基于交换芯片的3级调度算法的研究与实现

张 蕾，戴锦友

(光纤通信技术和网络国家实验室烽火网络有限公司，武汉 430074)

随着网络上新应用的不断出现，对网络的服务质量也提出了更新的要求。QoS旨在针对各种应用的不同需求，为其提供不同的服务质量，例如为报文分类和着色，对流量进行管理和避免网络拥塞等功能，层次化的调度方式更能灵活地实现流量的管理，对于先来的报文可以进行1级调度后，与后来的报文再次进行2级调度处理，依次往下按自己需求进行调度，使得出去的报文是最优的，这就是层次化的调度方式。

1 3级调度的原理

第五代交换芯片支持3级调度，由S1，S2和S33个调度节点组成。S1调度节点有4个(S3.0～S3.3，MC-group)，S2调度节点有3个(S2.0～S2.2)，S1调度节点有1个。3级调度的意义在于前1个调度的输出队列可以作为下个节点的输入队列，在这种结构中，S2/S3的输出队列可以作为S1调度节点的输入。

下面来说明队列和调度节点之间的映射关系:

1)10个单播队列。4个单播UC队列Q0～Q3用来映射到S3节点，Q4～Q7映射S2节点，或者Q0～Q7全部映射到S2节点。还有2个单播队列UC直接映射到S1节点。

2)5个组播MC队列。1个MC直接用来映射到S1节点，MC Q0～Q3全部映射到S3节点，或者这4个MC队列组成1个MC Group映射到S1节点，如图1所示。

图1 1级调度结构图(软件截图)

因为交换芯片支持的是3级调度，所以寄存器的配置方式就与其他芯片不一样，下面会具体分析每个寄存器的值如何写入。但是与其他芯片一样，同样支持SP，RR，WRR，WERR这4种调度算法。

下面主要看看各个相关寄存器:

1)第1级调度S3节点相关的寄存器为S3_CONFIG，S2_S3_ROUTING和S3_COSWEIGHTS。

其中S3_CONFIG 用来配置 S3.0，S3.1，S3.2，S3.3 等4个节点的调度方式。字段SCHDULING_SLECTTf为8 bit，0 ～1 bit对应的是 S3.0，2 ～3 bit对应的是 S3.1，4～5 bit对应的是 S3.2，5 ～6 bit对应的是 S3.3，ROUTE_UC_TO_S2f的1个bit表示允许S3节点的单播队列映射到S2节点。因此配置调度方式的时候应该每个节点都应该配置到，例如4个节点分别配置为SP优先级调度，故写入寄存器的值应该为0x10。

S2_S3_ROUTING寄存器是表示S3节点和S2节点队列之间的映射关系，队列0～3表示的是S3.0～S3.3映射的4个组播队列，队列4～7表示S3.0～S3.3映射过来的4个单播队列UC0～UC3，队列8～11表示的是单播队列UC4～UC7。

当配置好S3节点的调度模式为WRR，对应队列的权重写入寄存器S3_COSWEIGHTS。

2)第2级调度S2节点相关的寄存器有S2_CONFIG，S2_COSWEIGHTS。类似地，S2_CONFIG是用来配置节点的调度模式。当调度模式为WRR时，用S2_COSWEIGHTS来配置队列权重。地址0～3是节点S3映射的4个组播队列，地址4～7是S3节点映射的4个单播队列UC3，地址8～11对应的是单播队列UC4～UC7。

3)第3级调度节点S1相关寄存器:调度模式寄存器ESCONFIG和配置权重COSWEIGHTS。

2 3级调度软件实现

首先解决队列优先级映射关系的问题，通过在代码的初始化部分增bcm_cosq_config_set函数完成队列初始化映射关系，保证队列0～7对应的优先级分别为0～7。

bcm_cosq_config_set(uint，8);

当然，在初始化部分关于S2，S3寄存器的初始化也没有，所以在初始化部分还应该加上对寄存器初始化的部分，S2.0和S3配置为RR调度模式，值分别为0x15和0x55，S2.1，S2.2初始化的时候不用到，所以值为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);

用以上代码完成了对调度节点的初始化配置。

3 实验仿真及分析

搭建环境:实验用到仪表IXIA，6根光纤，在21槽位的上联板选择上联端口XE55，XE56，XE57作为实验端口，XE56，XE57发包，XE55收包;在仪表的 card1上选择1，3，5，3个端口分别用光纤与设备端口相连。

拓扑结构如图2所示。

图2 实验拓扑结构

万兆口XE56，XE57发单播包，XE55收包。在出端口XE55配置节点状态，值得注意的是，单播UC0～3只能映射到S3节点，UC4～7只能映射到S2节点。

1个单播UC优先级为1映射到S3.1，故应该在调度模式比特写入0x04，1个单播UC优先级为4映射到节点S2.0，相应的比特值为1。在S3，S2，S1节点配置调度模式为RR，见图3所示。

图3 端口轮询收到包(截图)

2)实验数据2:2个UC包→S2.0→S1

2个队列优先级为4和5，只能映射到S2节点。在S2，S1节点配置调度模式为WRR，权重比为1∶2。优先级为4和5的队列分别映射到S2节点队列的8和9，见图4所示。

图4 端口收到包的比重为1∶2(截图)

1个优先级为1的组播包映射到在S3.1，1个优先级为0的单播包映射到S3.0。S3，S2，S1节点配置调度模式为SP，见图5所示。

从以上实验可以看出多级调度支持单播队列，组播队列以及单播和组播的混合队列调度，调度方式灵活。每级调度可以采用不同的调度算法，调度级数也灵活多变，可以根据队列需求选择调度级数，也就是说多级调度也支持单级调度的模式。

图5 端口收到优先级1的组播包(截图)

4 小结

本文基于第五代BCM交换芯片，分析了层次化调度方式的原理，软件实现以及其仿真实现结果。仿真结果显示:对单播组播包，每级调度节点采用不同的调度算法，最后都能实现优先包的输出。这种层次化的调度方式可更灵活地实现流量的管理。

［1］CHETTO H，CHETTO M.Some results of earliest deadline scheduling algorithm［J］.IEEE Trans.Software Engineering，1989，15(10):1261－1269.

［2］RFC 2212，Specification of guaranteed quality of service［S］.1997.

［3］BAKER T.Stack－based scheduling of real－time processes［J］.Journal of Real－Time System，1991，3(1):79－100.

［4］刘勤让，邬江兴.Internet中QoS的分析理论探讨［J］.计算机科学，2005，32(4):1－3.

［5］刘韵洁，张云勇，张智江.下一代网络服务质量技术［M］.北京:电子工业出版社，2005.