CN102387425B - 缓存装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓存装置及方法，该缓存装置包括缓存控制模块和PMAU申请模块，其中，缓存控制模块包括：第一判断单元，用于判断是否存在待缓存的数据包；请求单元，用于在判断结果为是时，请求PMAU申请模块为数据包分配PMAU号；接收单元，用于接收PMAU申请模块为数据包分配的PMAU号；缓存单元，用于将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间。本发明满足了GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

Description

缓存装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种缓存装置及方法。

背景技术

千兆无源光网络(Gigabit-capable Passive Optical Networks，简称为GPON)是一种新兴的技术，作为无源光网络(Passive OpticalNetworks，简称为PON)系列技术中架构最完备、标准内容最完整、应用前景广阔的下一代网络技术一直被普遍关注，它是下一代接入网的基础，是取代目前非对称数字用户线路(Asymmetrical DigitalSubscriber Line，简称为ADSL)接入技术的最佳方案，在未来的接入网络市场，具有巨大的商机和非常广阔的市场前景。

光网络终端单元(Optical Network Unit，简称为ONU)是PON套片的核心芯片之一。在GPON***中，GPON ONU是连接局端和用户的桥梁，在GPON***中起着关键作用，它要求具有高带宽，具有服务质量(Quality of Service，简称为QoS)保证的全业务接入，GEM帧的封装简单，高效，灵活，以及强大的操作管理维护(Operation，Administration&Maintenance，简称为OAM)能力的特点。

在初期的GPON ONU中，上行和下行业务的缓存空间管理一般是采用硬件来实现的。同时，相对于初期的GPON ONU业务来说，如今的GPON ONU业务对缓存空间管理提出了更高性能、更高带宽的要求。但是发明人发现，如今的GPON ONU并不能满足GPON ONU业务提出的上述要求。

发明内容

针对相关技术中的GPON ONU不满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种缓存装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种缓存装置，应用于GPON ONU。

根据本发明的缓存装置包括缓存控制模块和PMAU申请模块，其中，缓存控制模块包括：第一判断单元，用于判断是否存在待缓存的数据包；请求单元，用于在判断结果为是时，请求PMAU申请模块为数据包分配PMAU号；接收单元，用于接收PMAU申请模块为数据包分配的PMAU号；缓存单元，用于将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间。

进一步地，PMAU申请模块包括：分配单元，用于根据来自请求单元的请求，为数据包分配PMAU号；标记单元，用于对分配的PMAU号进行标记。

进一步地，上述缓存装置还包括：PMAU回收FIFO，用于缓存单元通过PMAU回收FIFO缓存数据包；轮询模块，用于对PMAU回收FIFO进行轮询；PMAU回收模块，用于根据轮询结果，对PMAU号进行回收。

进一步地，上述缓存装置还包括：组播管理模块，用于查询组播表，得到PMAU号的组播次数；判断模块，用于判断组播次数与组播管理模块的查表次数的差值是否为零，如果判断结果为是，则触发PMAU回收模块对PMAU号进行回收，否则，在组播表中记录差值。

进一步地，PMAU回收模块还用于对分配的PMAU号解除标记。

进一步地，PMAU申请模块还包括：第二判断单元，用于判断数据包的长度是否大于缓存空间；链接单元，用于在判断结果为是的情况下，将接收单元接收的多个PMAU号进行链接。

进一步地，链接单元还用于将多个PMAU号中的每个PMAU号的下一个PMAU号的信息记录在每个PMAU号的从低到高的16位中。

进一步地，标记单元还用于在每个PMAU号从低到高的第17位进行标记。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种缓存方法，应用于GPON ONU。

根据本发明的缓存方法包括：缓存控制模块判断是否存在待缓存的数据包；如果判断结果为是，则缓存控制模块请求PMAU申请模块为数据包分配PMAU号；缓存控制模块接收PMAU申请模块为数据包分配的PMAU号；缓存控制模块将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间。

进一步地，上述方法还包括：缓存控制模块通过PMAU回收先入先出FIFO缓存数据包；PMAU回收模块根据对PMAU回收FIFO的轮询结果，对PMAU号进行回收。

通过本发明，采用PMAU申请模块为数据包分配PMAU号，以及缓存单元将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间，解决了相关技术中的GPON ONU的问题，进而满足了GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的缓存装置的结构框图；

