一种基于多核处理器的网络设备的控制方法及系统转让专利
申请号 : CN200710305630.X
文献号 : CN101197782B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 刘宇
申请人 : 中兴通讯股份有限公司
摘要 :
本发明涉及一种基于多核处理器的网络设备的控制方法，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，包括：步骤1，设置交换装置，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；步骤2，管理模块通过交换装置控制业务模块，管理模块还控制路由模块通过交换装置维护业务模块的局部路由表。本发明采用点到点传输的交换矩阵芯片使得控制部分与业务部分的数据吞吐量加大，速度加快，提高了网络设备的控制部分的响应速度和处理能力，满足了互联网时代对于网络设备不断提高的容量和带宽的需求。
权利要求 :
1.一种基于多核处理器的网络设备的控制方法，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，其特征在于，包括：步骤1，设置交换装置，所述交换装置为点对点传输的交换矩阵芯片，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；
步骤2，管理模块通过交换装置控制业务模块，管理模块还通过多核处理器内部总线监测和控制路由模块的工作，路由模块通过交换装置维护业务模块的局部路由表。
2.如权利要求1所述的网络设备的控制方法，其特征在于，点对点传输的交换矩阵芯片的接口为网络接口或者PCI EXPRESS接口。
3.如权利要求1所述的网络设备的控制方法，其特征在于，点对点传输的交换矩阵芯片为单芯片，或者为若干单芯片的级联。
4.如权利要求1所述的网络设备的控制方法，其特征在于，路由模块运行边界网关协议和/或开放最短路径优先协议。
5.一种基于多核处理器的网络设备的控制系统，包含多核处理器、业务模块，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，其特征在于，还包括交换装置，所述交换装置为点对点传输的交换矩阵芯片，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；
管理模块，用于通过交换装置控制业务模块，以及通过多核处理器内部总线监测和控制路由模块的工作；
路由模块，用于通过交换装置维护业务模块的局部路由表。
6.如权利要求5所述的网络设备的控制系统，其特征在于，点对点传输的交换矩阵芯片的接口为网络接口或者PCI EXPRESS接口。
7.如权利要求5所述的网络设备的控制系统，其特征在于，点对点传输的交换矩阵芯片为单芯片，或者为多个单芯片的级联。
8.如权利要求5、6或7所述的网络设备的控制系统，其特征在于，所述网络设备包括路由器和/或交换机。
说明书 :
技术领域
本发明涉及网络设备领域，尤其涉及一种基于多核处理器的网络设备的控制方法及系统。
背景技术
随着数据通信技术的发展，特别是高带宽高速度的数据通信技术的出现。对嵌入式处理器的要求也变得越来越高，一方面要处理大量的人机交互、外设控制等任务，另一方面还要对不同接口的信息数据进行处理，与此同时，嵌入式系统还要应对功耗更低，体积更小的挑战。
此前处理器一直致力于单核处理器的发展，其性能已经发挥到极致。但应用对CPU资源的需求却远远超过CPU的发展速度，单核也越来越难以满足要求，其局限性也日渐明显。对于新的应用而言，速度已经不再是唯一因素，提升性能才是更好的选择。而如果引入多核技术，便可以在较低频率、较小缓存的条件下达到大幅提高性能的目的。通过划分任务、线程应用能够充分利用多个执行内核，并可在特定的时间内执行更多任务。
目前涉及网络设备的多核处理器的专利都没有写明如何控制外部若干相关业务模块(业务模块实现网络中2到7层的处理，包括：2层交换，IPV4/IPV6路由，MPLS、以及基于各种策略的QOS等，业务模块进行数据的接收、发送、转发、修改，并且向多核处理器上报各种信息)。如专利“数据处理系统及方法”(专利号03143123)，它是一种数据处理系统，该数据处理系统包括有：至少一个单片多核处理器，每个单片多核处理器至少具有两个处理核；若干处理平面，用于将所要处理的数据进行划分若干类别；其中，根据需要排列组合处理平面，分配给处理平面或平面组合相应的处理核，以实现各个处理平面/平面组合的数据处理。又如专利申请“一种网络设备和基于多核处理器的报文转发方法”(申请号为200610154200)，公开了一种网络设备和基于多核处理器的报文转发方法。该网络设备中包括：分类单元和包括多个核(Core)单元的转发处理单元。分类单元在网络设备的任意一个端口接收到报文时，从转发处理单元中选择核单元，将接收到的报文发送至所选的核单元；转发处理单元中的任意一个核单元，在接收到报文时进行报文转发处理。
