一種以太網交換芯片的流量統計系統設計

【Summary】本論文實現了一種用于流量統計的設計，提供對以太網交換芯片或網絡處理器中的隊列所發生事件進行統計。統計信息可以提供給HostCPU查詢。對接收報文的出隊、入隊、丟棄、老化等信息進行相應的統計。支持同時進行包個數統計和包字節（或包切片）統計，提供不小于15min的有效統計能力，同時支持CPU讀清。以太網中統計信息種類多，綜合考慮存儲資源和統計覆蓋率的基礎上，分隊列組和單隊列進行統計。【Keys】流量統計；隊列；入隊；出隊一、模塊功能說明流量統計系統主要由兩大模塊組成，分別為隊列統計模塊和寄存器管理模塊。其中隊列統計模塊負責完成隊列信息的統計，包含統計信息預處理子模塊、統計計數子模塊和存儲統計子模塊。初始化完成后從隊列管理系統接收報文的出隊、入隊、丟棄、老化等信息進行相應的統計。從寄存器管理于模塊接收到CPU讀統計信息后，隊列統計模塊從相應統計項中讀出統計信息送回寄存器管理模塊。統計信息預處理子模塊根據寄存器管理模塊配置的分隊列統計映射表RAM的內容，對隊列進行篩選，產生分隊列統計的有效信息和地址信息，產生的地址信息送入分隊列統計計數子模塊。對于隊列組的統計，產生相應的地址信息送入隊列組統計計數子模塊，同時上報寄存器管理模塊其統計操作狀態，正在實行統計操作時，寄存器管理模塊將保留CPU讀命令，因為統計操作嚴格優先于讀統計值操作。統計信息預處理子模塊內部包含一個初始化子模塊，在系統上電時，產生初始化有效和初始化地址信號，對分隊列統計映射表SRAM相應地址寫0，完成后產生初始化完成信號。統計計數子模塊主要解決讀寫存儲器時存在的讀寫沖突處理、統計操作和讀統計操作。此模塊接口對應的外部存儲器為高密度SRAM，此模塊可實現出隊側和入隊側統計，此模塊支持包個數和字節數（包切片數）統計。存儲統計子模塊存儲隊列組和隊列的所有的統計信息的統計值，每種統計項都支持包個數和包字節（或包切片）統計，接收統計子模塊的讀寫數據。內部包含一個初始化子模塊，在系統上電時，產生初始化有效和初始化地址信號，對存儲統計子模塊中的所有存儲器相應地址與0，完成時產生初始化完成信號。根據隊列管理子系統的入隊側和出隊側相應的報文信息按隊列組和單隊列進行相應處理。報文信息經過統計信息預處理模塊處理后，得到報文信息的隊列組地址、單隊列統計地址及單隊列統計使能信息。產生入隊側和出隊側的報文信息啟動相應的統計計數子模塊進行統計。寄存器管理模塊負責對隊列統計模塊進行配置和控制，同時向隊列統計模塊提供CPU讀、寫信息并接收讀返回信息。寄存器管理模塊接收配置管理子罪統的配置信息對隊列統計模塊進行配置，包含中斷屏蔽等信息，內部存儲器初始化完成后返回初始化完成信息。接收配置管理子系統的地址信息，對地址進行譯碼產生相應統計值的地址，在無統計操作時讀出統計信息。除此以外，寄存器管理模塊還向配置管理子系統提供流量統計子系統內部產生的各種中斷。流量統計子系統可選擇的統計信息如表3-1所列，以統計對象為基礎分類。M個隊列分為n個隊列組(m/k=n；連續的k個隊列為一個隊列組），m隊列中可任選k個隊列進行統計，隊列組和單隊列統計支持統計信息表里的所有統計，統計包個數的同時統計字節數（或包切片數）。統計對象對象I/O統計項統計范圍包統計字節統計隊列出隊側出隊包所有隊列必選必選老化包必選必選入隊側入隊包必選必選丟棄包尾部丟棄必選必選WRED丟棄優先級0必選必選優先級1必選必選優先級2必選必選優先級3必選必選表1統計信息表二、模塊介紹（一）統計信息預處理子模塊本子模塊接收隊列管理子系統的入隊、入隊丟棄、出隊、出隊丟棄等信息，產生相應統計信息送入分隊列的統計計數子模塊和隊列組的統計計數子模塊。