交流机中的排队延时是给分组端到端延时带来踏实 定性的主要 成分 。因为 要支持确定性的延时，TSN交流机中的行列设计必需 有别于传统的尺度交流机。基于FAST流水线扩展模子 和CQF-UDO模块设计，五月天app官网无限观看在openbox-S4可编程平台上睁开 TSN交流机原型（FAST-TSN-04）设计，本文详细先容 了该原型机中的行列模子 ，并对分组交流延时举行 剖析 。 一、FAST-TSN-04的行列模子       FAST-TSN-04基于Openbox-S4完成 （焦点FPGA为ZynqXC7Z030），支持4个千兆以太网接口分组和TSN的CQF流量整形，可保险 准确 的分组交流延时。其外部 的行列结构 如下图所示。分组交流历程的缓存主要 分为三个阶段，即输入 缓存，交流缓存和输入 缓存。    （1）输入 缓存
     输入 缓存在openbox-S4平台提供的FPGA OS中完成 ，用户无法凭证 TSN的转发需求举行 任何修正 和定制。每个接口吸收 的分组不加区此外凭证 先来先效劳 的行列方式 生涯 在输入 缓存FIFO行列中。FIFO行列的宽度为128bit，时钟频率为125HHz。因为 每个接口速率为1Gbps，是以 进入FIFO行列的速率最大为1Gbps，而在A点调治器调治分组输入 带宽为16Gbps（128b*125MHz）。      参考文献[1]证明 晰 在上述行列结构 下，每个FIFO行列不溢出的条件为：      且分组内行 列中的最大延时：      将Vi=1Gbps，f=125MHz，Bd=128b，L=1500B，N=4带入可得将每个吸收 的FIFO行列长度设置为1.8KB即可保险 无分组溢出，分组的最大延时为4.5us。    （2）交流缓存
     交流缓存接纳共享存储方式，即B点（FAST流水线中的GPP模块）从PB获取闲暇 的缓冲区块地址，将每个抵达 的分组写入PB中存储，同时将地址信息写入分组的元数据中。FAST流水线模块（GKE、GME、GAC）运用 分组的元数据举行 交流查表，取得 其目的输入 接口，即可将分组的元数据（征求 分组优先级和输入 接口号）写入照应 的输入 行列中等候 调治。      GAC没有对TSN举行 优化设计，每个端口仅支持高（H）低（L）两个优先级行列。支持TSN时，可设置 将优先级4-7的分组元数据送高优先级行列缓存，优先级0-3的分组元数据送低优先级行列缓存。C点（GAC模块）的调治器接纳两级调治的头脑 ，第一级是每个输入 端口调治高优先级分组输入 ，第二级是在多个优先级行列中接纳Round-Robin方式举行 调治。      接纳RR调治能够 招致 一个端口的低优先级帧先于另一个端口的高优先级行列发送，这种情形 是合理的，因为 GAC调治对应的速率为16Gbps，而对应CQF-UDO的输入 带宽为1Gbps，纵然高优先级帧被优先调治到UDO模块，还需求 在UDO模块中举行 进一步缓存。      交流缓存是交流机中的主要 缓存。当多个输入 端口向一个输入 端口同时发送数据时，交流机理想的缓存应当 在一定流量条件下保险 输入 接口不溢出。如今 TSN事情组正在制定 面向工业自动化场景的TSN规范 草案“IEC/IEEE 60802 TSN Profile for Industrial Automation“，在事情组最新文档（参考文献2）中给出了交流机输入 接口缓存资源MinimumFrameMemory的盘算公式： MinimumFrameMemory= (NumberOfPorts – 1) × MaxPortBlockingTime × Linkspeed 其中NumberOfPorts为交流机接口数，MaxPortBlockingTime为数据缓存时间 ，Linkspeed为接口链路速率。经过 上述公式，文档给出了当接口数目为4，链路速率为1Gbps，MaxPortBlockingTime为典型值200us时，需求 的缓存巨细为75KB。    （3）输入 缓存
     输入 缓存位于CQF-UDO外部 ，是针对TSN CQF流量整形机制设计的公用 行列。CQF-UDO征求 4个行列，其中Q7和Q6为生涯 时间 敏感分组的乒乓行列，Q4为生涯 带宽预定 分组的行列，Q0为保管 Best Effort分组的低优先级行列。      因为 时间 敏感分组（优先级为7）和预定 带宽分组（优先级为4）在交流缓存中作为高优先级分组会被优先调治到UDO，是以 关于 合理的离线调治（不会形成 输入 端口淤塞 ），高优先级流量不会在输入 端口长时间 排队。      形成 输入 接口Q7/Q6排队的是CQF模子 。假定 时间 敏感流量乒乓行列切换的时间 槽为125us（802.1Qch中给出的典型切换时间 ），且时间 敏感流量不凌驾链路负载的20%（200Mbps），是以 Q7和Q6每个行列缓存最大需求 125us*20%*1Gbps，即3.2KB。      Q4行列主要 生涯 带宽预定 流量，因为 在D点（GOE）可运用 令牌桶对流量整形，是以 Q4的长度只即是令牌桶的桶深即可，这里可设置为4KB。      Q0行列只是用于16G速率到接口1Gbps速率的转换，只需 D点（GOE）对UDO举行 正体1Gbps的带脱期 速，Q0行列只需缓存一个大的完整 分组即可，是以 选择2KB即可。 二、缓存资源和转发延时评价    （1）存储资源评价
     凭证 以上剖析 ，对FAST-TSN-04运用 的存储资源举行 评价 如下表所示。      Opnebox-S4选用Zynq芯片XC7Z030内嵌的缓冲区为9.3Mb，而FAST-TSN-04运用 的缓冲区巨细为140KB，约1.1Mb。是以 纵然思量 数据成块分配招致 缓存效率降低， FPGA外部 缓存是可以知足 需求的。    （2）延时评价
     对FAST-TSN-04的延时评价 主要 针对时间 敏感流量和带宽预定 流量。基于上述剖析 ，图中各参考点之间的延时预算 如下表所示。表中的延时预算 为头进到头出的延时。关于 最大分为1500B和千兆带宽，分组头进尾出延时还要增肌1500*8b/1GBps=12us左右。因为 FAST流水线时钟为125MHz，每个时钟节拍 8ns，1us约125个时钟节拍 。      基于上述剖析 ，不思量 CQF的缓存需求，交流流程中高优先级分组（时间 敏感分组和预定 带宽分组）最大延时约15us。关于 无离线妄想 的best effort分组，最大延时能够 凌驾600us（75KB/1Gbps）。 参考文献
[1] 李韬，孙志刚等，面向下一代互联网实验平台的新型报文处置赏罚 模子 ——EasySwitch， 盘算机学报，2011年11期
[2] Use CasesIEC/IEEE 60802 V1.3,https://1.ieee802.org/tsn/iec-ieee-60802-tsn-profile-for-industrial-automation/