通过FPGA内部编程实现轮询调度的设计

通过FPGA内部编程实现轮询调度的设计

1、 引言

针对多路报文在送往转发单元时的公平性和稳定性需求，以及SDH芯片S19202的特点，提出了输入报文合路采用分片轮询（Cell Round Robin Scheduling;CRR）和改进的欠账式轮询调度（Defect Round Robin Scheduling;DRR）相结合的调度策略。这种调度策略保证了4路POS接口之间的公平性和整包处理的稳定性，并且在工程上易于实现。本文第2节详细阐述了该调度策略的设计与实现过程，第3节对全文进行了总结。

2、 轮询调度的设计与实现

在4X2.5G线路接口卡的设计中，采用了AMCC公司的SDH处理芯片S19202进行链路层数据处理，该芯片的特点是4个接口共享同一组接收总线和同一组发送总线，另外提供通道选择信号来指示当前工作的线路接口号，其输入端每个接口的缓存大小最大只有1k字节，根本不足以缓存一个长的整包（最长包可达到1500字节）。

图1 输入合路模块中的轮询调度策略

输入合路模块中联合调度策略的原理如图1所示，对SDH芯片S19202送出的4路数据进行分片逐个轮询，并缓存进相应通道的整包接收FIFO，相应通道若没有数据则轮空，转入下一通道；整包轮询合路调度则逐个轮询4个整包FIFO，若该FIFO有整包，则在每一轮询周期发送一个整包，否则轮空。

在该联合调度策略中，分片轮询调度比较容易实现，仅需在FPGA实现的最前端设计一个轮询机，利用SDH芯片S19202提供的通道指示信号（在FPGA设计用SRX_CHANNEL表示）对每个通道进行固定的轮询访问，有数据则存入相应的通道整包接收FIFO即可。而整包调度是使每个通道得到服务的公平性和稳定性的关键，它直接决定着接收服务的通道所得到的服务带宽、时延以及时延抖动等性能指标，因此本文把研究重点放在了整包调度的设计与实现上。

但是，DDR算法直接用于高密度线卡设计中会有一定的问题。首先，DRR算法是针对集成服务网络中不同业务需求而提出的，在一般应用中由于队列数较多，所以需要减小队列数，而在我们的设计中只有4个队列，所以不需要减小队列数；其次，在线卡设计中合路报文的包长无法直接给出，如果一定要加上包长则需用多加一级缓存，这就增大了设计复杂度也提高了成本；同样由于经典DDR算法严格要求储蓄计数器值大于队头包长才输出，这种不允许带宽透支只允许盈余的要求会导致出现有包但是无法输出的现象。

根据4X2.5G线路接口的实际情况和DDR算法的思想，我们可以给出如下适合高密度POS接口使用的改进式欠账式循环调度策略：

1） 逐包轮询；

采用这种改进的DRR算法下，可以保证在变长包的情况下，各个接口的整包缓存队列在报文合路时公平的带宽，确保合路调度的稳定运行。

调度机轮询到某个队列时，为该队列的储蓄计数器加上40；然后判断该队列是否为空，如果为空，则马上转向下一个队列；如果非空，则判断当前该队列是否有整包，如果当前该队列无整包，则转到下一个队列；否则，如果该队列目前有整包则输出该队列的队头包到合路队列，同时该路的储蓄计数器的值要减去输出报文的长度；然后重复上述过程，直到该队列无整包或者队列的储蓄计数器的值小于40时跳转到下一队列服务，其详细工作流程如图2 所示：

图2 改进的DRR合路调度流程图

图3 DRR合路调度单元仿真波形图

仿真结果显示这种采用分片轮询和欠账轮询的结合的合路调度策略设计可以达到性能需求，确保变长分组合路调度的公平性和稳定性。

3、 结束语

根据SDH芯片的S19202的特点和性能要求，通过在FPGA内部编程实现分片轮询和改进式欠账轮询结合的调度策略，保证了4X2.5G线路接口卡输入端各个接口合路的公平性和稳定性。经测试该设计性能稳定，整个工作流程简单实用，符合设计要求。

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