CN1326055C

CN1326055C - 早期释放缓冲区的方法及其相关媒体存取控制芯片

Info

Publication number: CN1326055C
Application number: CNB2003101046860A
Authority: CN
Inventors: 陈任凯; 蔡文仲
Original assignee: Genesys Logic Inc
Current assignee: Genesys Logic Inc
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: CN1612121A

Abstract

一种早期释放缓冲区的方法及其相关媒体存取控制芯片，该早期释放缓冲区的方法，包含下列步骤：自来源连接端口接收以太网络封包，配置具有多个缓冲器的缓冲区以储存以太网络封包，而这些缓冲器是依序地编织串接，将以太网络封包开始转送出目的连接端口，以及若目的连接端口是为全双工传输模式，则当完成各缓冲器的转送时，便即刻地释放该各缓冲器，其中以太网络封包可为单播封包、多播封包、甚至广播封包；若目的连接端口是为半双工传输模式，较佳地当完成以太网络封包的128字节长的转送时，方可释放已经传送完成的缓冲器。

Description

早期释放缓冲区的方法及其相关媒体存取控制芯片

(1)技术领域

本发明有关一种早期释放(early release)缓冲区的方法及其相关媒体存取控制芯片，特别有关于一种以太网络交换器中早期释放缓冲区的方法及其相关以太网络媒体存取控制芯片。

(2)背景技术

以太网络交换器可以提供多端口的网络连结，每一个端口可供线速度(linespeed)10M/100M/1000M(1M＝10⁶)的全双工数据传收。以太网络交换器的核心为媒体存取控制器(medium access controller，简称MAC controller)，典型地负责网络七层运作中第二层及部分第三层以上的工作，媒体存取控制器耦接实体层(physical layer，简称PHY)，以提供多端口的网络连结，负责与远程实体讯号的传收。媒体存取控制器先暂存所有连接端口所接收的封包数据，再转送至指定的目的连接端口，媒体存取控制器通常利用外挂存储器芯片或者内建整合的有限存储器进行封包数据的暂存，例如内建1M位(相当于128K字节)的静态随机存取存储器，而以太网络交换器典型地为8端口/16端口/24端口，有限的存储器空间要同时供多个连接端口的数据暂存与转送，因此存储器的有效利用非常重要。

以太网络交换器接收到的封包可以区分为单播(uni-cast)封包、多播(multi-cast)封包、以及广播(broadcast)封包，单播封包从以太网络交换器其中一端口接收后从另一端口转送出去，多播封包从以太网络交换器其中一端口接收后从其它多个端口转送出去，而广播封包从以太网络交换器其中一端口接收后从其它所有端口转送出去。一般而言，以太网络封包的最大长度为1522字节长，而在NAS/SAN***中更有9.6K(1K＝10³)字节长的特长封包(jumbo packet)的应用，这样的特长封包只要几个便可占据内建的1M位存，造成网络交换器的拥塞((congestion)。

媒体存取控制器利用外挂或内建存储器以缓冲暂存封包数据，媒体存取控制器包含转送控制单元、队列控制单元、缓冲器控制单元以及连接端口控制单元(未示)。缓冲器控制单元于初始化阶段便规划该外挂或内建的存储器以建立适当的数据结构与格式，以利后续的运用。

图1显示以太网络封包100的结构，以太网络封包100包含目的地址(DMAC)110、来源地址(SMAC)120、酬载(payload)130、以及循环冗余检查码(cyclicredundant code，简称CRC)140，由以太网络交换器(未示)外部接收进来的以太网络封包100以缓冲器(buffer)为单位，缓冲器控制单元从存储器配置适当大小的缓冲区予以暂存的，缓冲区包含一或多个缓冲器，举例而言，每个缓冲器定义为128字节长，当一个256字节长的以太网络封包100进入以太网络交换器中时，需要占据暂存存储器的两个缓冲器的空间，也就是其缓冲区大小为256字节长；而当一个260字节长的以太网络封包100进入以太网络交换器中时，则需要占据暂存存储器的三个缓冲器的空间，其缓冲区大小为384字节长；而当一个1522字节长的以太网络封包100进入以太网络交换器中时，则需要占据暂存存储器的十二个缓冲器的空间，其缓冲区大小为1536字节长；缓冲器之间藉由适当的节点(node)编织(stitch)而形成对应的缓冲区。现有技术当将以太网络封包100转送完毕之后，会将所配置的缓冲区释放。

