TI KeyStone 架構支持 L2 與傳輸處理

TI 名為“KeyStone”的多內核 SoC 架構不僅功能強大而且極富創新性，從而使基站廠商能夠從 LTE 等最新技術中顯著受益。該架構具備的眾多關鍵組件不僅可支持新的 LTE 功能，同時也可用于提升 WCDMA 等現有無線技術的性價比。圖 6 對 KeyStone 架構進行了說明。

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圖 6 – KeyStone 多內核架構

TI KeyStone多內核架構擁有高度的靈活性，可同時集成定點與浮點運算、定向協處理與硬件加速，以及優化的內核間/組件間通信。此架構包括多個 C66x DSP 內核，能夠支持高達 256 GMAC 的定點運算性能以及 128GFLOP 的浮點運算性能。另外，此架構還包括綜合而全面的連接功能層：TeraNet2 能夠與各種處理組件無縫互連；多內核共享內存控制器能直接接入片上共享存儲器與外部第三代雙倍數據速率 (DDR3) 存儲器；多內核導航器可助于管理整個 SoC 架構的通信；以及 HyperLink 50 可與額外的協處理器或其他 TI SoC 等同伴器件實現互通互連。部分此類關鍵處理組件可在 TI SoC 上實現 LTE L2 與傳輸處理。

網絡協處理器網絡協處理器是一款硬件加速器，能夠減輕 DSP 內核處理往返于核心網絡的以太網分組的工作量。網絡協處理器包含 6 個微精簡指令集計算 (µRISC) 內核，可加速自主的分組對分組處理。網絡協處理器中的硬件模塊 —— 分組加速器與安全加速器可在傳輸網絡層以及深層無線電廣播網絡層實現快速通道處理。

網絡協處理器在 LTE 傳輸/回程側的功能特性包括：以太網/IP/包絡安全有效負載 (ESP)/用戶數據報協議 (UDP) 報頭處理；循環冗余校驗 (CRC) 驗證與生成；IPSec 檢測、認證、加密與解密；通用路由包絡 (GRE) 隧道；基于 IPv4/6、傳輸控制協議 (TCP)/UDP、SCTP 端口或 GTP-U 隧道數據包的分類與路由；以及，基于 GTP-U 的服務質量。
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在無線電廣播端，網絡協處理器可支持基于特定配置文件匹配（例如根據【RFC】4995 批注請求的未壓縮大型數據包）與 3GPP 空中加密與解密的 RoHC。網絡協處理器支持每秒 150 萬個數據包（1Gbps 以太網線速）的處理速度，帶相關安全上下文高速緩存的 64 條獨立 IPSec 隧道，安全上下文在主存儲器中的 8,192 條 IPSec 隧道，以及 8,192 個 GTP-U 隧道 ID 查詢條目。

多內核導航器多內核導航器使用一套隊列管理器子系統與數據包直接存儲器存取 (DMA) 子系統來控制與實施設備內的高速數據包移動，從而能夠顯著降低設備 DSP 的傳統內部通信負載，進而提高整體系統性能。多內核導航器采用零復制方案在所有層進行數據處理優化。多內核導航器還支持分類與排序、多內核訪問存儲、存儲器管理、分段與重組以及跨多個內核或器件進行交付。

隊列管理器子系統包含 8,192 個硬件隊列，負責加速數據包隊列的管理。在隊列管理器模塊的特定存儲器映射位置中寫入 32 位描述符地址，即可將數據包添加至數據包隊列。可通過讀取特定隊列相同地址來解除隊列。

數據包 DMA 子系統包含 6 個數據包DMA，能夠在 Serial RapidIO ® (SRIO)、第二代空中接口 (AIF2) 以及數據包加速器等器件中為管理數據包緩沖器的基礎局端提供其它子系統。數據包 DMA是一個其數據目的地由一個目的地與自由描述符隊列索引（而非絕對存儲器地址）來決定的DMA。

快速通道處理與零復制方案本部分探討了如何使用 TI KeyStone 架構的關鍵處理組件來加速 LTE L2 網絡與傳輸處理。上面介紹過的關鍵處理組件與 LTE L2 網絡及傳輸處理功能相關。這些組件實現的快速通道處理與零復制方案對于使用 LTE 實現低時延與高吞吐量性能非常重要。

傳輸層處理圖 7 說明了如何使用網絡協處理器來加速 LTE 傳輸層的處理。

圖 7 – 傳輸層處理的加速
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在核心網絡端，數據包既可以通過具有內置串行千兆介質獨立接口 (SGMII) 的千兆以太網接口也可以通過 SRIO 接口進入網絡協處理器。數據包報頭首先經過檢驗和驗證（例如以太網 MAC 地址），然后被傳輸至 IPSec 終端。經過 IPSec 終端后，網絡協處理器可檢驗內部報頭是否與 GTP-U/UDP/IP 相匹配。隨即執行 32 位 GTP-U ID 值的查找，并使用關聯的 QoS 與無線電廣播承載隊列 (RBQ) 對進入的數據包進行分類。

RoHC 硬件可尋找描述匹配。可將數據包路由至軟件RoHC處理（例如支持 RTP/UDP/IP報頭壓縮的 VoIP 數據包），或在經過 RoHC 硬件模塊（例如根據 RFC4995 規定的未壓縮大型數據包）執行最基本的“全硬件”處理后直接對 3GPP 進行加密。如果需要進行軟件 RoHC 處理，在報頭壓縮后，RoHC SW 模塊將數據包返回至網絡協處理器進行 3GPP 空中加密。加密后，數據包被路由至相關的無線廣播承載硬件隊列，并在其中根據用于相似 QoS 數據包的算法來進行調度。向 RLC/MAC 模塊交付調度授權后，其根據需要從 RBQ 彈出的數據包可將這些授權傳遞至 RLC/MAC 協議棧，并根據所授權的長度創建 MAC PDU。

總之，網絡協處理器可創建全加速的自主快速通道處理，在大多數情況下可完全終止 S1-U/X2 用戶層處理并為軟件運行交付已分類的 RLC SDU。

L2 數據層處理多內核導航器可為 LTE L2 數據（用戶）層處理提供數據包基礎局端。數據包基礎局端可減輕從 DSP 分類的工作量，從而為零復制操作提供硬件，并為分段與重組提供硬件輔助。二者結合起來即可大幅加速 LTE L2 數據層的處理，以獲得低時延、高吞吐量性能。