【導讀】Intel網(wǎng)絡處理器概述。包括網(wǎng)絡處理器硬件及軟件體系結(jié)構(gòu)。編程接口和互連機制，但沒有給出細節(jié)。IXA的三個重要組成部分：。在其它功能單元的支持下執(zhí)行快路徑上的操作。XScaleCore：Intel網(wǎng)絡處理器的高層控制和管理單元，負責。控制面及異常包處理，運行嵌入式實時操作系統(tǒng)。IXA可移植框架：為基于Intel網(wǎng)絡處理器的軟件開發(fā)提供應用編。使用多個可并行操作的微引擎，通過增加微引擎的數(shù)目、提高微。與各種外部連接的接口。多服務接入平臺等。IXP2800：16個微引擎，主要面向邊緣網(wǎng)和核心網(wǎng)應用，可用于骨干網(wǎng)。的路由與交換、無線設備、10Gbps的企業(yè)交換和路由等。IXP2850：在IXP2800的基礎上增加了加密單元，可達到10Gb/s的加。一個IXP網(wǎng)絡處理器是一塊獨立的芯片，包含一組復雜的可編程及不。1條或多條DRAM總線。引入命令總線仲裁器對各主控單元發(fā)出的命令進行排隊判優(yōu)，保。證指令的優(yōu)先級，避免指令的沖突和擁塞。引擎被進一步分成兩個簇，每個簇使用獨立的SRAM數(shù)據(jù)總線，

　　

【正文】 據(jù)包的第一個 mpacket， RX為該數(shù)據(jù)包分配一個 DRAM緩沖器。 ? 當一個完整的數(shù)據(jù)包被放入緩沖器后， RX將緩沖器的地址傳遞給流水線中的下一個微塊。 ? 輸出微塊（ TX）負責將分組從內(nèi)存發(fā)送到物理輸出端口，并回收相應的 DRAM緩沖器： ? TX將分組劃分成一系列 mpacket，將每個 mpacket從內(nèi)存拷貝到 MSF的 TBUF中。 ? 釋放 DRAM緩沖器。 ? 一個 RX或 TX微塊可以處理多個物理接口，這時 RX或 TX必須從分組流中區(qū)分出對應各個物理接口的包，可以將 RX或 TX所在微引擎的 8個線程在分組流之間劃分。 包緩沖器機制 ? Intel SDK軟件提供了一種包緩沖器機制，一般情況下可獲得較好的性能。 ? 包緩沖器機制從 DRAM的一個較大的連續(xù)地址空間中分配一組固定大?。ǖ湫椭禐?2048字節(jié)）的緩沖器，每個緩沖器用來存放一個包。 ? 包并不總是從緩沖器的開頭放起，而是在包的前面隨機加上一段長度為0、 128字節(jié)、 256字節(jié)或 384字節(jié)的填充字節(jié)，以提高整體的吞吐量。 ? 隨機填充的原因： ? DRAM被組織成 4個 bank，每個 bank的寬度為 128字節(jié)； DRAM控制器提供 4條并行的數(shù)據(jù)通路，當每個處理器訪問一個不同的 bank時，訪存可以并行執(zhí)行。 ? 隨機填充可將包頭分布到 4個 bank中。 緩沖器隊列與緩沖器分配 ? 如何管理空閑的包緩沖器： ? 空閑包緩沖器的信息存放在什么地方？ ? 如何最小化包緩沖器分配和回收的開銷？ ? IXP2xxx依靠硬件支持實現(xiàn)高速處理： ? 在 SRAM中使用一個單鏈表（ FIFO隊列）管理空閑包緩沖器，鏈表中的一個元素對應 DRAM中的一個空閑緩沖器。 ? 利用 SRAM控制器硬件（ QArray）實現(xiàn) FIFO操作。 緩沖器隊列與緩沖器分配（續(xù)） ? 舉例： ? 欲從 DRAM的地址 B開始分配 32個連續(xù)的包緩沖器； ? 軟件在 SRAM中分配一個具有 32個連續(xù)元素的隊列（空閑緩沖器鏈表），鏈表的起始位置為 F； ? 