图2是根据本发明优选实施例的缓存装置的结构框图；

图3是根据本发明优选实施例的缓存装置的示意图；

图4是根据本发明优选实施例的缓存装置的链表RAM的示意图；

图5是根据本发明实施例的缓存方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种缓存装置，应用于GPON ONU。图1是根据本发明实施例的缓存装置的结构框图，如图1所示，该缓存装置包括缓存控制模块11和缓存包分配单元(Packet Memory AllocatedUnit，简称为PMAU)申请模块12，其中，缓存控制模块11包括第一判断单元112、请求单元114、接收单元116和缓存单元118。下面对其结构进行详细描述。

第一判断单元112，用于判断是否存在待缓存的数据包。请求单元114，连接至第一判断单元112和PMAU申请模块12，用于在第一判断单元112判断结果为是时，请求PMAU申请模块12为数据包分配PMAU号。接收单元116，连接至PMAU申请模块12，用于接收PMAU申请模块12为数据包分配的PMAU号。缓存单元118，连接至接收单元116，用于将数据包缓存到接收单元116接收的PMAU号对应的缓存空间。

相关技术中的GPON ONU不满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。本发明实施例中，通过PMAU申请模块为数据包分配PMAU号，以及缓存单元将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间，提高了数据包缓存效率，可以满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

需要说明的是，上述缓存空间可以是第二代双倍速率同步动态随机存取器(Double Data Rate 2 Synchronous Dynamic RandomAccess Memory，简称为DDR2SDRAM)中的缓存空间。

图2是根据本发明优选实施例的缓存装置的结构框图。

优选地，PMAU申请模块12包括分配单元122和标记单元124。下面对其结构进行详细描述。

分配单元122，连接至缓存控制模块11中的请求单元114，用于根据来自请求单元114的请求，为数据包分配PMAU号。标记单元124，连接至分配单元122，用于对分配单元122分配的PMAU号进行标记。

本优选实施例中描述了标记单元124在分配单元122为数据包分配PMAU号之后，对该PMAU号进行标记的过程。由于该标记可以用于指示该PMAU号已被使用，这样，可以避免后续过程中分配单元122再次分配该PMAU号从而造成的分配错误，进而保证了数据包缓存的正确性与可靠性。

优选地，上述缓存装置还包括PMAU回收FIFO 13、轮询模块14和PMAU回收模块15。下面对其结构进行详细描述。

PMAU回收FIFO 13，用于缓存单元118通过PMAU回收FIFO13缓存数据包；轮询模块14，用于对PMAU回收FIFO 13进行轮询；PMAU回收模块15，连接至轮询模块14，用于根据轮询模块14的轮询结果，对PMAU号进行回收。

本优选实施例描述了对PMAU号进行回收的过程。由于一个PMAU号对应片外DDR SDRAM中一小片缓存空间，因此将PMAU号回收再利用，可以保证缓存空间的利用率，进而满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

需要说明的是，可以规定每个PMAU对应的缓存空间最大不超过2048字节。

优选地，上述缓存装置还包括组播管理模块16和判断模块17。下面对其结构进行详细描述。

组播管理模块16，用于查询组播表，得到PMAU号的组播次数。判断模块17，连接至组播管理模块16，用于判断组播次数与组播管理模块16的查表次数的差值是否为零，如果判断结果为是，则触发PMAU回收模块15对PMAU号进行回收，否则，在组播表中记录差值。

本优选实施例可以用于判断组播PMAU是否被回收，其实现方式简单、可靠。

优选地，PMAU回收模块15还用于对分配的PMAU号解除标记。

本优选实施例中，由于标记可以用于指示该PMAU号已被使用，这样，将PMAU号解除标记，可以保证PMAU号对应的缓存空间的利用率，进而满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求

优选地，PMAU申请模块12还包括第二判断单元126和链接单元128。下面对其结构进行详细描述。

第二判断单元126，连接至缓存控制模块11中的请求单元114，用于判断请求单元114请求的数据包的长度是否大于缓存空间；链接单元128，连接至第二判断单元126，用于在第二判断单元126的判断结果为是的情况下，将接收单元接收的多个PMAU号进行链接。