图2显示典型用以暂存以太网络封包的缓冲区的结构，该缓冲区包含多个缓冲器200、210、…、220、230，这些缓冲器200~230是依序地编织串接(stitch)，这些缓冲器分别具有连结节点(link node)202、212、222、232，第一缓冲器200藉由其连结节点202指向第二缓冲器210，第二缓冲器210藉由其连结节点212指向第三缓冲器(未示)，依序指向至第N-1缓冲器220，第N-1缓冲器220藉由其连结节点222指向第N缓冲器230，其中将第二缓冲器210的编号写入第一缓冲器200的连结节点202，使得第一缓冲器200藉由其连结节点202指向第二缓冲器210，此动作称为编织串接，举例而言，内建1M位存储器，而以以太网络交换器以每个缓冲器为128字节进行利用，则共可规划出1024个缓冲器供使用，因此利用十位便可指出每个缓冲器的编号。

(3)发明内容

本发明揭示一种早期释放缓冲区的方法，包含下列步骤：自来源连接端口接收以太网络封包，配置具有多个缓冲器的缓冲区以储存以太网络封包，而这些缓冲器是依序地编织串接，将以太网络封包开始转送出目的连接端口，以及若目的连接端口是为全双工传输模式，则当完成各缓冲器的转送时，便即刻地释放该各缓冲器，其中以太网络封包可为单播封包、多播封包、甚至广播封包；若目的连接端口是为半双工传输模式，则较佳地当完成以太网络封包的至少128字节长的转送时，方可释放已经传送完成的缓冲器。

本发明进一步揭示一种媒体存取控制芯片，包含：多个连接端口控制单元，用以耦接实体层控制芯片；转送控制单元，耦接于连接端口控制单元；队列控制单元，耦接转送控制单元及连接端口控制单元；以及缓冲器控制单元，用以耦接一缓冲存储器及这些连接端口控制单元；其中，各连接端口控制单元具有用以计数已经传送的封包长度的计数器以及用以记录传输能力的传输模式缓存器，连接端口控制单元根据传输模式缓存器以及计数器，发讯缓冲器控制单元早期释放该缓冲存储器的空间；当连接端口控制单元接收到以太网络封包，由缓冲器控制单元配置缓冲存储器中具有多个缓冲器的缓冲区以储存该以太网络封包，若传输模式缓存器显示连接端口控制单元为全双工运作模式，则当连接端口控制单元正传送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N是为大于1的正整数；而若传输模式缓存器显示连接端口控制单元为半双工运作模式，则当连接端口控制单元正传送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N是为大于1的正整数。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是显示以太网络封包的结构；