若出隊操作返回一個鏈表元素的地址為 A，那么 DRAM中對應的緩沖器地址為： 預先計算以下兩個值： DL_DS_RATIO = buffer size / free list element size DL_REL_BASE = B – F DL_DS_RATIO 緩沖器地址為： buffer address = A DL_DS_RATIO + DL_REL_BASE 若 DL_DS_RATIO為 2的冪次 ， 則乘法可以用移位代替 。 緩沖器句柄 ? 由于空閑鏈表單元地址與 DRAM中的緩沖器地址一一對應，因此空閑鏈表單元地址就被用來標識緩沖器。 ? 軟件總是使用空閑鏈表單元地址來標識緩沖器，并只在需要時轉(zhuǎn)換成對應的 DRAM地址。 ? Intel使用 緩沖器句柄 來表示對應了一個空閑鏈表單元的 SRAM地址。為傳輸一個包，微塊將包的緩沖器句柄傳遞給另一個微塊。 ? 緩沖器句柄由 4個字節(jié)組成， 3個字節(jié)的 SRAM地址以及 1個字節(jié)的附加信息（緩沖器中是否包含了包的開頭或結(jié)尾，一個包使用的緩沖器個數(shù)）。 ? 將一個緩沖器句柄插入空閑鏈表意味著相應的包緩沖器被釋放，因而丟棄數(shù)據(jù)包是一個開銷很小的操作。 包轉(zhuǎn)發(fā)和存儲器環(huán) ? IXP2xxx使用存儲器環(huán)支持處理器之間的通信： ? 存儲器環(huán)提供一種基本的生產(chǎn)者 消費者機制。 ? 存儲器控制器實現(xiàn)對環(huán)的互斥操作（插入和刪除）原語。 ? 使用存儲器環(huán)的優(yōu)點： ? 插入和刪除操作很快，開銷不比常規(guī)的存儲器操作大很多 ? 免去了程序員解決互斥訪問的責任 ? Scratchpad和 SRAM中都存在環(huán)，但 Scratch ring的操作更快。因此，建議使用 Scratch ring作為處理器之間傳遞數(shù)據(jù)包的機制， SRAM ring用于對操作速度要求不高的通信場合或別的用途。 ? 典型地，在流水線的每一對相鄰級之間以及微引擎和 XScale Core之間都存在一個 Scratch ring。 Scratch ring 用 Scratch ring連接流水線級以及微引擎和 XScale Core 隊列數(shù)組（ QArray） ? IXP2xxx使用 QArray硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對鏈表和環(huán)緩沖器的自動快速操作： ? QArray位于 SRAM控制器中，每個入口包含一個隊列（環(huán)）描述符，能自動快速完成隊列（環(huán)）的入隊和出隊操作。 ? 每個 QArray只包含 64個入口，只能將最常使用的隊列（環(huán)）入口放置在 QArray中，其它入口保存在 SRAM中，需要時換入。 ? QArray常用于緩存以下 3種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： ? 長期駐留的隊列描述符：如空閑緩沖器鏈表、丟包隊列等。 ? 長期駐留的環(huán)緩沖器描述符：也是包處理過程中經(jīng)常要用到的。 ? 緩存的隊列描述符：隊列描述符本身緩存在 QArray中，但它們在QArray中的位置及狀態(tài)緩存在 CAM中。 對緩存的隊列描述符進行操作 ? 當需要使用隊列描述符時，微引擎先進行 CAM查找。 ? 若查找成功，微引擎利用返回的隊列描述符位置，直接對緩存的隊列描述符進行操作。 ? 若查找失敗，表明隊列描述符尚示緩存在 QArray中，微引擎利用返回的 LRU，命令 SRAM將該 LRU寫回外部存儲器，然后讀入所需的隊列描述符，緩存在 QArray中，對其進行操作，修改后的隊列描述符仍緩存在 QArray中 。 主要內(nèi)容 ? Intel網(wǎng)絡處理器概述 ? XScale核 ? 微引擎 ? 其它功能單元 ? 編程模型 ? 