TI KeyStone 架構(gòu)支持 L2 與傳輸處理

TI 名為“KeyStone”的多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)不僅功能強(qiáng)大而且極富創(chuàng)新性，從而使基站廠商能夠從 LTE 等最新技術(shù)中顯著受益。該架構(gòu)具備的眾多關(guān)鍵組件不僅可支持新的 LTE 功能，同時(shí)也可用于提升 WCDMA 等現(xiàn)有無線技術(shù)的性價(jià)比。圖 6 對(duì) KeyStone 架構(gòu)進(jìn)行了說明。

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圖 6 – KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)

TI KeyStone多內(nèi)核架構(gòu)擁有高度的靈活性，可同時(shí)集成定點(diǎn)與浮點(diǎn)運(yùn)算、定向協(xié)處理與硬件加速，以及優(yōu)化的內(nèi)核間/組件間通信。此架構(gòu)包括多個(gè) C66x DSP 內(nèi)核，能夠支持高達(dá) 256 GMAC 的定點(diǎn)運(yùn)算性能以及 128GFLOP 的浮點(diǎn)運(yùn)算性能。另外，此架構(gòu)還包括綜合而全面的連接功能層：TeraNet2 能夠與各種處理組件無縫互連；多內(nèi)核共享內(nèi)存控制器能直接接入片上共享存儲(chǔ)器與外部第三代雙倍數(shù)據(jù)速率 (DDR3) 存儲(chǔ)器；多內(nèi)核導(dǎo)航器可助于管理整個(gè) SoC 架構(gòu)的通信；以及 HyperLink 50 可與額外的協(xié)處理器或其他 TI SoC 等同伴器件實(shí)現(xiàn)互通互連。部分此類關(guān)鍵處理組件可在 TI SoC 上實(shí)現(xiàn) LTE L2 與傳輸處理。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器是一款硬件加速器，能夠減輕 DSP 內(nèi)核處理往返于核心網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)分組的工作量。網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器包含 6 個(gè)微精簡(jiǎn)指令集計(jì)算 (µRISC) 內(nèi)核，可加速自主的分組對(duì)分組處理。網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器中的硬件模塊 —— 分組加速器與安全加速器可在傳輸網(wǎng)絡(luò)層以及深層無線電廣播網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)快速通道處理。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器在 LTE 傳輸/回程側(cè)的功能特性包括：以太網(wǎng)/IP/包絡(luò)安全有效負(fù)載 (ESP)/用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (UDP) 報(bào)頭處理；循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 驗(yàn)證與生成；IPSec 檢測(cè)、認(rèn)證、加密與解密；通用路由包絡(luò) (GRE) 隧道；基于 IPv4/6、傳輸控制協(xié)議 (TCP)/UDP、SCTP 端口或 GTP-U 隧道數(shù)據(jù)包的分類與路由；以及，基于 GTP-U 的服務(wù)質(zhì)量。
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在無線電廣播端，網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器可支持基于特定配置文件匹配（例如根據(jù)【RFC】4995 批注請(qǐng)求的未壓縮大型數(shù)據(jù)包）與 3GPP 空中加密與解密的 RoHC。網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器支持每秒 150 萬個(gè)數(shù)據(jù)包（1Gbps 以太網(wǎng)線速）的處理速度，帶相關(guān)安全上下文高速緩存的 64 條獨(dú)立 IPSec 隧道，安全上下文在主存儲(chǔ)器中的 8,192 條 IPSec 隧道，以及 8,192 個(gè) GTP-U 隧道 ID 查詢條目。

多內(nèi)核導(dǎo)航器多內(nèi)核導(dǎo)航器使用一套隊(duì)列管理器子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)包直接存儲(chǔ)器存取 (DMA) 子系統(tǒng)來控制與實(shí)施設(shè)備內(nèi)的高速數(shù)據(jù)包移動(dòng)，從而能夠顯著降低設(shè)備 DSP 的傳統(tǒng)內(nèi)部通信負(fù)載，進(jìn)而提高整體系統(tǒng)性能。多內(nèi)核導(dǎo)航器采用零復(fù)制方案在所有層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理優(yōu)化。多內(nèi)核導(dǎo)航器還支持分類與排序、多內(nèi)核訪問存儲(chǔ)、存儲(chǔ)器管理、分段與重組以及跨多個(gè)內(nèi)核或器件進(jìn)行交付。