图2显示典型用以暂存以太网络封包的缓冲区的结构；

图3显示根据本发明的早期释放缓冲区的方法流程图；以及

图4显示根据本发明的硬件方块图的一具体实施例。

(5)具体实施方式

图3显示根据本发明的早期释放缓冲区的方法流程图，以具有多个连接端口及暂存存储器的以太网络交换器做为实施例说明，从步骤300开始，步骤310，自这些连接端口的一来源连接端口接收以太网络封包；步骤320，以太网络交换器根据以太网络封包的大小，配置适当的缓冲区以储存以太网络封包，以太网络交换器是依照固定大小的缓冲器为单位运用暂存存储器，将缓冲器分别编号管理并依照适当方式予以编织串接，例如依照图2的方式编织串接，使得以太网络封包所相关联而配置的缓冲区包含多个缓冲器200、210、…、220、230，以依序暂存以太网络封包的数据，以太网络封包可以区分为单播、多播、及广播封包，本实施例以单播封包作为说明，单播封包中会指定目的地址及来源地址；步骤330，开始转送以太网络封包，于此实施例中，以太网络封包会由来源连接端口被转送到指定的目的连接端口；步骤340，检查目的连接端口是否为全双工，若是全双工，则继续步骤350，否则则继续步骤360；步骤350，为全双工目的连接端口进行早期释放缓冲器，以太网络交换器依序转送缓冲器200、210、…、220、230，当目的连接端口为全双工，在转送完缓冲器200，接着开始转送缓冲器210，便可立即地释放缓冲器200，当开始转送缓冲器220，便可立即地释放缓冲器210，因为在确认是全双工运作传收模式下，不会有封包碰撞的情形发生，因此在开始转送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N为大于1的正整数；步骤360，为半双工目的连接端口进行早期释放缓冲器，以太网络交换器依序转送第1、2、3、…、(N-2)、(N-1)、N个缓冲器，当目的连接端口为半双工，在确定完成预定长度缓冲器的转送时，方可开始进行缓冲器的早期释放，较佳地，在确认送出128位组长度时，方可开始释放缓冲器，举例而言，假设每个缓冲器的大小为128字节，在转送完第1个缓冲器，接着开始转送第2个缓冲器，即可释放第1个缓冲器，也即于开始转送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N为大于1的正整数，因为于此实施例中，每个缓冲器的大小为128字节，而以太网络中，依照CSMA/CD传输标准，必须保证传输信道上于传输64字节时间长度之间不可发生碰撞，如果实际传输违反CSMA/CD传输标准，会发生所谓的「迟碰撞(late collision)」，通常发生在64至128位组长度之间，所以在确认是半双工运作传收模式下，较佳地于开始转送第2个缓冲器时，方可释放第1个缓冲器(若是定义每个缓冲器的大小为64字节，则必须等到开始转送第3个缓冲器时，方可释放第1及2个缓冲器，依照硬件运作时所定义的缓冲器大小而异)，目的连接端口确认开始传送第2个缓冲器可确保占有此目的连接端口的传输信道，在确定成功传输之后，于开始转送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N为大于1的正整数。在实际硬件实施时，可以根据以太网络交换器所定义各缓冲器的大小，对于缓冲器为64字节而言，藉由计数每次传送缓冲器大小过程中，是否已经传送达128字节，对于全双工传收模式传送各缓冲器以及半双工传收模式传送第2个缓冲器之后的各缓冲器而言，便可立即地释放确定已经传送完毕的缓冲器，被释放出来的缓冲器便可提供稍后进来的以太网络封包暂存，以达最有效率的暂存存储器的运用。若是发生超过128字节时间长度的「超迟碰撞」，较佳地执行丢弃(drop)封包传输的动作，以增加硬件使用率，而无法实施重新传输，因为先前的缓冲器已经被早期释放了，这样的情形是鲜少发生的，因为超迟碰撞是严重违反传输标准规范的。

图4显示根据本发明的硬件方块图的一具体实施例，以太网络交换器的内主要包含媒体存取控制(media access control，简称MAC)芯片500，以及实体层控制(physical layer control，简称PHY)芯片580，较佳地，媒体存取控制芯片500藉由精简媒体独立界面(reduced medium independentinterface，简称RMII)耦接实体层控制芯片580。媒体存取控制芯片500包含连接端口控制(port control)单元510至517(以前述八端口以太网络交换器为例，分别对应端口0至端口7)、转送控制(forwarding control)单元520、队列控制(queue control)单元530、缓冲器控制单元550以及缓冲存储器560，连接端口控制单元510耦接转送控制单元520、队列控制单元530以及缓冲器控制单元550，缓冲器控制单元550耦接缓冲存储器560。实体层控制芯片580负责以太网络交换器对外实体电气讯号的传收，而以上本发明所揭示的流程方法则与媒体存取控制芯片500内部的运作设计有关，由以太网络交换器的端口0所接收到封包数据，经由实体层控制芯片580首先到达连接端口控制单元510，由转送控制单元520产生对应的端口屏蔽，举例而言，藉由查表方式(look-up table)产生对应的端口屏蔽，并由缓冲器控制单元550于缓冲存储器560配置(allocate)适当的缓冲器大小以供该封包数据的暂存，然后由队列控制单元530根据端口屏蔽建立队列连结，队列控制单元530可依照各端口的输出队列长度判断各连接端口消秏缓冲存储器560的状况，而发讯给连接端口控制单元510适当地进行拥塞控制(congestion control)；连接端口控制单元510至517分别具有传输模式缓存器。