实际应用中，数据包的长度可能大于缓存空间。这样，就需要由多个PMAU来缓存该数据包。更加优选地，该数据包的多个PMAU可以通过链表来管理。

因此，本优选实施例保证了数据包缓存的正确性与可靠性。

优选地，链接单元128还用于将多个PMAU号中的每个PMAU号的下一个PMAU号的信息记录在每个PMAU号的从低到高的16位中。优选地，标记单元124还用于在每个PMAU号从低到高的第17位进行标记。

本优选实施例详细描述了如何对多个PMAU号进行链接，以及如何对多个PMAU号进行标记。这样，可以保证数据包缓存的正确性与可靠性。

优选地，对于数据包的长度可能大于缓存空间的数据包，根据首PMAU号进行查表，得到下一个PMAU号，并根据得到的PMAU号读数据，以此类推，待所有的数据包转发完成之后，对所有的缓存进行回收。

本发明还提供了一个优选实施例，结合了上述多个优选实施例的技术方案，下面结合图3来详细描述。

图3是根据本发明优选实施例的缓存装置的示意图，如图3所示，包括缓存控制模块31、PMAU申请模块32、PMAU回收模块33、组播管理模块34、轮询模块35、链表RAM 36、PMAU回收FIFO 37。下面对其进行详细描述。

1、缓存控制模块31的硬件实现描述。

如果有数据包进来，缓存控制模块31就会向PMAU申请模块32申请PMAU号，在得到申请的PMAU号之后，就会根据PMAU号将数据包缓存到片外的DDR2SDRAM中，当数据包缓存完之后，就会将该数据包对应的PMAU号以及长度信息缓存起来送给队列预处理(Queue Pre-Process，简称为QPP)。如果进来的数据包有丢弃指示，在把该数据包写入DDR2SDRAM的同时，还要把该数据包申请的PMAU号送回PMAU管理模块进行回收。

缓存控制模块31还要根据***相关的描述信息，比如：输出包的PMAU号，逻辑端口号，以及包的长度等，从DDR2SDRAM中读取该PMAU号所对应的数据包，当该PMAU号对应的数据包转发完成之后，要将该数据包对应的PMAU号送到PMAU回收模块33进行回收，同时，将从DDR2SDRAM中读取的数据包送到下一级模块进行处理。

2、PMAU申请模块32的硬件实现描述。

如果有PMAU申请，在有空闲PMAU的情况下，把当前头指针中的PMAU号输出，同时进行应答。同时，以头指针为地址读链表RAM 36，将读出的值更新头指针，然后以输出的缓冲区号为地址在链表RAM 36写入“1FFFF”标记。

如果是长包，要以上一个缓冲区号为地址，将当前头指针的内容写入链表RAM 36中，同时标记缓冲区已被使用的标记。

3、PMAU回收模块33的硬件实现描述。

当有PMAU号需要释放时，以要释放的PMAU号为地址读链表RAM 36，得到该PMAU的使用状态位和缓存链中的下一个PMAU号next_pntr，如果使用状态位为0，表示未使用，或者该PMAU已经回收，则不做任何操作。如果使用状态位为1，表示在使用中，可以进行释放。然后判断next_pntr是否为FFFF，如果是，则表示要释放的PMAU是缓存链中最后一个PMAU，将该PMAU的号写入尾指针地址中，并将尾指针更新为该号，这样就把要释放的PMAU链在了空闲链表的尾部，同时给出应答信号，操作完成。如果不是，先在要释放的PMAU索引地址中写入FFFF，然后将其回收。

4、组播管理模块34的硬件实现描述。

组播管理模块34是用来管理数据包的组播次数的，对每个数据包而言，当完成数据缓存之后会有一个PMAU号，就要根据该PMAU配置组播次数，从轮询模块35送来的PMAU号就要根据该PMAU查组播次数，首先要根据PMAU号将它对应的组播次数读出来，减去回收的次数(对于转发回收的PMAU号，减1，对于随机早期丢弃的PMAU号，减去实际丢弃的次数)，如果相减之后结果为0，就将该PMAU号送去回收；如果不为0，就将相减后的值再写入组播表，该PMAU号则不回收，直到组播次数为0才回收。

