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FAST流水線推出3.1版本
發布時間:2019-03-27
     為了支持更加靈活的用戶邏輯定制,以及基于集中緩存的交換輸出調度,解決目前TSN交換開發過程中遇到的用戶邏輯定制復雜等問題,經討論和征求現有用戶意見,FAST流水線模型由3.0版本升級到3.1版本。
一、3.0版本存在的問題
      FAST3.0流水線模型如圖1所示。其主要特點是增加了Pre-Ingress流水線段,避免GPP(通用分組解析)將IEEE1588v2的PTP協議幀定向到軟件處理或丟棄,同時將GOE(通用輸出引擎)直接與UDO(用戶定義輸出)連接,取消了UDO到GOE的反壓流控信號,避免了分組輸出延時的不確定性,為基于FAST架構的TSN交換實現奠定了基礎。

圖1 FAST流水線3.0版本的結構
     然而,FAST用戶在TSN交換功能開發時也面臨了兩個問題。一是基于FIFO結構的PBuf(分組緩存)只支持先來先服務的輸出調度算法,限制了其他輸出調度算法的應用;二是Pbuf的寫入和讀出邏輯分別與GPP和GAC(通用轉發動作)模塊綁定,強制用戶必須同時使用PBuf緩存管理和GPP/GAC的功能,限制了用戶自定義邏輯的靈活性。
二、3.1版本簡介
     FAST流水線3.1版本模型如圖2所示,對比3.0版本主要有三個主要變化。
  (1)基于BID的Pbuf管理
     Pbuf按照RAM的方式組織,內部存儲被劃分為多個分組緩沖區,每個緩沖區使用體格BID(緩沖區ID)表示。每個到達流水線的分組都會被分配一個BID,BID嵌入分組的元數據在流水線中傳遞。當流水線需要從Pbuf讀出分組時,根據分組的BID向Pbuf發出讀出請求。由于BID機制可以支持非FIFO的分組讀出順序,因此可以支持流水線采用更加復雜的分組輸出調度策略。
  (2)Pbuf管理與GPP和GAC解耦
      FAST流水線3.0版本及以前均將Pbuf和寫入和讀出邏輯分別嵌入GPP和GAC模塊,因此使用Pbuf時默認需要流水線配置GPP和GAC模塊,這給用戶邏輯定制帶來不便。例如很多用戶交換場景(例如二層TSN交換)并不需要對IP的解析,而GPP包含了IPv4/IPv6以及傳輸層協議的解析,默認使用GPP使得用戶的邏輯難以簡化。

圖2 FAST 3.1的流水線擴展模型
      在FAST流水線3.1版本中,Ingress流水線的第一個模塊固定為IBM(Ingress緩存管理),IBM從CBM(集中緩存管理)獲取一個空閑的BID,將分組寫入該BID,并將BID嵌入分組元數據中。在Egress流水線中嵌入EBM(Egress緩存管理)模塊,負責根據從上游接收到的分組元數據中德BID從CBM中讀取分組,向下游模塊發出。
      CBM負責Pbuf中空閑緩沖區BID的維護,IBM每接收一個分組就分配一個BID,EBM沒讀取一個分組就回收一個BID。
      由于流水線元數據中需要攜帶BID信息,因此需要將原有FAST架構中的元數據定義進行修改,主要是取消元數據中的SeqNum序列號字段和縮短分組長度字段,詳細見《FAST元數據格式規范》。
  (3)模塊的顏色標注
      為了進一步區分模塊的屬性,支持用戶利用現有成熟模塊進行快速原型實現以及完全定制自己的模塊,FAST模塊引入顏色標注機制。
表1列車數據類型與TSN數據類型映射表
顏色 類型 知識產權屬性 知識產權屬性
綠色 要求基于FAST開發必須使用的基礎模塊 任意使用,無知識產權問題 IBM、CBM、EBM
黃色 推薦基于FAST開發的用戶使用的通用模塊 任意使用,無知識產權問題 GPP,GKE,GME,GAC,GOE
白色 用戶自定義的模塊 開發者擁有知識產權 1588-GAC,1588-UDO等
FAST社區會嚴格測試保證綠色和黃色模塊的質量,并提供文檔和技術支持。白色模塊質量有開發用戶負責。經用戶授權和FAST社區測試,白色模塊也會變成黃色模塊。
附:FAST流水線版本歷史
版本 時間 改動
1.0 2016.12 初始的FAST流水線版本,主要特點包括:
(1)標準的五級流水線(用戶定義的解析、關鍵字提取,查表,轉發action,輸出引擎);
(2)用戶通過擴充標準五級流水線模塊功能,實現定制邏輯
2.0 2018.6 (1)支持用戶通過插入自己的模塊擴展流水線的處理功能,而無需修改已有的五級流水線邏輯
3.0 2019.1 在2.0版本基礎上:
(1)增加了Pre-Ingress流水線段,支持對GPP不支持的協議幀進行解析和處理
(2)將GOE直接與UDO連接,避免了分組輸出延時的不確定性,為支持TSN提供保證
3.1 2019.3 在3.0版本基礎上:
(1)將分組緩沖區(PB)由單FIFO隊列模式改為基于RAM的隨機存取的方式,支持有優先級區別的分組緩存和輸出調度算法;
(2)將分組寫入PB的邏輯從GPP模塊中獨立出來,將從PB讀出分組的邏輯從GAC模塊分離出來,有助于用戶邏輯定制時,使用流水線提供的分組緩存管理機制,而定制自己的分組解析和轉發動作邏輯。
(3)修改相應的元數據格式定義;
(4)FAST流水線模塊的顏色標注機制;