此前处理器一直致力于单核处理器的发展，其性能已经发挥到极致。但应用对CPU资源的需求却远远超过CPU的发展速度，单核也越来越难以满足要求，其局限性也日渐明显。对于新的应用而言，速度已经不再是唯一因素，提升性能才是更好的选择。而如果引入多核技术，便可以在较低频率、较小缓存的条件下达到大幅提高性能的目的。通过划分任务、线程应用能够充分利用多个执行内核，并可在特定的时间内执行更多任务。
目前涉及网络设备的多核处理器的专利都没有写明如何控制外部若干相关业务模块(业务模块实现网络中2到7层的处理，包括：2层交换，IPV4/IPV6路由，MPLS、以及基于各种策略的QOS等，业务模块进行数据的接收、发送、转发、修改，并且向多核处理器上报各种信息)。如专利“数据处理系统及方法”(专利号03143123)，它是一种数据处理系统，该数据处理系统包括有：至少一个单片多核处理器，每个单片多核处理器至少具有两个处理核；若干处理平面，用于将所要处理的数据进行划分若干类别；其中，根据需要排列组合处理平面，分配给处理平面或平面组合相应的处理核，以实现各个处理平面/平面组合的数据处理。又如专利申请“一种网络设备和基于多核处理器的报文转发方法”(申请号为200610154200)，公开了一种网络设备和基于多核处理器的报文转发方法。该网络设备中包括：分类单元和包括多个核(Core)单元的转发处理单元。分类单元在网络设备的任意一个端口接收到报文时，从转发处理单元中选择核单元，将接收到的报文发送至所选的核单元；转发处理单元中的任意一个核单元，在接收到报文时进行报文转发处理。
发明内容
为了解决上述的技术问题，提供了一种基于多核处理器的网络设备的控制方法及系统，其目的在于，通过点对点传输的交换矩阵芯片对网络设备的业务模块实现有效控制。
本发明提供了一种基于多核处理器的网络设备的控制方法，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，包括：
步骤1，设置交换装置，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；
步骤2，管理模块通过交换装置控制业务模块，管理模块还控制路由模块通过交换装置维护业务模块的局部路由表。
所述交换装置为点对点传输的交换矩阵芯片。
点对点传输的交换矩阵芯片的接口为网络接口或者PCI EXPRESS接口。
点对点传输的交换矩阵芯片为单芯片，或者为若干单芯片的级联。
路由模块运行边界网关协议和/或开放最短路径优先协议等大型的动态路由协议。
本发明提供了一种基于多核处理器的网络设备的控制系统，包含多核处理器、业务模块，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，还包括交换装置，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；
管理模块，用于通过交换装置控制业务模块，还控制路由模块通过交换装置维护业务模块的局部路由表。
所述网络设备包括路由器和/或交换机，但不局限于路由器或交换机。
本发明采用点到点传输的交换矩阵芯片使得控制部分与业务部分的数据吞吐量加大，速度加快，提高了网络设备的控制部分的响应速度和处理能力，满足了互联网时代对于网络设备不断提高的容量和带宽的需求。
本发明提供了一种基于多核处理器的网络设备的控制方法，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，包括：
步骤1，设置交换装置，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；
步骤2，管理模块通过交换装置控制业务模块，管理模块还控制路由模块通过交换装置维护业务模块的局部路由表。
所述交换装置为点对点传输的交换矩阵芯片。
点对点传输的交换矩阵芯片的接口为网络接口或者PCI EXPRESS接口。
点对点传输的交换矩阵芯片为单芯片，或者为若干单芯片的级联。
路由模块运行边界网关协议和/或开放最短路径优先协议等大型的动态路由协议。
本发明提供了一种基于多核处理器的网络设备的控制系统，包含多核处理器、业务模块，所述多核处理器具有N个核，该多核处理器包含具有L个核的路由模块和具有M个核的管理模块，L+M＝N，L、M、N均为自然数，N≥2，还包括交换装置，用于为多核处理器控制业务模块提供通道；
管理模块，用于通过交换装置控制业务模块，还控制路由模块通过交换装置维护业务模块的局部路由表。
所述网络设备包括路由器和/或交换机，但不局限于路由器或交换机。
