為了支持更加靈活的用戶(hù)邏輯定制，以及基于集中緩存的交換輸出調(diào)度，解決目前TSN交換開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的用戶(hù)邏輯定制復(fù)雜等問(wèn)題，經(jīng)討論和征求現(xiàn)有用戶(hù)意見(jiàn)，F(xiàn)AST流水線(xiàn)模型由3.0版本升級(jí)到3.1版本。
一、3.0版本存在的問(wèn)題
FAST3.0流水線(xiàn)模型如圖1所示。其主要特點(diǎn)是增加了Pre-Ingress流水線(xiàn)段，避免GPP（通用分組解析）將IEEE1588v2的PTP協(xié)議幀定向到軟件處理或丟棄，同時(shí)將GOE（通用輸出引擎）直接與UDO（用戶(hù)定義輸出）連接，取消了UDO到GOE的反壓流控信號(hào)，避免了分組輸出延時(shí)的不確定性，為基于FAST架構(gòu)的TSN交換實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
圖1 FAST流水線(xiàn)3.0版本的結(jié)構(gòu)
然而，F(xiàn)AST用戶(hù)在TSN交換功能開(kāi)發(fā)時(shí)也面臨了兩個(gè)問(wèn)題。一是基于FIFO結(jié)構(gòu)的PBuf（分組緩存）只支持先來(lái)先服務(wù)的輸出調(diào)度算法，限制了其他輸出調(diào)度算法的應(yīng)用；二是Pbuf的寫(xiě)入和讀出邏輯分別與GPP和GAC（通用轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作）模塊綁定，強(qiáng)制用戶(hù)必須同時(shí)使用PBuf緩存管理和GPP/GAC的功能，限制了用戶(hù)自定義邏輯的靈活性。
二、3.1版本簡(jiǎn)介
FAST流水線(xiàn)3.1版本模型如圖2所示，對(duì)比3.0版本主要有三個(gè)主要變化。
（1）基于BID的Pbuf管理
Pbuf按照RAM的方式組織，內(nèi)部存儲(chǔ)被劃分為多個(gè)分組緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)使用體格BID（緩沖區(qū)ID）表示。每個(gè)到達(dá)流水線(xiàn)的分組都會(huì)被分配一個(gè)BID，BID嵌入分組的元數(shù)據(jù)在流水線(xiàn)中傳遞。當(dāng)流水線(xiàn)需要從Pbuf讀出分組時(shí)，根據(jù)分組的BID向Pbuf發(fā)出讀出請(qǐng)求。由于BID機(jī)制可以支持非FIFO的分組讀出順序，因此可以支持流水線(xiàn)采用更加復(fù)雜的分組輸出調(diào)度策略。
（2）Pbuf管理與GPP和GAC解耦
FAST流水線(xiàn)3.0版本及以前均將Pbuf和寫(xiě)入和讀出邏輯分別嵌入GPP和GAC模塊，因此使用Pbuf時(shí)默認(rèn)需要流水線(xiàn)配置GPP和GAC模塊，這給用戶(hù)邏輯定制帶來(lái)不便。例如很多用戶(hù)交換場(chǎng)景（例如二層TSN交換）并不需要對(duì)IP的解析，而GPP包含了IPv4/IPv6以及傳輸層協(xié)議的解析，默認(rèn)使用GPP使得用戶(hù)的邏輯難以簡(jiǎn)化。
圖2 FAST 3.1的流水線(xiàn)擴(kuò)展模型
在FAST流水線(xiàn)3.1版本中，Ingress流水線(xiàn)的第一個(gè)模塊固定為IBM（Ingress緩存管理），IBM從CBM（集中緩存管理）獲取一個(gè)空閑的BID，將分組寫(xiě)入該BID，并將BID嵌入分組元數(shù)據(jù)中。在Egress流水線(xiàn)中嵌入EBM（Egress緩存管理）模塊，負(fù)責(zé)根據(jù)從上游接收到的分組元數(shù)據(jù)中德BID從CBM中讀取分組，向下游模塊發(fā)出。
CBM負(fù)責(zé)Pbuf中空閑緩沖區(qū)BID的維護(hù)，IBM每接收一個(gè)分組就分配一個(gè)BID，EBM沒(méi)讀取一個(gè)分組就回收一個(gè)BID。
