基于FPGA和IP Core的定制緩沖管理的實現

　　在PRAM中存在兩種鏈表形式，PQ List代表已經存儲的數據包鏈表。為方便數據讀出，PQ List需要記錄數據包的第一個數據塊地址，即首指針Pq_Hptr，為方便新的數據寫入，PQ List需要記錄數據包的最后一個數據塊地址，即尾指針Pq_Tptr。PQ List同時需要記錄該鏈表的長度作為調度模塊進行調度的權值計算使用。

　　Free List代表空閑的地址隊列。為方便地辨識、管理空閑的地址，避免地址沖突，在BM中將所有空閑的地址使用一個鏈表進行管理。這個鏈表就是空閑地址隊列。空閑地址隊列依據系統需求的不同有著不同的形式，一般空閑地址隊列的構成和PQ List相似，由空閑地址首指針Free_Hptr和空閑地址尾指針Free_Tptr構成。BM模塊的所有操作都圍繞著空閑的地址隊列Free List進行。

　　基于BM模塊的數據流結構，BM模塊一般分為Write CONtrol模塊、Free List control模塊、Read Control模塊、PRAM Control模塊、BRAM Control模塊。BM的結構如圖3所示。

圖3 BM結構圖

　　Write Control模塊從Free List模塊處得到空閑地址，向BRAM Control模塊提出寫請求，同時更新PRAM中的內容。Free List control模塊負責管理空閑地址列表，提供Write Control模塊的寫BRAM地址及PRAM地址，回收經Read Control模塊讀出數據塊后釋放的地址。Read Control模塊根據調度器的調度結果，通過BRAM Control模塊讀出需要發送的數據單元，同時將釋放的緩沖單元地址寫入空閑地址列表。PRAM Control模塊為外部SSRAM的控制模塊，可直接使用參考設計完成。BRAM Control模塊為外部DRAM控制模塊，一般分為Datapath與Controler兩個子模塊。Datapath模塊專門負責數據接口部分，完成DRAM接口的DQ、DQS處理以及相應的延時調整，Controler模塊負責完成DRAM的控制需求。

　　在BM模塊中，BRAM的帶寬與PRAM的帶寬一般為TM的瓶頸。PRAM的帶寬主要受限于訪問的次數，而BRAM的帶寬受限于接口帶寬。例如對于一個10G的TM，BRAM的有效帶寬必須保證20G，以接口利用率最差只能達到65%計算(考慮SEG模塊切分信元出現的N+1問題)，需要保證接口帶寬達到30G。使用64位的DRAM接口，接口速率不能低于500MB/s，這樣對Datapath模塊的設計提出了更高的要求。在實際系統中，BRAM主要使用DDR SDRAM、DDR II SDRAM。

　　當使用Stratix II FPGA，BRAM使用DDR II SDRAM時，測試表明DDR II SDRAM接口速率可達到800MB/s。在常規使用的情況下，DDR II SDRAM接口速率可保證達到667MB/s。對于一個64位的DRAM接口，接口速率可達到42.7GB/s，完全可以滿足一個10G的TM系統。

　　BM模塊作為緩沖管理模塊，緩沖的基本單元為BCELL，基于對BCELL的管理，對于BM的操作都牽涉到空閑地址隊列的操作以及鏈表的操作。最基本的操作就是寫入操作和讀出操作。BM模塊的寫入操作由Write Control模塊發起。

　　對于Write Control模塊，有數據單元需要寫入，首先向Free List模塊申請空閑地址，Free List將首指針a給Write Control模塊，作為該數據塊的寫地址，同時讀出首指針a對應在PRAM中的內容，得到下一跳地址b，將下一跳地址b作為新的空閑地址首指針。