本发明采用点到点传输的交换矩阵芯片使得控制部分与业务部分的数据吞吐量加大，速度加快，提高了网络设备的控制部分的响应速度和处理能力，满足了互联网时代对于网络设备不断提高的容量和带宽的需求。
附图说明
图1是本发明提供的网络设备硬件结构图；
图2是本发明在网络设备中所用的多核处理器的示意图；
图3是本发明在网络设备中所用的多核处理器功能模块示意图；
图4是本发明的一个具体的实施例流程图。
图2是本发明在网络设备中所用的多核处理器的示意图；
图3是本发明在网络设备中所用的多核处理器功能模块示意图；
图4是本发明的一个具体的实施例流程图。
具体实施方式
本发明提供的一种网络设备基于多核处理器的控制系统包括以下模块：多核处理器、点对点传输的交换矩阵芯片、若干业务模块，如图1所示。
多核处理器是在一个芯片上集成多个微处理器核心，每个微处理器核心又有多个线程，从实质上说，每个微处理器核心都是一个多线程微处理器，而且这多个核心间联系非常紧密，甚至共享L1、L2和L3等。其核心间通过高速总线连接在一起。多核处理器的结构如图2所示，它是网络设备的主要控制芯片，主动对网络设备进行控制，维护，配置，管理等。多核处理器包含两个以上的微处理器核心。
点对点传输的交换矩阵芯片是多核处理器控制业务模块的通道，控制命令和控制数据都由多核处理器发出，通过此通道与业务模块联系。点对点传输的交换矩阵芯片的接口可以是但不局限于网络接口或者PCI EXPRESS(为周边元件扩展接口快车)接口。点对点传输的交换矩阵芯片可以是一块单芯片，也可以是若干单芯片的级联。
业务模块是网络设备的业务处理部分，根据多核处理器的命令进行业务处理，接受多核处理器的控制，进行数据的接收、发送、转发、修改，并且向多核处理器上报各种信息。
如图1所示，网络设备中，与多核处理器连接的存储器有两种，分别为非易失存储器，装载有系统启动时的程序，包含多核处理器的配置文件；易失存储器，装载有系统运行时的程序和数据。
本发明提供的基于多核处理器的网络设备的控制方法包含：
第一步：把多核处理器划分为两个功能块，分别是路由模块，管理模块。
第二步：根据路由模块和管理模块的性能需求，分配给它们相应的数量的微处理器核心。
第三步：程序启动运行，
第四步：当管理模块由多于两个的微处理器核心组成时，内核的工作是并行的，要把任务安排到不同的核中并发执行。管理模块是网络设备的主控制节点，它负责管理和维护整个网络设备，保证所有的业务模块正常工作以完成IP分组的路由和转发。管理模块通过控制通道中的交换矩阵芯片，分别控制各个业务模块的工作，同时要完成系统的控制、维护、配置和管理等功能。管理模块还通过多核处理器内部总线监测、控制路由模块的工作。
第五步：路由模块运行边界网关协议(BGP-4)和/或开放最短路径优先协议(OSPFv2)等大型的动态路由协议，维护全局路由表，并保证各个业务模块的局部路由表和全局路由表的一致。当路由模块由多于两个的微处理器核心组成时，内核的工作是并行的，要把任务安排到不同的核中并发执行。
本发明是采用多核处理器，利用点对点传输的交换矩阵芯片技术控制网络设备(网络设备包括路由器或交换机设备，但不仅限于路由器或交换机设备)的各个业务模块工作的一种控制方法。
如图3所示，对于具有N个核的多核处理器按功能可以划分为两个部分：具有M个核的管理模块和具有L个核的路由模块。管理模块和路由模块通过多核处理器内部总线交换信息。多核处理器具有的处理器核数目为N(N＝L+M)。
路由模块：运行边界网关协议(BGP-4)和/或开放最短路径优先协议(OSPFv2)等大型的动态路由协议。
管理模块：是网络设备的主要控制部分，实现网络的管理功能，包括整体的控制，维护，配置，管理等功能，同时便于版本的升级和改进。
如图4所示，一个具体的实施例的工作步骤如下：
步骤401，开机，网络设备系统上电。
步骤402，多核处理器的第一个处理器内核启动，从非易失存储器加载程序，第一个处理器内核依据配置文件，把各个处理器内核的程序搬移到易失存储器的相应位置，依次启动处理器内核，直到第N个处理器内核启动运行。
步骤403，多核处理器的管理模块通过点对点传输的交换矩阵芯片，分别访问业务模块，读取每个业务模块的数据和状态，经过处理后发送相应的命令，控制业务模块的运行，以完成IP分组的路由和转发。
步骤404，多核处理器的管理模块和路由模块通过多核处理器内部总线交换信息。
步骤405，多核处理器的路由模块运行边界网关协议(BGP-4)和/或开放最短路径优先协议(OSPFv2)等大型的动态路由协议，通过点对点传输的交换矩阵芯片，分别访问业务模块，维护全局路由表，并保证各个业务模块的局部路由表和全局路由表的一致。