更进一步地，以太网络交换器于各连接端口刚开始建立链接时，会进行自动协调机制并利用传输模式缓存器记录对方的传输能力，而各连接端口控制单元具有用以计数已经传送的封包长度的计数器，对于各连接端口控制单元而言，每次传送一个新的封包便会重新开始利用其计数器进行计数，举例而言，连接端口控制单元517具有用以计数已经传送的封包长度的计数器518以及用以记录对方的传输能力的传输模式缓存器519，较佳地，连接端口控制单元517于每次传送一个新的以太网络封包时，便会重新开始利用其计数器518进行计数，当计数到64或者128时，则藉由传输模式缓存器519得知所记录的目前连接端口517的实际传输模式，包括全双工/半双工传收模式：若当计数到64时，传输模式缓存器519显示目前该连接端口517是全双工传输，且目前传送的以太网络封包相关联(associated)的端口屏蔽显示连接端口517为最后一个应传送的连接端口，则可立即地释放已经传送完的缓冲器；若当计数到128时，传输模式缓存器519显示目前该连接端口517是半双工传输，且目前传送的以太网络封包相关联(associated)的端口屏蔽显示连接端口517为最后一个应传送的连接端口，方可释放已经传送完的缓冲器。尤其对于NAS/SAN***中的特长封包(jumbo packet)而言，更能彰显早期释放缓冲区的优点，避免封包占据有限存储器空间过长的时间。

图4的实施例依照制程的进步可有不同程度的整合实施方式，举例而言，缓冲存储器560可以整合于媒体存取控制芯片500之中或者是外挂芯片，依照存取速度不同可以是静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、或者DDR动态随机存取存储器等等，实体层控制芯片580由于制程特殊以及需要提供多个端口的实体层控制，通常属于外挂芯片，但随着未来整合度提高也有可能整合进媒体存取控制芯片500之中。

纵上所述，本发明揭示一种早期释放缓冲区的方法，包含下列步骤：自来源连接端口接收以太网络封包，配置具有多个缓冲器的缓冲区以储存以太网络封包，而这些缓冲器是依序地编织串接，将以太网络封包开始转送出目的连接端口，以及若目的连接端口是为全双工传输模式，则当完成各缓冲器的转送时，便即刻地释放该各缓冲器，其中以太网络封包可为单播封包、多播封包、甚至广播封包；若目的连接端口是为半双工传输模式，则当完成以太网络封包的至少128字节长的转送时，方可释放已经传送完成的缓冲器。

本发明进一步揭示一种媒体存取控制芯片，包含：多个连接端口控制单元，用以耦接实体层控制芯片；转送控制单元，耦接于连接端口控制单元；队列控制单元，耦接转送控制单元及连接端口控制单元；以及缓冲器控制单元，用以耦接一缓冲存储器及这些连接端口控制单元；其中，各连接端口控制单元具有用以计数已经传送的封包长度的计数器以及用以记录传输能力的传输模式缓存器，连接端口控制单元根据传输模式缓存器以及计数器，发讯缓冲器控制单元早期释放该缓冲存储器的空间；当连接端口控制单元接收到以太网络封包，由缓冲器控制单元配置缓冲存储器中具有多个缓冲器的缓冲区以储存该以太网络封包，若传输模式缓存器显示连接端口控制单元为全双工运作模式，则当连接端口控制单元正传送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N是为大于1的正整数，而不论各缓冲器的大小；而若传输模式缓存器显示连接端口控制单元为半双工运作模式，则当连接端口控制单元正传送第N个缓冲器时，便可立即地释放第(N-1)个缓冲器，其中N是为大于1的正整数，而各缓冲器大小是实质超过128字节长；而若各缓冲器大小是实质小于128字节长，较佳地当该各连接端口控制单元正传送这些缓冲器的第N个缓冲器时，便可立即地释放这些缓冲器的第(N-2)个缓冲器，其中N是为大于2的正整数。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims

1.一种早期释放缓冲区的方法，包含下列步骤：

自一来源连接端口接收一以太网络封包；

配置一缓冲区以储存该以太网络封包，该缓冲区包含多个缓冲器，而这些缓冲器是依序地编织串接；

将该以太网络封包开始转送出一目的连接端口；以及

若该目的连接端口是为全双工传输模式，则当完成各缓冲器的转送时即刻地释放该各缓冲器；若该目的连接端口是为半双工传输模式，则当完成该以太网络封包的一预定长度数据的转送时，开始释放已经传送完成的缓冲器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该以太网络封包是为一单播封包。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该以太网络封包是为一多播封包。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于各缓冲器是为128字节。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该预定长度数据是为64字节长。

6.权利要求1所述的方法，其特征在于该预定长度数据是为128字节长。

7.一种媒体存取控制芯片，包含：

多个连接端口控制单元，用以耦接一实体层控制芯片；

一转送控制单元，耦接于这些连接端口控制单元；

一队列控制单元，耦接该转送控制单元及这些连接端口控制单元；以及

一缓冲器控制单元，用以耦接一缓冲存储器及这些连接端口控制单元；

其中，各连接端口控制单元具有一用以计数已经传送的封包长度的计数器以及一用以记录传输能力的传输模式缓存器，该各连接端口控制单元根据该传输模式缓存器以及该计数器，发讯该缓冲器控制单元早期释放该缓冲存储器的空间；其中：

该各连接端口控制单元接收一以太网络封包，并由该缓冲器控制单元配置该缓冲存储器中一具有多个缓冲器的缓冲区以储存该以太网络封包；

该各连接端口控制单元根据该传输模式缓存器以及该计数器，发讯该缓冲器控制单元，使得若该传输模式缓存器显示该各连接端口控制单元为全双工运作模式，则当该各连接端口控制单元正传送这些缓冲器的一第N个缓冲器时，便可立即地释放这些缓冲器的一第(N-1)个缓冲器，其中N是为大于1的正整数；以及

该各连接端口控制单元根据该传输模式缓存器以及该计数器，发讯该缓冲器控制单元，使得若该传输模式缓存器显示该各连接端口控制单元为半双工运作模式，则当该各连接端口控制单元正传送这些缓冲器的一第N个缓冲器时，便可立即地释放这些缓冲器的一第(N-1)个缓冲器，其中N是为大于1的正整数，而各缓冲器大小是超过128字节长。

8.如权利要求7所述的媒体存取控制芯片，其特征在于该各连接端口控制单元根据该传输模式缓存器以及该计数器，发讯该缓冲器控制单元，使得若该传输模式缓存器显示该各连接端口控制单元为半双工运作模式，则当该各连接端口控制单元正传送这些缓冲器的一第N个缓冲器时，便可立即地释放这些缓冲器的一第(N-2)个缓冲器，其中N是为大于2的正整数，而各缓冲器大小是小于128字节长。

9.如权利要求7所述的媒体存取控制芯片，其特征在于该各连接端口控制单元根据该传输模式缓存器以及该计数器，发讯该缓冲器控制单元，使得若该传输模式缓存器显示该各连接端口控制单元为半双工运作模式，则当该各连接端口控制单元已经传送完该以太网络封包的一预定长度数据时，方可开始释放一已经被传送完毕的缓冲器。

10.如权利要求9所述的媒体存取控制芯片，其特征在于该预定长度数据是为128字节长。