參考設計 POS應用的硬件配置 POS： Packet over SONET/SDH或稱 PPP over SONET/SDH，指使用 PPP封 裝將 IP數(shù)據(jù)報映射到 SONET/SDH幀上。 POS IPv4轉(zhuǎn)發(fā)的軟件組件 X1 X4 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X？ Packet RX ? 將從媒體接口收到的 mpacket重組，將重組后的包傳給流水線的下一級： ? 判斷 mpacket是否為包的第一個或最后一個 mpacket，通過將屬于同一個包的所有mpacket依次存放在 DRAM緩沖器中得到完整的包； ? 將包緩沖器句柄及包的元數(shù)據(jù)（偏移量、大小等）通過微引擎 微引擎 Scratch ring傳遞給下一級。 ? 使用微引擎中的全部 8個線程，每個線程一次處理一個 mpacket。 ? 為保持包的順序，線程嚴格按順序執(zhí)行。 ? 最多支持 16個虛擬端口，所有這些端口的重組上下文保存在本地存儲器。 ? 數(shù)據(jù)包從 Packet RX被傳遞給一個應用特定的系統(tǒng)微塊 DL_Sink[]。 PPP解封裝和分類 ? DL_Source[]從 scratch ring取出包緩沖器句柄，讀入包元信息，從 DRAM中將32個字節(jié)的包頭讀入到由傳輸寄存器維護的 header cache中。 ? 線程嚴格按順序從 scratch ring中讀數(shù)據(jù)包，并發(fā)信號通知下一個線程接收。 ? PPP解封裝 /分類微塊通過更新數(shù)據(jù)包元信息中的偏移量和大小從數(shù)據(jù)包中去掉 PPP頭。 ? 根據(jù) PPP頭將數(shù)據(jù)包分成 IPv IPv6或 PPP控制包（ LCP、 IPCP等）。 ? 如果數(shù)據(jù)包是一個 PPP控制包或 IPv6包，該包被標記為 IX_EXCEPTION，否則沿流水線往下傳。 IPv4轉(zhuǎn)發(fā) ? 按照 RFC 1812檢查 IP頭的有效性，若 IP頭無效，將數(shù)據(jù)包標記為 IX_DROP；否則 ? 對目的 IP地址執(zhí)行最長前綴匹配查找，查找結(jié)果為一個下一跳 ID、一個交換結(jié)構(gòu)blade ID和一個輸出端口，這三個域保存在包元數(shù)據(jù)中；若沒有找到匹配項或其它情形，數(shù)據(jù)包被標記為 IX_EXCEPTION。 ? 系統(tǒng)微塊 DL_QM_Sink[]檢查包是否要丟棄或發(fā)給 XScale Core，如果不是，DL_QM_Sink[]通過一個 scratch ring向隊列管理器 QM發(fā)送一個入隊請求，并將緩存的包頭寫入 DRAM，將包的元信息寫入 SRAM。 基于 Cell的隊列管理器（ Cell QM） ? 負責對發(fā)送隊列執(zhí)行入隊和出隊操作，發(fā)送隊列用硬件 SRAM鏈表實現(xiàn)。 ? 通過 scratch ring接收功能流水線的入隊請求（以包為單位），接收 CSIX調(diào)度器的離隊請求（以 cell）為單位。 ? 每當隊列狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移， QM通過鄰居環(huán)向 CSIX調(diào)度器發(fā)送一個消息。 ? 在每一次離隊操作后， QM通過一個 scratch ring向 CSIX TX微塊發(fā)送一個傳輸請求（每次傳輸一個 cell）。 ? QM上的線程利用本地線程間信令機制嚴格按順序執(zhí)行。 CSIX調(diào)度器 ? 