本发明引入了多核处理器，大大提高了数据设备控制模块的处理能力，提高了整个系统的响应速度。在多核处理器外部硬件封装相同的情况下，可以根据系统的性能需求，灵活配置2至N个核的多核处理器，兼容性非常好。内核少时可以减低成本，内核多时可以提高性能。本发明采用点到点传输的交换矩阵芯片，在多个IO口之间提供高速的点对点传输的连接关系。连接到其中一个端口的多核处理器允许其它端口对等的网络通讯，扇出，或者在一个特定端口都和多核处理器聚集通讯。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。
多核处理器是在一个芯片上集成多个微处理器核心，每个微处理器核心又有多个线程，从实质上说，每个微处理器核心都是一个多线程微处理器，而且这多个核心间联系非常紧密，甚至共享L1、L2和L3等。其核心间通过高速总线连接在一起。多核处理器的结构如图2所示，它是网络设备的主要控制芯片，主动对网络设备进行控制，维护，配置，管理等。多核处理器包含两个以上的微处理器核心。
点对点传输的交换矩阵芯片是多核处理器控制业务模块的通道，控制命令和控制数据都由多核处理器发出，通过此通道与业务模块联系。点对点传输的交换矩阵芯片的接口可以是但不局限于网络接口或者PCI EXPRESS(为周边元件扩展接口快车)接口。点对点传输的交换矩阵芯片可以是一块单芯片，也可以是若干单芯片的级联。
业务模块是网络设备的业务处理部分，根据多核处理器的命令进行业务处理，接受多核处理器的控制，进行数据的接收、发送、转发、修改，并且向多核处理器上报各种信息。
如图1所示，网络设备中，与多核处理器连接的存储器有两种，分别为非易失存储器，装载有系统启动时的程序，包含多核处理器的配置文件；易失存储器，装载有系统运行时的程序和数据。
本发明提供的基于多核处理器的网络设备的控制方法包含：
第一步：把多核处理器划分为两个功能块，分别是路由模块，管理模块。
第二步：根据路由模块和管理模块的性能需求，分配给它们相应的数量的微处理器核心。
第三步：程序启动运行，
第四步：当管理模块由多于两个的微处理器核心组成时，内核的工作是并行的，要把任务安排到不同的核中并发执行。管理模块是网络设备的主控制节点，它负责管理和维护整个网络设备，保证所有的业务模块正常工作以完成IP分组的路由和转发。管理模块通过控制通道中的交换矩阵芯片，分别控制各个业务模块的工作，同时要完成系统的控制、维护、配置和管理等功能。管理模块还通过多核处理器内部总线监测、控制路由模块的工作。
第五步：路由模块运行边界网关协议(BGP-4)和/或开放最短路径优先协议(OSPFv2)等大型的动态路由协议，维护全局路由表，并保证各个业务模块的局部路由表和全局路由表的一致。当路由模块由多于两个的微处理器核心组成时，内核的工作是并行的，要把任务安排到不同的核中并发执行。
本发明是采用多核处理器，利用点对点传输的交换矩阵芯片技术控制网络设备(网络设备包括路由器或交换机设备，但不仅限于路由器或交换机设备)的各个业务模块工作的一种控制方法。
如图3所示，对于具有N个核的多核处理器按功能可以划分为两个部分：具有M个核的管理模块和具有L个核的路由模块。管理模块和路由模块通过多核处理器内部总线交换信息。多核处理器具有的处理器核数目为N(N＝L+M)。
路由模块：运行边界网关协议(BGP-4)和/或开放最短路径优先协议(OSPFv2)等大型的动态路由协议。
管理模块：是网络设备的主要控制部分，实现网络的管理功能，包括整体的控制，维护，配置，管理等功能，同时便于版本的升级和改进。
如图4所示，一个具体的实施例的工作步骤如下：
步骤401，开机，网络设备系统上电。
步骤402，多核处理器的第一个处理器内核启动，从非易失存储器加载程序，第一个处理器内核依据配置文件，把各个处理器内核的程序搬移到易失存储器的相应位置，依次启动处理器内核，直到第N个处理器内核启动运行。
步骤403，多核处理器的管理模块通过点对点传输的交换矩阵芯片，分别访问业务模块，读取每个业务模块的数据和状态，经过处理后发送相应的命令，控制业务模块的运行，以完成IP分组的路由和转发。
步骤404，多核处理器的管理模块和路由模块通过多核处理器内部总线交换信息。
步骤405，多核处理器的路由模块运行边界网关协议(BGP-4)和/或开放最短路径优先协议(OSPFv2)等大型的动态路由协议，通过点对点传输的交换矩阵芯片，分别访问业务模块，维护全局路由表，并保证各个业务模块的局部路由表和全局路由表的一致。
本发明引入了多核处理器，大大提高了数据设备控制模块的处理能力，提高了整个系统的响应速度。在多核处理器外部硬件封装相同的情况下，可以根据系统的性能需求，灵活配置2至N个核的多核处理器，兼容性非常好。内核少时可以减低成本，内核多时可以提高性能。本发明采用点到点传输的交换矩阵芯片，在多个IO口之间提供高速的点对点传输的连接关系。连接到其中一个端口的多核处理器允许其它端口对等的网络通讯，扇出，或者在一个特定端口都和多核处理器聚集通讯。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。