5、轮询模块35的硬件实现描述。

轮询模块35主要是对四个回收FIFO的空状态进行轮流检查，当轮流检查到某个回收FIFO不空时，就要把该FIFO中的PMAU号读出来送到PMAU回收模块33进行回收，为了保证公平性，轮询到某个不空FIFO的时候，对该FIFO的读只有一次，即：每次轮询只能读一个PMAU，这样周而复始，直到把回收FIFO中的PMAU读取完。

在轮询的时候，有一点值得注意，对于出错的PMAU和入队预处理丢弃的PMAU，要直接送去回收，对转发完成的PMAU和随机早期丢弃的PMAU要送到组播管理模块34进行组播次数查表处理。

6、链表RAM 36和PMAU回收FIFO 37的硬件实现描述。

图4是根据本发明优选实施例的缓存装置的链表RAM的示意图，如图4所示，如果有PMAU申请，以头指针为地址读链表RAM36，将读出的值更新头指针，然后以输出的缓冲区号为地址在链表RAM 36写入“1FFFF”标记。如果有PMAU号需要释放时，以要释放的PMAU号为地址读链表RAM 36，得到该PMAU的使用状态位和缓存链中的下一个PMAU号next_pntr，如果使用状态位为0，表示未使用，或者该PMAU已经回收，则不做任何操作。如果使用状态位为1，表示在使用中，可以进行释放。然后判断next_pntr是否为FFFF，如果是，则表示要释放的PMAU是缓存链中最后一个PMAU，将该PMAU的号写入尾指针地址中，并将尾指针更新为该号，这样就把要释放的PMAU链在了空闲链表的尾部，同时给出应答信号，操作完成。如果不是，先在要释放的PMAU索引地址中写入FFFF，然后将其回收。

需要说明的是，图3中的四个PMAU回收FIFO 37仅仅是列举，实际应用中，还可以采取其它数量的PMAU回收FIFO 37。同时，PMAU回收FIFO 37可以是用硬件IP实现的，链表RAM 36同样也可以是用IP实现的。

本发明还提供了一种应用于GPON ONU的缓存方法。图5是根据本发明实施例的缓存方法的流程图，如图5所示，包括如下的步骤S502至步骤S508。

步骤S502，缓存控制模块判断是否存在待缓存的数据包。

步骤S504，如果判断结果为是，则缓存控制模块请求PMAU申请模块为数据包分配PMAU号。

步骤S506，缓存控制模块接收PMAU申请模块为数据包分配的PMAU号。

步骤S508，缓存控制模块将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间。

相关技术中的GPON ONU不满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。本发明实施例中，通过PMAU申请模块为数据包分配PMAU号，以及缓存单元将数据包缓存PMAU号对应的缓存空间，提高了数据包缓存效率，可以满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

优选地，上述方法还包括缓存控制模块通过PMAU回收FIFO缓存数据包；PMAU回收模块根据对PMAU回收FIFO的轮询结果，对PMAU号进行回收。

本优选实施例描述了对PMAU号进行回收的过程。由于一个PMAU号对应片外DDR SDRAM中一小片缓存空间，因此将PMAU号回收再利用，可以保证缓存空间的利用率，进而满足GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

为了帮助理解上述实施例，下面进一步描述本发明的其它多个优选实施例。

1、PMAU号的申请过程

如果有以太网包要缓存，缓存控制模块就要向PMAU管理模块提出申请，PMAU管理模块在有空闲PMAU的情况下，就会分配给缓存控制模块一个PMAU，同时，对该分配了的PMAU进行“已经使用”的标记，写入到链表RAM中，

对于长包，可能需要多个PMAU，则要把这些PMAU进行链接，就是把下一个PMAU写入上一个PAMU为地址的低16位，第17位标记是否使用，以此类推，来链接PMAU，最后一个PMAU的地址写FFFF。

