[发明专利]一种基于Linux系统的LTE基站用户面高效UDP数据发送优化方法

摘要

本发明提出了一种基于Linux系统的LTE基站用户面UDP数据发送优化方法，其目的是在基站用户面上行数据处理过程中，减少系统调用，硬件资源调度以及拷贝。本发明利用硬件资源批量申请方式减少硬件资源调度，利用内核空间‑用户空间内存映射技术避免内存拷贝、socket中间层调用，IP协议栈处理，利用环形缓冲队列技术减少系统调用，从而显著的提高基站用户面上行数据处理的性能。

主权项

一种基于Linux系统的LTE基站用户面UDP数据发送优化方法，其特征在于：通过利用网卡硬件资源批量申请方式减少网卡硬件资源调度，利用内核空间‑用户空间内存映射技术避免内存拷贝、socket中间层处理、IP协议栈处理，利用环形缓冲队列技术减少系统调用，从而提高基站用户面UDP数据发送的性能；包括初始化过程和数据发送过程两部分内容，具体步骤如下：初始化过程包括以下子步骤，步骤1.1，linux内核初始化时，预留一块物理上连续的内存，将内存块切分为1024个大小相等，2112字节的格子，以满足以太网标准MTU要求，将每个格子的物理地址和大小通知给数据加速DPAA模块的缓冲区管理BMAN单元；步骤1.2，在用户态发包程序和linux内核之间建立一个环形缓冲中间层，在环形缓冲层初始化时，预留一块物理上连续的内存，将内存块切分为256个大小相等的格子，用来存储UDP数据包的地址偏移和长度，预留内存的头结构中再保存控制环形缓冲层的读写指针，完成用户态发包程序和内核之间的同步，环形缓冲区的大小定义为256块；步骤1.3，向linux内核数据加速DPAA模块批量申请256个BMAN单元，将已经申请的BMAN资源用于存储数据包的偏移存储到环形缓冲区的256个节点上，能通过环形缓冲区节点找到BMAN硬件资源存放数据包的偏移地址；步骤1.4，用户态发包程序初始化时，将步骤1.1和步骤1.2中分配的内核内存，映射到用户空间；步骤1.5，创建内核态的UDP发送线程，并初始化为睡眠状态；数据发送过程包括以下子步骤，步骤2.1，用户态发包程序收到一个UDP待发数据时通过映射到用户空间的环形缓冲层的写指针找到可写的环形缓冲节点，将UDP payload信息、IP头信息和MAC头信息按照IP数据包的格式填充到对应的BMAN节点空间，并将写指针指向下一个缓冲节点；步骤2.2，用户态程序填充完IP数据包后，根据内核的UDP发送线程状态来决定是否调用ioctl去唤醒内核的UDP发送线程，如果发送线程已经处于running状态，就无需系统调用去唤醒发送线程；步骤2.3，UDP发送线程被唤醒后，设置发送线程的当前状态为running，检查环形缓冲区内是否有数据包缓存，如果存在数据包被缓存，就调用硬件层接口将数据包发送出去；然后设置线程当前状态为sleep，并马上进入休眠状态；步骤2.4，硬件层接口收到此数据包后，由于数据包已经存储到BMAN硬件资源所对应的buffer中，无需拷贝，直接放到队列管理QMAN模块中发送出去，发送完成后，再次向内核数据加速DPAA模块批量申请8个BMAN buf，填充到刚刚发送完成的唤醒缓冲节点中。