[发明专利]一种基于交叉开关结构的片上互联方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交叉开关结构的片上互联方法，属于计算技术领域。

背景技术

网络处理器作为面向网络应用领域的应用特定指令处理器，是面向数据分组处理的专用设备，应用于特定通信领域的各种任务，比如包处理、协议分析、声音/数据的汇聚、路由查找、防火墙、QoS(Quality of Service，即：服务质量)等。例如以网络处理器为核心的交换机和路由器等网络设备被设计成以包的形式在高速率下转发网络通信量。处理网络通信量的一个最重要的考虑是包吞吐量。为了处理包，网络处理器需要分析发往本设备的数据报文中的包报头信息，提取包目的地，服务分类等信息，确定数据报文的下一跳目的地址，修改数据报文并发往相应网络端口。

现代网络处理器一般由多个多线程包处理单元(通常称为PPE)、通用处理器、静态随机存取存储器(SRAM)控制器、动态随机存取存储器(SDRAM)控制器、加解密鉴权单元、数据流接口单元构成。多线程包处理单元和通用处理器(通常统一称作处理元件)作为包处理动作的发起者，执行大量存取操作来访问系统内的多种共享资源；静态随机存取存储器控制器、动态随机存取存储器控制器、加解密鉴权单元、数据流接口单元作为包数据处理具体实施者可被任一包处理单元访问，是网络处理中典型的共享资源。在包处理期间，包处理单元以及比如通用处理器的其它可选择的处理元件通过总线共享访问多种系统资源。因此必须提供一套高性能的系统互联总线，以提供芯片上的大量处理元件以及芯片上大量共享资源之间的片上数据传输基础结构。

传统的网络处理器系统互联采用共享总线的结构，共享总线一般采用多路复用技术。多种处理元件被耦合到一组共享总线上通过争用总线访问被耦合到总线上的多个资源目标，不同处理元件一般具有不同的总线访问优先级权限，总线仲裁器根据访问优先级由高到低对处理元件依次授权。图1提供了一个传统的共享总线体系结构示意图。该体系结构包含有多个包处理元件102，以及多种共享资源，包括SRAM单元112、DRAM单元114、加解密鉴权单元116和数据流接口118。这些处理单元全部被耦合到一组系统共享总线上，如图1所示命令及数据总线120。此外，系统中还包括一个负责调度各处理单元争用共享总线的全局仲裁器110。系统内处理元件与资源目标之间通过共享总线进行通信，一般分为以下几个步骤：

步骤一：处理元件首先向全局仲裁器申请总线占有权。

步骤二：如果总线处于空闲状态，全局仲裁器监测当前总线的申请请求，并对具有最高优先级的总线申请请求发起者进行授权。如果总线正在传输数据，则仲裁器等待当前通信结束后再对总线申请请求进行仲裁。

步骤三：处理元件获得总线授权后开始占用总线与目标单元进行通信。

步骤四：通信结束后释放总线，仲裁器再次监测当前总线的申请请求进行授权。

共享总线互联方式的特点是系统仅包含一组共享总线，其好处是结构紧凑，节省布线资源。然而这种共享总线的结构在任一时间节点上仅允许单独的一组数据在总线上传输，因此限制了处理元件与共享资源之间的通信带宽。此外，在多个处理元件同时请求使用总线时，由于上述原因在该时间节点上仅有一个处理元件可被授权，因此会引入总线访问的争用问题，处理元件发起的通信请求由于优先级较低可能长时间得不到授权从而使该处理元件长时间处于停滞状态，从而影响系统包处理速率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种交叉开关(crossbar switch)结构与分布式总线互连相结合的片上互联方案，通过在处理元件与共享资源间提供多组并行总线以提高数据交互的并行性，解决因共享总线所带来的通信带宽瓶颈问题，从而提高网络处理器系统包处理速率。

为了实现上述目的，本发明的互联方案包括：

本发明将包处理单元作为主控端(master)，是包处理事务的发起者；静态随机存储器控制器、动态随机存储器控制器、加解密鉴权单元、数据流接口单元是数据处理的具体实施者，作为系统共享资源可被任一主控端访问。

本发明为网络处理器系统互联提供命令总线与数据总线分离的技术，提高总线交易执行的并行性。将包处理事务的发起与执行分离，包处理单元不必监测事务执行的细节，仅专注于数据的分组与转发；包处理单元发起事务可根据系统需要转而执行其它事务，而不必一直等待上一事务的完成。