調(diào)度將要發(fā)送給 CSIX交換結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包，對交換結(jié)構(gòu)端口采用round robin，對同一端口上的各隊列采用加權(quán) round robin。 ? 調(diào)度和發(fā)送均以 cframe為單位進行： ? 接收從交換結(jié)構(gòu)來的流控消息（控制到每一個輸出 IXP2400的流量） ? 接收來自 QM的隊列狀態(tài)轉(zhuǎn)移消息 ? 檢查 TX流水線中的 cframe長度是否在門限內(nèi) ? 確定一個要調(diào)度的隊列（ Round Robin） ? 向 QM發(fā)送一個離隊消息 CSIX TX ? 從 QM接收發(fā)送請求消息，每接收一個發(fā)送請求就將一個 cframe移入一個 TBUF： ? 數(shù)據(jù)包的分片狀態(tài)以及包的元數(shù)據(jù)被緩存在本地存儲器中并用 CAM進行查找； ? 在每個 cframe前加上 CSIX頭和 TM（流量管理）頭； ? 數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后，釋放相應的緩沖器。 ? 使用折疊技術(shù)嚴格按順序執(zhí)行。 CSIX RX ? 從 CSIX交換結(jié)構(gòu)接收 cframe，并將它們重組成 IP包。 ? 支持高達 64K個 VOQ（ Virtual Output Queue），這意味著重組上下文存放在SRAM中，折疊技術(shù)用來優(yōu)化上下文的讀 修改 寫。 ? 本地存儲器中緩存了 16個上下文， CAM被用來查找上下文。輸入 blade ID和 QoS類被用來唯一地標識一個上下文，并用作查找 CAM的關(guān)鍵字。 ? 包重組結(jié)束后，建立包的元信息，并將元信息傳遞給流水線的下一級。 PPP封裝 ? 根據(jù)包的元數(shù)據(jù)中的下一跳 ID，將一個 PPP頭加到數(shù)據(jù)包上，并將數(shù)據(jù)包傳遞到流水線的下一級。 ? 如果一跳 ID被設置為一個非法的值（ 1），那么該微塊假設 PPP頭已經(jīng)加上了，只是將包傳遞到下一級。 基于包的隊列管理器 ? 和基于 cell的隊列管理器基本相同，只是對包而不是對cframe進行操作。 ? 對于調(diào)度器的每個離隊請求，返回一個離隊響應消息，消息中包含調(diào)度器實現(xiàn) DRR算法所需要的包長度。 包調(diào)度器 ? 調(diào)度將要從 POS接口上發(fā)送的 POS分組 。 ? 在不同端口間采用 WRR算法，在同一端口的不同隊列間采用 DRR算法。 ? 調(diào)度器利用 Packet TX微塊的反饋信息監(jiān)視每個端口上已調(diào)度但尚未發(fā)送的包的數(shù)量。如果數(shù)量超過一個預定的值，調(diào)度器停止調(diào)度該端口。 Packet TX ? 通過媒體接口發(fā)送數(shù)據(jù)包： ? 將數(shù)據(jù)包分割成 mpacket，并將 mpacket移入 TBUF。 ? 最多支持 16個虛擬端口，發(fā)送上下文保存在本地存儲器。 ? 監(jiān)視 MSF中對應每個端口的 TBUF利用率是否超出了一個門限，若是則停止向那個端口發(fā)送，所有向該端口發(fā)送數(shù)據(jù)包的請求在本地存儲器中排隊。 ? 定期向調(diào)度器反饋已發(fā)送了多少數(shù)據(jù)包。 ? 支持 SPHY 1 32（一個 OC48端口）、 MPHY4（四個 OC12端口）和MPHY16（最多 16個虛擬端口）三種配置。 ? 對前兩種配置，微塊運行在一個微引擎上；對于 MPHY16模式，微塊運行在兩個微引擎上。