基于FPGA和IP Core的定制緩沖管理的實(shí)現(xiàn)

　　在PRAM中存在兩種鏈表形式，PQ List代表已經(jīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包鏈表。為方便數(shù)據(jù)讀出，PQ List需要記錄數(shù)據(jù)包的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊地址，即首指針Pq_Hptr，為方便新的數(shù)據(jù)寫入，PQ List需要記錄數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊地址，即尾指針Pq_Tptr。PQ List同時(shí)需要記錄該鏈表的長(zhǎng)度作為調(diào)度模塊進(jìn)行調(diào)度的權(quán)值計(jì)算使用。

　　Free List代表空閑的地址隊(duì)列。為方便地辨識(shí)、管理空閑的地址，避免地址沖突，在BM中將所有空閑的地址使用一個(gè)鏈表進(jìn)行管理。這個(gè)鏈表就是空閑地址隊(duì)列?？臻e地址隊(duì)列依據(jù)系統(tǒng)需求的不同有著不同的形式，一般空閑地址隊(duì)列的構(gòu)成和PQ List相似，由空閑地址首指針Free_Hptr和空閑地址尾指針Free_Tptr構(gòu)成。BM模塊的所有操作都圍繞著空閑的地址隊(duì)列Free List進(jìn)行。

　　基于BM模塊的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，BM模塊一般分為Write CONtrol模塊、Free List control模塊、Read Control模塊、PRAM Control模塊、BRAM Control模塊。BM的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 BM結(jié)構(gòu)圖

　　Write Control模塊從Free List模塊處得到空閑地址，向BRAM Control模塊提出寫請(qǐng)求，同時(shí)更新PRAM中的內(nèi)容。Free List control模塊負(fù)責(zé)管理空閑地址列表，提供Write Control模塊的寫B(tài)RAM地址及PRAM地址，回收經(jīng)Read Control模塊讀出數(shù)據(jù)塊后釋放的地址。Read Control模塊根據(jù)調(diào)度器的調(diào)度結(jié)果，通過(guò)BRAM Control模塊讀出需要發(fā)送的數(shù)據(jù)單元，同時(shí)將釋放的緩沖單元地址寫入空閑地址列表。PRAM Control模塊為外部SSRAM的控制模塊，可直接使用參考設(shè)計(jì)完成。BRAM Control模塊為外部DRAM控制模塊，一般分為Datapath與Controler兩個(gè)子模塊。Datapath模塊專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接口部分，完成DRAM接口的DQ、DQS處理以及相應(yīng)的延時(shí)調(diào)整，Controler模塊負(fù)責(zé)完成DRAM的控制需求。

　　在BM模塊中，BRAM的帶寬與PRAM的帶寬一般為TM的瓶頸。PRAM的帶寬主要受限于訪問(wèn)的次數(shù)，而BRAM的帶寬受限于接口帶寬。例如對(duì)于一個(gè)10G的TM，BRAM的有效帶寬必須保證20G，以接口利用率最差只能達(dá)到65%計(jì)算(考慮SEG模塊切分信元出現(xiàn)的N+1問(wèn)題)，需要保證接口帶寬達(dá)到30G。使用64位的DRAM接口，接口速率不能低于500MB/s，這樣對(duì)Datapath模塊的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在實(shí)際系統(tǒng)中，BRAM主要使用DDR SDRAM、DDR II SDRAM。

　　當(dāng)使用Stratix II FPGA，BRAM使用DDR II SDRAM時(shí)，測(cè)試表明DDR II SDRAM接口速率可達(dá)到800MB/s。在常規(guī)使用的情況下，DDR II SDRAM接口速率可保證達(dá)到667MB/s。對(duì)于一個(gè)64位的DRAM接口，接口速率可達(dá)到42.7GB/s，完全可以滿足一個(gè)10G的TM系統(tǒng)。

　　BM模塊作為緩沖管理模塊，緩沖的基本單元為BCELL，基于對(duì)BCELL的管理，對(duì)于BM的操作都牽涉到空閑地址隊(duì)列的操作以及鏈表的操作。最基本的操作就是寫入操作和讀出操作。BM模塊的寫入操作由Write Control模塊發(fā)起。

　　對(duì)于Write Control模塊，有數(shù)據(jù)單元需要寫入，首先向Free List模塊申請(qǐng)空閑地址，F(xiàn)ree List將首指針a給Write Control模塊，作為該數(shù)據(jù)塊的寫地址，同時(shí)讀出首指針a對(duì)應(yīng)在PRAM中的內(nèi)容，得到下一跳地址b，將下一跳地址b作為新的空閑地址首指針。