2、PMAU号的释放过程

本实施例中包括：包出错直接丢弃的PMAU，随机早期丢弃(Random Early Discard，简称为RED)的PMAU，入队丢弃的PMAU，以及每次转发完后需要回收的PMAU，轮询模块对这几个FIFO的状态进行轮询，如果FIFO不空，就会读取FIFO中的PMAU，对于直接丢弃的PMAU，读取PMAU后直接送到回收模块进行回收，对于转发完成和随机早期丢弃的PMAU，则要送到组播管理模块进行查表，当该PMAU对应的组播次数为零时，才把该PMAU送到回收模块进行回收，PMAU回收模块根据要回收的PMAU号去读链表RAM，如果该缓冲区的使用标记为“1”，则将该缓冲区号更新下一个尾指针，同时以当前尾指针为地址，需要释放的缓冲区号为数据，写入链表RAM中，注意，使用标记置“0”。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种缓存装置及方法。本发明与现有技术相比取得很大的进步，达到了缓存带宽10Gbits/s效果，克服了以往DSL Modem效率和性能不高的缺陷，并实现了长/短包缓存的混合管理，以及组播管理，提高了效率。同时，本发明采用PMAU申请模块为数据包分配PMAU号，以及缓存单元将数据包缓存到PMAU号对应的缓存空间，解决了相关技术中的GPON ONU的问题，进而满足了GPON ONU业务的高性能、高带宽要求。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种缓存装置，应用于千兆无源光网络终端单元GPON ONU，其特征在于，包括缓存控制模块和缓存包分配单元PMAU申请模块，其中，所述缓存控制模块包括：

第一判断单元，用于判断是否存在待缓存的数据包；

请求单元，用于在判断结果为是时，请求所述PMAU申请模块为所述数据包分配PMAU号；

接收单元，用于接收所述PMAU申请模块为所述数据包分配的所述PMAU号；

缓存单元，用于将所述数据包缓存到所述PMAU号对应的缓存空间；

所述PMAU申请模块包括：

第二判断单元，用于判断所述数据包的长度是否大于所述缓存空间；

链接单元，用于在判断结果为是的情况下，将所述接收单元接收的多个PMAU号进行链接；

所述缓存装置还包括：

PMAU回收先入先出FIFO，用于所述缓存单元通过所述PMAU回收FIFO缓存所述数据包；

轮询模块，用于对所述PMAU回收FIFO进行轮询；

PMAU回收模块，用于根据所述轮询结果，对所述PMAU号进行回收。

2.根据权利要求1所述的缓存装置，其特征在于，所述PMAU申请模块包括：

分配单元，用于根据来自所述请求单元的所述请求，为所述数据包分配PMAU号；

标记单元，用于对所述分配的PMAU号进行标记。

3.根据权利要求1所述的缓存装置，其特征在于，还包括：

组播管理模块，用于查询组播表，得到所述PMAU号的组播次数；

判断模块，用于判断所述组播次数与所述组播管理模块的查表次数的差值是否为零，如果判断结果为是，则触发所述PMAU回收模块对所述PMAU号进行回收，否则，在所述组播表中记录所述差值。

4.根据权利要求2所述的缓存装置，其特征在于，所述PMAU回收模块还用于对所述分配的PMAU号解除所述标记。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的缓存装置，其特征在于，所述链接单元还用于将所述多个PMAU号中的每个PMAU号的下一个PMAU号的信息记录在所述每个PMAU号的从低到高的16位中。

6.根据权利要求2或4中任一项所述的缓存装置，其特征在于，标记单元还用于在所述每个PMAU号从低到高的第17位进行标记。

7.一种缓存方法，应用于千兆无源光网络终端单元GPON ONU，其特征在于，包括：

缓存控制模块判断是否存在待缓存的数据包；

如果判断结果为是，则所述缓存控制模块请求PMAU申请模块为所述数据包分配PMAU号；

所述缓存控制模块接收所述PMAU申请模块为所述数据包分配的所述PMAU号；

所述缓存控制模块将所述数据包缓存到所述PMAU号对应的缓存空间，如果所述数据包的长度大于所述缓存空间，则由多个PMAU来缓存所述数据包，并将所述多个PMAU进行链接；

所述缓存控制模块通过PMAU回收先入先出FIFO缓存所述数据包；

PMAU回收模块根据对所述PMAU回收FIFO的轮询结果，对所述PMAU号进行回收。