用網(wǎng)絡(luò)處理器建立通信系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間:2007/8/24 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):401
使用網(wǎng)絡(luò)處理器來(lái)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，和設(shè)計(jì)時(shí)所采用的設(shè)計(jì)方法，與傳統(tǒng)的方法相比都很不相同。影響最大的是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員的注意力將從硬件線路和通信協(xié)議的細(xì)節(jié)的考慮中，轉(zhuǎn)向軟件、服務(wù)以及最終用戶的技術(shù)要求方面。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)將是以軟件為中心，以通信服務(wù)為中心，和以最終用戶的技術(shù)要求為注意的集中點(diǎn)。設(shè)計(jì)公司將一改過(guò)去集中注意于硬件設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)，轉(zhuǎn)而將注意力集中于用戶所需要的服務(wù)方面，并考慮如何使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶所需要的服務(wù)。
這些變化與進(jìn)展在相當(dāng)大程度上應(yīng)該歸功于網(wǎng)絡(luò)處理單元（NPU, network processing unit）的推動(dòng)。在這種情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員如果對(duì)于網(wǎng)絡(luò)處理器能夠運(yùn)用自如，那么就可以充分了解網(wǎng)絡(luò)處理器的作用，并且能夠感覺(jué)到，與使用網(wǎng)絡(luò)處理器隨之而來(lái)的潛在自由空間。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員也才有可能最大限度地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)處理器的潛能。
附圖是系統(tǒng)原理圖，它顯示出網(wǎng)絡(luò)處理器在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所處的重要位置。NPU一般位于物理層（MAC或幀調(diào)節(jié)器）線路和交換結(jié)構(gòu)之間。在圖中并串行/串并行轉(zhuǎn)換器(SERDES)在NPU和交換結(jié)構(gòu)造之間起接口作用。
NPU的運(yùn)行速度有待提高
表1給出了在不同的數(shù)據(jù)傳輸速率條件下，網(wǎng)絡(luò)處理器處理一個(gè)40字節(jié)的分組（最小的通信分組）所需要的時(shí)間。例如，在數(shù)據(jù)傳輸速率為1G位/秒時(shí)，網(wǎng)絡(luò)處理器可以有360 ns 的時(shí)間來(lái)處理此分組。在這段時(shí)間內(nèi)，NPU必須對(duì)分組進(jìn)行檢查，語(yǔ)法分析，以及必要的編輯和查表（有時(shí)對(duì)于分組的內(nèi)容需要按照不同的策略采取不同的處理措施，有的繼續(xù)向前傳送，有的要送去排隊(duì)，有的需要作標(biāo)記；一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于一個(gè)分組可能要進(jìn)行2到3種數(shù)據(jù)庫(kù)的查表處理）。對(duì)于即使是比較低的傳輸速率1G位/秒，網(wǎng)絡(luò)處理器也只有360 ns 來(lái)完成上述作業(yè)；如果傳輸速率為100G位/秒，對(duì)于每個(gè)分組就只有3.6 ns 的時(shí)間來(lái)進(jìn)行處理了。
從目前情況來(lái)看，價(jià)格適中的SRAM，存取時(shí)間為10 nsec，有望提高到5 nsec。如果將一個(gè)10 nsec的SRAM用于1G/秒的數(shù)據(jù)流，在留給處理分組的360 nsec 時(shí)間窗口內(nèi)，只能對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行36次的存取。如果用于10 G位/秒的數(shù)據(jù)流，存取次數(shù)將減少到只能進(jìn)行3次了；即使是采用5 nsec的SRAM，也只能進(jìn)行7次存取。
從表1所給出的數(shù)據(jù)可以看出，為了有效地提高數(shù)據(jù)處理速率，只能將處理步驟分段，并采用流水線的方式來(lái)進(jìn)行處理，或者采用多個(gè)處理機(jī)來(lái)并行處理（即多個(gè)處理機(jī)同時(shí)對(duì)不同分組進(jìn)行處理）。這種解決辦法，對(duì)于策略查表存儲(chǔ)器，和內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器（CAM）都適用。例如，對(duì)于40 G位/秒的數(shù)據(jù)流，采用10 nsec 的存儲(chǔ)器，在允許的時(shí)間內(nèi)一次存取也進(jìn)行不了。這時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須采用許多并行的存儲(chǔ)器陳列。
網(wǎng)絡(luò)處理器可以按照它們對(duì)于數(shù)據(jù)處理的速率來(lái)進(jìn)行分類。在表1的中間部分列出了對(duì)于一定的數(shù)據(jù)速率，需要采用的網(wǎng)絡(luò)處理器種類和數(shù)量。例如，對(duì)于2.5 G位/秒的數(shù)據(jù)流，需要使用3個(gè)1G位/秒的處理器來(lái)進(jìn)行處理。而對(duì)于100 G位/秒的數(shù)據(jù)流，則需要144個(gè)這樣的處理器。對(duì)于這樣的數(shù)據(jù)流，也許改為采用12個(gè)OC-192處理器，或兩個(gè)OC-768處理器更合適一些。
表1 對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理器處理速率的要求（以每分組40字節(jié)為例）
| 傳輸速率（G位/秒） | 可以用來(lái)處理分組的時(shí)間（nsec/分組） | 所需處理器的種類及數(shù)量 | SRAM存取次數(shù)（nsec） | |||||
| 1G位/秒 | OC-48 | OC-192 | OC-768 | 10 | 5 | 2 | ||
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使用網(wǎng)絡(luò)處理器來(lái)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，和設(shè)計(jì)時(shí)所采用的設(shè)計(jì)方法，與傳統(tǒng)的方法相比都很不相同。影響最大的是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員的注意力將從硬件線路和通信協(xié)議的細(xì)節(jié)的考慮中，轉(zhuǎn)向軟件、服務(wù)以及最終用戶的技術(shù)要求方面。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)將是以軟件為中心，以通信服務(wù)為中心，和以最終用戶的技術(shù)要求為注意的集中點(diǎn)。設(shè)計(jì)公司將一改過(guò)去集中注意于硬件設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)，轉(zhuǎn)而將注意力集中于用戶所需要的服務(wù)方面，并考慮如何使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶所需要的服務(wù)。 | ||||||||
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