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網路通訊用IC的設計技巧(下)
 

【作者: 高士】   2008年06月17日 星期二

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REAN-CHIP QoS方塊特性

QoS方塊屬於可能實現REAN-CHIP功能特徵,亦即與軟體一樣特性的高自由度關鍵性元件。


QoS方塊根據輸入的工作資訊進行佇列選擇,再將選取的工作資訊輸入至佇列,此時會針對搜尋方塊判定成廢棄的封包進行工作資訊複製,針對WRED、釋義處理、多重播放封包的工作資訊進行複製。相關不需要的工作資訊,會將該封包的收容位置通知記憶控制部,藉此與不需要的封包資料連動。


各佇列儲存工作資訊採取先進先出(First-In First-Out;FIFO)的緩緩器,各WAN/LAN/CPU出口備妥的排程器,會選擇各佇列等待輸出的工作資訊,檢測時序之後便輸出至記憶控制部。


封包傳輸過程

有關記憶控制部被當作工作資訊輸入的封包,從DDR-SDRAM讀取封包資料時會被當作工作資訊輸入至框架產生部,框架產生部根據工作資訊進行封包資料的加工。


從WAN埠傳來的封包輸入至Ipsec方塊;從LAN埠傳來的Ipsec方塊輸入至LAN端的MAC方塊;從CPU轉送過來的封包則輸入至CPU介面。Ipsec方塊根據封包的工作資訊判定有無Ipsec處理對象,有處理對象時進行認證資料賦予、編碼處理與IPv6 ESP的包囊化,處理對象以外的場合則直接通過接著再輸入至MAC方塊,MAC方塊進行賦予CRC資料等MAC終端處理之後,將封包當作乙太網框架送訊。


圖一是搜尋方塊內部結構,即使同時連續接收WAN/LAN最短封包時,它是利用搜尋方塊對所有封包完成搜尋,搜尋方塊依照下列順序:


  • ●介面有20個進入;


  • ●NAT網路位址轉譯器(Network Address Transfer;NAT)有8個進入;


  • ●通訊埠轉換(Network Address Port Translation;NAPT)有8個進入;


  • ●分類有256個進入;


  • ●片段有16個進入。



由圖一可知,搜尋表單中有關具備256個進入的NAPT、路徑、分類,其能夠在 時脈的行程,進行2個進入的判定,再將比較電路6並聯化,作最大封包的同時搜尋,透過該結構線速率的搜索,能夠達成3Mbps封包的要求。


上述結構表單未並聯化,只需將比較電路並聯化,結構表單與比較電路全部並聯化的情況比較,可以使REAN-CHIP內建的記憶容量縮小2/3。


《圖一 搜尋方塊內部結構示意圖》
《圖一 搜尋方塊內部結構示意圖》

重要的QoS方塊功能

圖二是QoS方塊內部結構,由圖可知例外性的封包處理在硬體化電路擴大的同時,卻無法獲得大幅性能提升,因此在REAN-CHIP內將這些封包轉送到CPU進行軟體處理,此時即使是利用CPU可以處理的封包量,超過CPU處理能力的封包仍然有被轉送之虞,基於任何狀況下也要能發揮重要封包處理功能的考量,REAN-CHIP便設有CPU轉送用QoS電路。


根據設定作等級分類之外,有關被判定成異常的封包轉送至CPU,同樣能夠針對它的要因作等級分類。


《圖二 QoS方塊內部結構示意圖》
《圖二 QoS方塊內部結構示意圖》

在QoS方塊使用者根據享受的服務特性,要求能夠任意變更結構,此時利用硬體可以實現與軟體一樣具備高自由度的QoS,研究人員可開發全新的程序排程器,該程序排程器的電路具有變更複數的4輸入程序排程器組合切換電路,各4輸入程序排程器可以選擇優先佇列(Priority Queue;PQ)加權的動態排程機制(WFQ)以及輸出時的塑型,如此一來,例如PO與WFQ構成的排程、或是針對複數等級、合計頻寬的上限設定等等,可作各種應用,且由於它是利用硬體達成,不需仰賴處理量還能夠保持高精度。


表一是REAN-CHIP的封包例外處理功能一覽表;圖三是REAN-WARE的基本架構;表二是REAN-WARW的表單管理功能一覽表;圖四是REAN-CHIP的評鑑電路板的實際外觀;圖五是REAN-CHIP評鑑電路板的基本架構;圖六是REAN-CHIP的動作範例。



《表一 REAN-CHIP的封包例外處理功能一覽表》 - BigPic:903x500
《表一 REAN-CHIP的封包例外處理功能一覽表》 - BigPic:903x500
《圖三 REAN-WARE的基本架構示意圖》
《圖三 REAN-WARE的基本架構示意圖》

《表二 REAN-WARW的表單管理功能一覽表》 - BigPic:771x636
《表二 REAN-WARW的表單管理功能一覽表》 - BigPic:771x636
《圖四 REAN-CHIP的評鑑電路板實際外觀》
《圖四 REAN-CHIP的評鑑電路板實際外觀》
《圖五 REAN-CHIP評鑑電路板基本架構示意圖》
《圖五 REAN-CHIP評鑑電路板基本架構示意圖》

《圖六 REAN-CHIP的動作範例》
《圖六 REAN-CHIP的動作範例》

結語

以上介紹NWA用具備 處理能力的網路通訊用微處理器REAN-CHIP。


IP是建構網路通訊的基礎,隨著網路通訊的高速及大容量趨勢,利用不穩定的窄域頻寬,進行聲音與動態影像通訊時,IP經常受到無法負荷的問題。


尤其是面對ADSL以及FTTH等次世代新型存取網頻域的拓展,傳統配接器NWA無法充分發揮FTTH超頻寬特性。因此業者開發次世代網路通訊用ASIC REAN-CHIP,可取代大部份的CPU封包處理作業,獲得 的處理效果,加上REAN-CHIP專用硬體化的結果,使得REAN-CHIP的處理效率不但可凌駕傳統CPU,同時還能夠達成低消費電力雙重目標,一般認為未來REAN-CHIP可望逐漸取代傳統的NWA而成為市場主流。


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