SE521609C2 - Buffertminne, buffertkontrollenhet och en metod för att hantera köer i en ATM-växel - Google Patents

Description

25 30 35 tvi/i men vw.- i u 'x 2 Andra kännetecken hos uppfinningen är angivna i de underordnade kraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen beskrivs nu mera i detalj med hänvisningar till de föredragna utföringsformerna, angivna endast som exempel, och illustrerade av de åtföljande ritriingama i vilka: figurl är ett buffertminne enligt uppfinningen, och figur 2 visar tre steg av bufferthanteringsalgoritmen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsforrner Föreliggande uppfinning avser ett buffertminne som kan användas i en ATM- växel. Datapaket, eller celler, transporteras genom en växel i ett antal kanaler, här åtta kanaler. I växelns käma finns det ett buffertrninne, genom vilket alla cellerna transporteras. Växelns arbete styrs av en buffertkontrollenhet. För att minimera växelns komplexitet är det önskvärt att ha endast en läs- och en skrivport på buffertminnet. Detta medför att en cykel har en läs- och en skrivoperation vilket medför en hög arbetsfrekvens (ungefär 188 MHz), och en fördröjning som kräver att minnet är pipelinat. Ett pipelinat minne kan hantera ett antal celler samtidigt, emedan det tar ett antal cykler innan en cell har passerat minnet.

ATM-växeln kräver att en läs- och en skrivoperation utförs varje cykel. Om ingen data finns att skicka, skickas idle-celler. I föreliggande uppfinning fylls frilistor med idle-celler och används för att tillhandahålla dessa idle-celler.

Eftersom minnet är pipelinat, kräver bufferten två frilistor så att en är tillgänglig när den andra uppdateras.

Först är det behjälpligt att förklara mekanismema i kösystemet. Buffertminnet omfattar rader av bitar arrangerat i ett kösystem. Generellt består ett kösystem av minst två köer. En kö består i sin tur av en länkad lista av element, som var för sig innehåller ett datafält och en pekare till nästa element. I föreliggande uppfinning motsvarar ett element, en rad. Varje tillgängligt element tillhör en kö. Det sista elementet i varje kö är reserverat för att emottaga en cell. Med andra ord, pekaren på det sista elementet pekar på en rad tillgänglig för skrivning.

Minnet innehåller tio köer, en kö för varje kanal (åtta i det här fallet) och två frilistor, som förklaras nedan. ATM-växeln innehåller en kontrollenhet som håller reda på huvud och svans för respektive kö, alltså adressen till första respektive sista elementet i varje kö.

En cellaecess innefattar endast en läsning, eller en s "'i'v'ning, av hela cellen. En operation innefattar exakt en ”lägg till” och en ”ta bort”. En ”ta bort” innefattar läsning av exakt en cell, och uppdatering av köhuvudet. En ”lägg till” innefattar 10 15 20 25 30 35 skrivning av exakt en cell, och uppdatering av kösvansen. Mekanismen är skräddarsydd för ett minne som tillåter endast en läsning och en skrivning per cykel.

I en föredragen utföringsform är buffertminnet organiserat som 256*(424+8) SRAM-celler (Static Random Access Memory), som visas i figur 1. Detta utrymme används för att hålla tio köer, en för varje inkommande kanal och två med fiia celler, som är fyllda med idle-celler. De åtta bitarna som ligger efter ATM-cellen används som pekare till nästa cell i kön. Minnet kan utföra en läsning och en skrivning under en cykel hos buffertkontrollenheten.

Buffertminnets totala storlek kan varieras, och beror på tillgänglig plats på chippet. Principiellt är inte kölängden begränsad, och minnet utnyttjas mer effektivt på grund av trafikens statistiska natur genom att inte reservera plats för varje kanal.

Kölängden kan emellertid begränsas för att förhindra att en kanal blockerar hela minnet, men teoretiskt delar alla kanalerna allt minne.

Buffertkontrollenhetens algoritm är väldigt enkel, och den grundläggande idén är att varje kö har reserverat en rad i minnet för nästa cell som skall skrivas.

Algoritmen fungerar enligt följande under en cykel, d v s en läs- och en skrivoperation.

Läsoperation Alla åtta kanalema läses av i tur och ordning efter data att sända. Titta på kön för aktuell kanal. Finns det någon data, plocka den första cellen och sänd den, om inte så plocka en idle-cell från aktuell fiilista och sänd den.

Plocka bort raden som nyss sänts från kön, d v s uppdatera huvudet för aktuell kö.

Spara adressen till raden som just lästs och nu är ledig.

Skrivoperation Skriv en inkommande cell i den reserverade raden hos avsedd kanalkö om det är data, eller hos en frilista om det är en idle-cell. Kösvansen uppdateras genom att skriva den sparade adressen till den lediga raden i pekarfältet på den tidigare reserverade raden, vilket på detta sätt reserverar den fria raden till att skrivas som nästa element i kön.

Ett exempel på algoritmen ges med referens till figur 2. Utköerna representeras av huvud- och svanspekare. Pekarna för kanal 0 pekar på första och sista elementet i kön, och mellanliggande element länkas ihop av pekare i respektive element som illustreras av vinklade pilar. Det visas att kanal 0 innehåller tre element, av vilka det sista är den köns reserverade element eller rad.

