数据包缓存管理单元的ASIC设计与实现.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
数据包缓存管理单元的ASIC设计与实现
姓名:姚小威
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:何建华
20060508
摘要
随着高速网络的不断发展,网络设备的处理数据量不断增大,传统的缓存管理
机制由于存储空间利用率低下,已无法满足大数据量缓存管理的要求。本文提出了
一种基于单元链表控制的可随机读写数据缓存管理实现,该实现具有较高的存储空
间利用率,且兼具“低成本”,“高存储带宽”,“平台通用性”等优点,是一种高性
能的硬件缓存管理实现。
本文首先介绍了三种传统的数据包缓存管理机制,由此引出了可随机读写数据
缓存管理控制技术。在此基础上针对宽带 IP 网络监控系统的需求,提出了一个基于
硬件实现的高速数据缓存管理的 ASIC 设计解决方案。在该设计方案中将数据包分割
成 128 字节大小的单元,通过由高速的 SSRAM 维护读写单元链表而实现对存储空
间的随机读写访问,提高了数据包存储器的利用率;而通过将数据包保存在 FCRAM
(一种低成本的 DDR SDRAM),又满足了低成本的要求。同时本文还针对实际应用
的特点,提出了一系列旨在提高存储器读写访问带宽以及对不同种类型 SSRAM 兼
容的设计解决方案,保证了缓存管理单元具有较高的存储带宽和较广泛的适用性。
在完成设计和实现的基础上,本文还简要地介绍了对数据缓存管理单元的仿真和测
试方案。
该设计方案实现于一颗百万门级的 ASIC 芯片上,并集成于一个光纤网分组数据
包的分类、监控以及统计计费系统中,提供了对两路 OC48 光网络上 5Gbps 数据流
量的数据包缓存管理服务。
关键词: 可随机读写数据缓存管理,单元链表,快速随机存储器,流水线,专用集
成电路
I
Abstract
With the fast development of high-work, the processing data amount of
network equipment increases accordingly. The traditional packet buffer management
mechanisms are unable to meet the requirement of large-amount packet buffering due to
low memory utilization rate. This article puts forward a high-performance implementation
of packet buffer management that has the advantage of high memory utilization rate as well
as low cost, high access bandwidth and reusage.
The beginning of the article introduces the function of packet buffer management and
two kinds of traditional packet buffer management mechanisms. Then the random-access
packet buffer management technique is introduced and its advantages are illustrated. In our
solution, packets are chopped into 128byte cells. The goal of random access to memory as
well as the high utilization rate of memory is achieved through using the high-speed
SSRAM to maintain the cell linktable. And the requirements of high bandwidth and low
cost are also met through using FCRAM to store packet data. A series of solutions that aim
to increase the access bandwidth of memory and ensure patibility of different kinds
of SSRAMs are also put forwar