隊列管理子系統送入本模塊的主要信號有：入隊丟棄指示、入隊丟棄類型、入隊丟棄優先級、入隊隊列號、入隊包長、出隊老化標志、出隊包尾標記、出隊隊列號、出隊包長。在入隊側，如果入隊丟棄指示無效，說明為入隊包，否則是丟棄包。在出隊側，如果老化標志無效，說明是出隊包，否則是老化包。分隊列的統計根據輸入的隊列號，查詢分隊列統計映射表RAM篩選出有效隊列，統計有效隊列8個統計項的包個數和字節數。判斷有效隊列的條件是：根據輸入隊列號查詢分隊列統計映射表RAM的讀出內容最高位有效標記為1。（二）統計計數子模塊數據流統計計數子模塊主要對存儲器讀與數據可能產生的沖突進行處理，實行統計操作并在尤統計操作時讀出統計值。對統計存儲了模塊中讀出的數據寄存一級，經過統計運算后，再次寄存后與入對應地址的統計存儲子模塊中。統計計數子模塊主要包含如下功能塊：讀寫地址／讀寫使能產生功能塊此功能塊主要進行輸入地址與緩存的讀寫地址進行比較，產生地址沖突指示信號，用于控制包／包長信息產生和CPU讀信息的產生，同時此功能塊產生相應地址的讀寫使能信號。包／包長信息產生功能塊此功能塊根據沖突指示信號對統計的包個數或包長進行延遲緩存處理。CPU讀信息產生功能塊此功能塊根據沖突指示信號對寄存器管理模塊輸入的CPU的讀有效和讀統計類型進行延遲緩存處理。統計處理功能塊此功能塊根據接收的包個數或包長統計信息和CPU讀信息，對存儲器中讀出的統計值進行相應的加法操作。CPU讀統計輸出功能塊本功能塊根據接收的CPU讀信息、存儲器讀出的統計值信息讀出相應地址的統計值并輸出。統計計數子模塊的功能框圖如圖3所示。圖1統計計數子模塊的功能框圖讀寫地址／讀寫使能產生功能塊讀寫地址／讀寫使能產生功能塊主要分為三個部分：讀寫地址比較、讀寫使能產生和沖突控制（統計讀沖突控制信號）。讀寫比較實現輸入的讀地址與先前緩存的讀寫地址比較,地址相等指示信號主要控制讀寫使能的產生、讀清／讀類型信號、包個數／包字節數統計類型的傳遞。讀寫使能產生根據統計讀及沖突產生的沖突指示信號產生存儲器的讀寫使能信號,主要指示相應讀寫地址是否有效。沖突控制主要產生沖突控制信號,控制外部功能塊相關信息的產生和傳遞,讀清／讀類型的控制信號和包個數／包字節數／統計控制產生。（三）存儲統計子模塊數據流基于隊列的統計采用一片512x98、片16384x92、一片40960x92及一片1280x98共四片內部SRAM構成整個隊列統計存儲空間。一片40960x92用于存儲分隊列統計入隊側的項統計內容、一片16384x92用于存儲分隊列統計出隊側的2項統計內容、一片1280x98用于存儲隊列組統計入隊側的5項統計內容、一片512x98用于存儲隊列組統計出隊側的2項統計內容。（四）寄存器管理模塊數據流寄存器管理子模塊主要負責對隊列統計子模塊模塊進行配置與控制，同時提供讀信息讀出隊列統計子模塊中的統計值，供CPU查詢。寄存器管理子模塊主要包含讀統計命令產生、讀寫配置寄存器、CPU讀清功能和統計輸出功能塊。結束語流量統計在以太網交換芯片或網絡處理器中是一個必要功能，其所統計對象的種類豐富程度、隊列數和支持統計的時間長度等，對網絡流量監控和管理起著重要的作用。本設計支持統計有效隊列出隊包、老化包、入隊包、丟棄包、尾部丟棄包和WRED四個優先級丟棄包等8個統計項的包個數和字節數統計信息，且可以提供給HostCPU查詢。其中包字節和包切片的統計可配置選擇其中的哪一種，實現了在較少資源開銷下的靈活流量統計。Reference[