På samma sätt representeras även frilistoma av huvud- respektive svanspekare, medan boxen ”ledig” innehåller pekaren till det element som nyss skickats. 10 15 Figur 2 visar de steg som utförs när en idle-cell kommer in och en datacell skall skickas på kanal O. Således är kön till kanal 0 inte tom, vid steg 1 i figur 2, och raden som indikeras av köhuvudet läses.

I steg 2 i figur 2, lediggörs raden som just blivit läst, och huvudpekaren till utkön uppdateras till att referera till nästa element. Samtidigt så lagras adressen till den nyss lediggjorda raden som visas av den streckade pilen.

I steg 3 i figur 2, skrivs den inkommande cellen (idle-cell) i den reserverade raden som refereras till av den aktuella frilistans svanspekare och pekarfältet i densamma rad uppdateras till att peka på den ny reserverade raden, den lediggj orda raden läggs i slutet och blir den nya reserverade raden.

En fackman på området inser att uppfinningen kan implementeras i andra utföringsforrner utan att avvika från andan och den väsentliga karaktären av densamma. De presenterade utföringsformema är därför endast att anses som illustrativa och inte begränsade. Uppfinningens omfattning anges av bifogade krav snarare än den föregående beskrivningen och alla ändringar som faller inom betydelsen och omfattningen av ekvivalenter därtill avses att omfattas av kraven.

Claims (12)

10 l5 20 25 30 35 521 ._ ö (289 PATENTKRAV

1. l. Buffertminne organiserat i rader för att teinporärt lagra data och anordnat att hålla ett antal köer, en för varje kanal och åtminstone en kö benämnd frilista som innehåller idle-celler, kännetecknat av att det är organiserat som en matris som innehåller ett antal rader, varvid varje rad innehåller en cell med data och ett antal bitar pekardata, vilket pekardata pekar på nästa cell i kön och av att den sista raden av varje kö är tillgänglig för nästa cell som ska skrivas.

2. Buffertminne enligt krav l, kännetecknat av att två trilistor fyllda med idle-celler används.

3. Buffertminne enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att det är organiserat som en matris av RAM-celler. företrädesvis SRAM-celler.

4. Bufferminne enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det används för att hålla tio köer.

5. Buffertminne enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det är organiserat som en matris som innehåller 256 rader, varvid varje rad innehåller 424 bitar data respektive 8 bitar pekardata.

6. Metod för köhantering i ett buffertmiiiiie för att hålla ett antal köer, en för varje kanal och åtminstone en kö benämnd frilista som innehåller idle-celler, vilket buffertminne är organiserat som en matris som innehåller ett antal rader, varvid varje rad innehåller en cell med data och ett antal bitar pekardata, vilket pekardata pekar på nästa cell i kön och den sista raden av varje kö är tillgänglig för nästa cell som ska skrivas, kännetecknad av att en accesscykel innehåller två pekaroperationer: läsning: uppdatera en huvudpekare till en kö; skrivning: uppdatera en svanspekare till en kö.

7. Metod enligt krav 6, kännetecknad av att huvudpekaren till respektive kö som undergår en läsning uppdateras från att peka på den tidigare första raden till att peka på nästa rad i kön, medan att svanspekaren till respektive kö som undergår en skrivning uppdateras från att peka på den tidigare lediga raden till att peka på nästa rad i kön som nu är tillgänglig för att skrivas.

8. Metod enligt krav 7, kännetecknad av stegen: att titta på kön för aktuell kanal. att, om kön innehåller något data, ta den första cellen och sända den, annars ta en idle-cell från aktuell frilista och sända den, att avlägsna raden som innehöll cellen som just sändes från kön, att lagra adressen till den just sända raden, att skriva en inkommande cell i den reserverade raden hos lämplig kanalkö, i fallet datacell, eller frilista, i fallet idle-cell, och 10 (_ F71 i v ...å tfn (fl .J w att skriva den lagrade adressen till den fria raden i pekartälten hos den tidigare reserverade raden, vilket således reserverar den fria raden som ska skrivas som nästa element i kön.

9. Metod enligt krav 6, 7 eller 8, kännetecknad av att den är implementerad som en algoritm i en buffertkontrollenhet.

10. Buffertkontrollenhet För att kontrollera minnesaecesser i ett buffertminne avsett att temporärt lagra data och anordnat att liâlla ett antal köer, en för varje kanal och åtminstone en kö benämnd frilista som innehåller idle-celler, och organiserat som en matris som innehåller ett antal rader, varvid varje rad innehåller en cell med data och ett antal bitar pekardata, vilket pekardata pekar på nästa cell i kön och den sista raden av varje kö är tillgänglig för nästa cell som ska skrivas, kännetecknad av att den utför en läsning och en skrivning i buflertminnet under en cykel hos buffertkontrollenheten.

11. 1 1. Buffertkontrollenhet enligt krav 10. kšinnetecknad av att läsningen av buffertminnet sker med pipelineteknik för att kunna använda en hög arbetsfrekvens, t ex 188 MHz

12. Buffertkontrollenheten enligt krav 1 l, lcännetecknad av att två frilistor användes for att kunna tillhandahålla pipelineteknik. varvid en tirilista arbetar medan den andra uppdateras.