(m/k=n；連續(xù)的k個隊列為一個隊列組），m隊列中可任選k個隊列進行統(tǒng)計，隊列組和單隊列統(tǒng)計支持統(tǒng)計信息表里的所有統(tǒng)計，統(tǒng)計包個數(shù)的同時統(tǒng)計字節(jié)數(shù)（或包切片數(shù)）。統(tǒng)計對象對象I/O統(tǒng)計項統(tǒng)計范圍包統(tǒng)計字節(jié)統(tǒng)計隊列出隊側(cè)出隊包所有隊列必選必選老化包必選必選入隊側(cè)入隊包必選必選丟棄包尾部丟棄必選必選WRED丟棄優(yōu)先級0必選必選優(yōu)先級1必選必選優(yōu)先級2必選必選優(yōu)先級3必選必選表1統(tǒng)計信息表二、模塊介紹（一）統(tǒng)計信息預(yù)處理子模塊本子模塊接收隊列管理子系統(tǒng)的入隊、入隊丟棄、出隊、出隊丟棄等信息，產(chǎn)生相應(yīng)統(tǒng)計信息送入分隊列的統(tǒng)計計數(shù)子模塊和隊列組的統(tǒng)計計數(shù)子模塊。隊列管理子系統(tǒng)送入本模塊的主要信號有：入隊丟棄指示、入隊丟棄類型、入隊丟棄優(yōu)先級、入隊隊列號、入隊包長、出隊老化標(biāo)志、出隊包尾標(biāo)記、出隊隊列號、出隊包長。在入隊側(cè)，如果入隊丟棄指示無效，說明為入隊包，否則是丟棄包。在出隊側(cè)，如果老化標(biāo)志無效，說明是出隊包，否則是老化包。分隊列的統(tǒng)計根據(jù)輸入的隊列號，查詢分隊列統(tǒng)計映射表RAM篩選出有效隊列，統(tǒng)計有效隊列8個統(tǒng)計項的包個數(shù)和字節(jié)數(shù)。判斷有效隊列的條件是：根據(jù)輸入隊列號查詢分隊列統(tǒng)計映射表RAM的讀出內(nèi)容最高位有效標(biāo)記為1。（二）統(tǒng)計計數(shù)子模塊數(shù)據(jù)流統(tǒng)計計數(shù)子模塊主要對存儲器讀與數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生的沖突進行處理，實行統(tǒng)計操作并在尤統(tǒng)計操作時讀出統(tǒng)計值。對統(tǒng)計存儲了模塊中讀出的數(shù)據(jù)寄存一級，經(jīng)過統(tǒng)計運算后，再次寄存后與入對應(yīng)地址的統(tǒng)計存儲子模塊中。統(tǒng)計計數(shù)子模塊主要包含如下功能塊：讀寫地址／讀寫使能產(chǎn)生功能塊此功能塊主要進行輸入地址與緩存的讀寫地址進行比較，產(chǎn)生地址沖突指示信號，用于控制包／包長信息產(chǎn)生和CPU讀信息的產(chǎn)生，同時此功能塊產(chǎn)生相應(yīng)地址的讀寫使能信號。包／包長信息產(chǎn)生功能塊此功能塊根據(jù)沖突指示信號對統(tǒng)計的包個數(shù)或包長進行延遲緩存處理。CPU讀信息產(chǎn)生功能塊此功能塊根據(jù)沖突指示信號對寄存器管理模塊輸入的CPU的讀有效和讀統(tǒng)計類型進行延遲緩存處理。統(tǒng)計處理功能塊此功能塊根據(jù)接收的包個數(shù)或包長統(tǒng)計信息和CPU讀信息，對存儲器中讀出的統(tǒng)計值進行相應(yīng)的加法操作。CPU讀統(tǒng)計輸出功能塊本功能塊根據(jù)接收的CPU讀信息、存儲器讀出的統(tǒng)計值信息讀出相應(yīng)地址的統(tǒng)計值并輸出。統(tǒng)計計數(shù)子模塊的功能框圖如圖3所示。圖1統(tǒng)計計數(shù)子模塊的功能框圖讀寫地址／讀寫使能產(chǎn)生功能塊讀寫地址／讀寫使能產(chǎn)生功能塊主要分為三個部分：讀寫地址比較、讀寫使能產(chǎn)生和沖突控制（統(tǒng)計讀沖突控制信號）。讀寫比較實現(xiàn)輸入的讀地址與先前緩存的讀寫地址比較,地址相等指示信號主要控制讀寫使能的產(chǎn)生、讀清／讀類型信號、包個數(shù)／包字節(jié)數(shù)統(tǒng)計類型的傳遞。讀寫使能產(chǎn)生根據(jù)統(tǒng)計讀及沖突產(chǎn)生的沖突指示信號產(chǎn)生存儲器的讀寫使能信號,主要指示相應(yīng)讀寫地址是否有效。沖突控制主要產(chǎn)生沖突控制信號,控制外部功能塊相關(guān)信息的產(chǎn)生和傳遞,讀清／讀類型的控制信號和包個數(shù)／包字節(jié)數(shù)／統(tǒng)計控制產(chǎn)生。（三）存儲統(tǒng)計子模塊數(shù)據(jù)流基于隊列的統(tǒng)計采用一片512x98、片16384x92、一片40960x92及一片1280x98共四片內(nèi)部SRAM構(gòu)成整個隊列統(tǒng)計存儲空間。一片40960x92用于存儲分隊列統(tǒng)計入隊側(cè)的項統(tǒng)計內(nèi)容、一片16384x92用于存儲分隊列統(tǒng)計出隊側(cè)的2項統(tǒng)計內(nèi)容、一片1280x98用于存儲隊列組統(tǒng)計入隊側(cè)的5項統(tǒng)計內(nèi)容、一片512x98用于存儲隊列組統(tǒng)計出隊側(cè)的2項統(tǒng)計內(nèi)容。（四）寄存器管理模塊數(shù)據(jù)流寄存器管理子模塊主要負(fù)責(zé)對隊列統(tǒng)計子模塊模塊進行配置與控制，同時提供讀信息讀出隊列統(tǒng)計子模塊中的統(tǒng)計值，供CPU查詢。寄存器管理子模塊主要包含讀統(tǒng)計命令產(chǎn)生、讀寫配置寄存器、CPU讀清功能和統(tǒng)計輸出功能塊。結(jié)束語流量統(tǒng)計在以太網(wǎng)交換芯片或網(wǎng)絡(luò)處理器中是一個必要功能，其所統(tǒng)計對象的種類豐富程度、隊列數(shù)和支持統(tǒng)計的時間長度等，對網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控和管理起著重要的作用。本設(shè)計支持統(tǒng)計有效隊列出隊包、老化包、入隊包、丟棄包、尾部丟棄包和WRED四個優(yōu)先級丟棄包等8個統(tǒng)計項的包個數(shù)和字節(jié)數(shù)統(tǒng)計信息，且可以提供給HostCPU查詢。其中包字節(jié)和包切片的統(tǒng)計可配置選擇其中的哪一種，實現(xiàn)了在較少資源開銷下的靈活流量統(tǒng)計。Reference[