基于交換芯片的3級調度算法的研究與實現

張 蕾，戴錦友

(光纖通信技術和網絡國家實驗室烽火網絡有限公司，武漢 430074)

隨著網絡上新應用的不斷出現，對網絡的服務質量也提出了更新的要求。QoS旨在針對各種應用的不同需求，為其提供不同的服務質量，例如為報文分類和著色，對流量進行管理和避免網絡擁塞等功能，層次化的調度方式更能靈活地實現流量的管理，對于先來的報文可以進行1級調度后，與后來的報文再次進行2級調度處理，依次往下按自己需求進行調度，使得出去的報文是最優的，這就是層次化的調度方式。

1 3級調度的原理

第五代交換芯片支持3級調度，由S1，S2和S33個調度節點組成。S1調度節點有4個(S3.0～S3.3，MC-group)，S2調度節點有3個(S2.0～S2.2)，S1調度節點有1個。3級調度的意義在于前1個調度的輸出隊列可以作為下個節點的輸入隊列，在這種結構中，S2/S3的輸出隊列可以作為S1調度節點的輸入。

下面來說明隊列和調度節點之間的映射關系:

1)10個單播隊列。4個單播UC隊列Q0～Q3用來映射到S3節點，Q4～Q7映射S2節點，或者Q0～Q7全部映射到S2節點。還有2個單播隊列UC直接映射到S1節點。

2)5個組播MC隊列。1個MC直接用來映射到S1節點，MC Q0～Q3全部映射到S3節點，或者這4個MC隊列組成1個MC Group映射到S1節點，如圖1所示。

圖1 1級調度結構圖(軟件截圖)

因為交換芯片支持的是3級調度，所以寄存器的配置方式就與其他芯片不一樣，下面會具體分析每個寄存器的值如何寫入。但是與其他芯片一樣，同樣支持SP，RR，WRR，WERR這4種調度算法。

下面主要看看各個相關寄存器:

1)第1級調度S3節點相關的寄存器為S3_CONFIG，S2_S3_ROUTING和S3_COSWEIGHTS。

其中S3_CONFIG 用來配置 S3.0，S3.1，S3.2，S3.3 等4個節點的調度方式。字段SCHDULING_SLECTTf為8 bit，0 ～1 bit對應的是 S3.0，2 ～3 bit對應的是 S3.1，4～5 bit對應的是 S3.2，5 ～6 bit對應的是 S3.3，ROUTE_UC_TO_S2f的1個bit表示允許S3節點的單播隊列映射到S2節點。因此配置調度方式的時候應該每個節點都應該配置到，例如4個節點分別配置為SP優先級調度，故寫入寄存器的值應該為0x10。

S2_S3_ROUTING寄存器是表示S3節點和S2節點隊列之間的映射關系，隊列0～3表示的是S3.0～S3.3映射的4個組播隊列，隊列4～7表示S3.0～S3.3映射過來的4個單播隊列UC0～UC3，隊列8～11表示的是單播隊列UC4～UC7。

當配置好S3節點的調度模式為WRR，對應隊列的權重寫入寄存器S3_COSWEIGHTS。

2)第2級調度S2節點相關的寄存器有S2_CONFIG，S2_COSWEIGHTS。類似地，S2_CONFIG是用來配置節點的調度模式。當調度模式為WRR時，用S2_COSWEIGHTS來配置隊列權重。地址0～3是節點S3映射的4個組播隊列，地址4～7是S3節點映射的4個單播隊列UC3，地址8～11對應的是單播隊列UC4～UC7。

3)第3級調度節點S1相關寄存器:調度模式寄存器ESCONFIG和配置權重COSWEIGHTS。

2 3級調度軟件實現

首先解決隊列優先級映射關系的問題，通過在代碼的初始化部分增bcm_cosq_config_set函數完成隊列初始化映射關系，保證隊列0～7對應的優先級分別為0～7。

bcm_cosq_config_set(uint，8);

當然，在初始化部分關于S2，S3寄存器的初始化也沒有，所以在初始化部分還應該加上對寄存器初始化的部分，S2.0和S3配置為RR調度模式，值分別為0x15和0x55，S2.1，S2.2初始化的時候不用到，所以值為0x1F。

rval0－0;

soc_reg_filed_set(uint，s3_configr，＆rval0，scheduling_selectf，0x55);

rval0－1;

soc_reg_filed_set(uint，s2_configr，＆rval1，scheduling_selectf，0x15);

/*S3.0－S3.3 and unitcast queues 4－7 to S2.0*/

COMPOLER_64_ZERO(r64val0);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I0f，0);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I1f，1);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I2f，2);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I3f，3);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I4f，8);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I5f，9);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I6f，10);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I7f，11);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I8f，0x1f);

COMPOLER_64_ZERO(r64val1);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I0f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I1f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I2f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I3f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I4f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I5f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I6f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I7f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I8f，0x1f);

用以上代碼完成了對調度節點的初始化配置。

3 實驗仿真及分析

搭建環境:實驗用到儀表IXIA，6根光纖，在21槽位的上聯板選擇上聯端口XE55，XE56，XE57作為實驗端口，XE56，XE57發包，XE55收包;在儀表的 card1上選擇1，3，5，3個端口分別用光纖與設備端口相連。

拓撲結構如圖2所示。

圖2 實驗拓撲結構

萬兆口XE56，XE57發單播包，XE55收包。在出端口XE55配置節點狀態，值得注意的是，單播UC0～3只能映射到S3節點，UC4～7只能映射到S2節點。

1個單播UC優先級為1映射到S3.1，故應該在調度模式比特寫入0x04，1個單播UC優先級為4映射到節點S2.0，相應的比特值為1。在S3，S2，S1節點配置調度模式為RR，見圖3所示。

圖3 端口輪詢收到包(截圖)

2)實驗數據2:2個UC包→S2.0→S1

2個隊列優先級為4和5，只能映射到S2節點。在S2，S1節點配置調度模式為WRR，權重比為1∶2。優先級為4和5的隊列分別映射到S2節點隊列的8和9，見圖4所示。

圖4 端口收到包的比重為1∶2(截圖)

1個優先級為1的組播包映射到在S3.1，1個優先級為0的單播包映射到S3.0。S3，S2，S1節點配置調度模式為SP，見圖5所示。

從以上實驗可以看出多級調度支持單播隊列，組播隊列以及單播和組播的混合隊列調度，調度方式靈活。每級調度可以采用不同的調度算法，調度級數也靈活多變，可以根據隊列需求選擇調度級數，也就是說多級調度也支持單級調度的模式。

圖5 端口收到優先級1的組播包(截圖)

4 小結

本文基于第五代BCM交換芯片，分析了層次化調度方式的原理，軟件實現以及其仿真實現結果。仿真結果顯示:對單播組播包，每級調度節點采用不同的調度算法，最后都能實現優先包的輸出。這種層次化的調度方式可更靈活地實現流量的管理。

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