隊(duì)列管理器子系統(tǒng)包含 8,192 個(gè)硬件隊(duì)列，負(fù)責(zé)加速數(shù)據(jù)包隊(duì)列的管理。在隊(duì)列管理器模塊的特定存儲(chǔ)器映射位置中寫入 32 位描述符地址，即可將數(shù)據(jù)包添加至數(shù)據(jù)包隊(duì)列?？赏ㄟ^讀取特定隊(duì)列相同地址來解除隊(duì)列。

數(shù)據(jù)包 DMA 子系統(tǒng)包含 6 個(gè)數(shù)據(jù)包DMA，能夠在 Serial RapidIO ® (SRIO)、第二代空中接口 (AIF2) 以及數(shù)據(jù)包加速器等器件中為管理數(shù)據(jù)包緩沖器的基礎(chǔ)局端提供其它子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)包 DMA是一個(gè)其數(shù)據(jù)目的地由一個(gè)目的地與自由描述符隊(duì)列索引（而非絕對(duì)存儲(chǔ)器地址）來決定的DMA。

快速通道處理與零復(fù)制方案本部分探討了如何使用 TI KeyStone 架構(gòu)的關(guān)鍵處理組件來加速 LTE L2 網(wǎng)絡(luò)與傳輸處理。上面介紹過的關(guān)鍵處理組件與 LTE L2 網(wǎng)絡(luò)及傳輸處理功能相關(guān)。這些組件實(shí)現(xiàn)的快速通道處理與零復(fù)制方案對(duì)于使用 LTE 實(shí)現(xiàn)低時(shí)延與高吞吐量性能非常重要。

傳輸層處理圖 7 說明了如何使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器來加速 LTE 傳輸層的處理。

圖 7 – 傳輸層處理的加速
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在核心網(wǎng)絡(luò)端，數(shù)據(jù)包既可以通過具有內(nèi)置串行千兆介質(zhì)獨(dú)立接口 (SGMII) 的千兆以太網(wǎng)接口也可以通過 SRIO 接口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器。數(shù)據(jù)包報(bào)頭首先經(jīng)過檢驗(yàn)和驗(yàn)證（例如以太網(wǎng) MAC 地址），然后被傳輸至 IPSec 終端。經(jīng)過 IPSec 終端后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器可檢驗(yàn)內(nèi)部報(bào)頭是否與 GTP-U/UDP/IP 相匹配。隨即執(zhí)行 32 位 GTP-U ID 值的查找，并使用關(guān)聯(lián)的 QoS 與無線電廣播承載隊(duì)列 (RBQ) 對(duì)進(jìn)入的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類。

RoHC 硬件可尋找描述匹配?？蓪?shù)據(jù)包路由至軟件RoHC處理（例如支持 RTP/UDP/IP報(bào)頭壓縮的 VoIP 數(shù)據(jù)包），或在經(jīng)過 RoHC 硬件模塊（例如根據(jù) RFC4995 規(guī)定的未壓縮大型數(shù)據(jù)包）執(zhí)行最基本的“全硬件”處理后直接對(duì) 3GPP 進(jìn)行加密。如果需要進(jìn)行軟件 RoHC 處理，在報(bào)頭壓縮后，RoHC SW 模塊將數(shù)據(jù)包返回至網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器進(jìn)行 3GPP 空中加密。加密后，數(shù)據(jù)包被路由至相關(guān)的無線廣播承載硬件隊(duì)列，并在其中根據(jù)用于相似 QoS 數(shù)據(jù)包的算法來進(jìn)行調(diào)度。向 RLC/MAC 模塊交付調(diào)度授權(quán)后，其根據(jù)需要從 RBQ 彈出的數(shù)據(jù)包可將這些授權(quán)傳遞至 RLC/MAC 協(xié)議棧，并根據(jù)所授權(quán)的長(zhǎng)度創(chuàng)建 MAC PDU。

總之，網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器可創(chuàng)建全加速的自主快速通道處理，在大多數(shù)情況下可完全終止 S1-U/X2 用戶層處理并為軟件運(yùn)行交付已分類的 RLC SDU。

L2 數(shù)據(jù)層處理多內(nèi)核導(dǎo)航器可為 LTE L2 數(shù)據(jù)（用戶）層處理提供數(shù)據(jù)包基礎(chǔ)局端。數(shù)據(jù)包基礎(chǔ)局端可減輕從 DSP 分類的工作量，從而為零復(fù)制操作提供硬件，并為分段與重組提供硬件輔助。二者結(jié)合起來即可大幅加速 LTE L2 數(shù)據(jù)層的處理，以獲得低時(shí)延、高吞吐量性能。