由于流水線(xiàn)元數(shù)據(jù)中需要攜帶BID信息，因此需要將原有FAST架構(gòu)中的元數(shù)據(jù)定義進(jìn)行修改，主要是取消元數(shù)據(jù)中的SeqNum序列號(hào)字段和縮短分組長(zhǎng)度字段，詳細(xì)見(jiàn)《FAST元數(shù)據(jù)格式規(guī)范》。
（3）模塊的顏色標(biāo)注
為了進(jìn)一步區(qū)分模塊的屬性，支持用戶(hù)利用現(xiàn)有成熟模塊進(jìn)行快速原型實(shí)現(xiàn)以及完全定制自己的模塊，F(xiàn)AST模塊引入顏色標(biāo)注機(jī)制。
表1列車(chē)數(shù)據(jù)類(lèi)型與TSN數(shù)據(jù)類(lèi)型映射表
| 顏色 |
類(lèi)型 |
知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬性 |
知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬性 |
| 綠色 |
要求基于FAST開(kāi)發(fā)必須使用的基礎(chǔ)模塊 |
任意使用，無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題 |
IBM、CBM、EBM |
| 黃色 |
推薦基于FAST開(kāi)發(fā)的用戶(hù)使用的通用模塊 |
任意使用，無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題 |
GPP，GKE，GME，GAC，GOE |
| 白色 |
用戶(hù)自定義的模塊 |
開(kāi)發(fā)者擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán) |
1588-GAC，1588-UDO等 |
FAST社區(qū)會(huì)嚴(yán)格測(cè)試保證綠色和黃色模塊的質(zhì)量，并提供文檔和技術(shù)支持。白色模塊質(zhì)量有開(kāi)發(fā)用戶(hù)負(fù)責(zé)。經(jīng)用戶(hù)授權(quán)和FAST社區(qū)測(cè)試，白色模塊也會(huì)變成黃色模塊。
附：FAST流水線(xiàn)版本歷史
| 版本 |
時(shí)間 |
改動(dòng) |
| 1.0 |
2016.12 |
初始的FAST流水線(xiàn)版本，主要特點(diǎn)包括：
（1）標(biāo)準(zhǔn)的五級(jí)流水線(xiàn)（用戶(hù)定義的解析、關(guān)鍵字提取，查表，轉(zhuǎn)發(fā)action，輸出引擎）；
（2）用戶(hù)通過(guò)擴(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)五級(jí)流水線(xiàn)模塊功能，實(shí)現(xiàn)定制邏輯
|
| 2.0 |
2018.6 |
（1）支持用戶(hù)通過(guò)插入自己的模塊擴(kuò)展流水線(xiàn)的處理功能，而無(wú)需修改已有的五級(jí)流水線(xiàn)邏輯
|
| 3.0 |
2019.1 |
在2.0版本基礎(chǔ)上：
（1）增加了Pre-Ingress流水線(xiàn)段，支持對(duì)GPP不支持的協(xié)議幀進(jìn)行解析和處理
（2）將GOE直接與UDO連接，避免了分組輸出延時(shí)的不確定性，為支持TSN提供保證 |
| 3.1 |
2019.3 |
在3.0版本基礎(chǔ)上：
（1）將分組緩沖區(qū)（PB）由單FIFO隊(duì)列模式改為基于RAM的隨機(jī)存取的方式，支持有優(yōu)先級(jí)區(qū)別的分組緩存和輸出調(diào)度算法；
（2）將分組寫(xiě)入PB的邏輯從GPP模塊中獨(dú)立出來(lái)，將從PB讀出分組的邏輯從GAC模塊分離出來(lái)，有助于用戶(hù)邏輯定制時(shí)，使用流水線(xiàn)提供的分組緩存管理機(jī)制，而定制自己的分組解析和轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作邏輯。
（3）修改相應(yīng)的元數(shù)據(jù)格式定義；
（4）FAST流水線(xiàn)模塊的顏色標(biāo)注機(jī)制； |
