TI KeyStone 架構(gòu)支持 L2 與傳輸處理

借助多內(nèi)核導(dǎo)航器，系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)包都能夠滿足數(shù)據(jù)包DMA 接口規(guī)范要求。數(shù)據(jù)包通常以圖 8 中的主機(jī)類型數(shù)據(jù)包格式表示，其可實(shí)現(xiàn)靈活的存儲(chǔ)器使用模式。在這種格式下，數(shù)據(jù)包通過(guò)鏈路緩沖器描述符 (BD) 來(lái)表述。我們將第一個(gè) BD被稱為數(shù)據(jù)包描述符 (PD)。BD 具有指向儲(chǔ)存數(shù)據(jù)包有效負(fù)載的數(shù)據(jù)包緩沖器指針。隊(duì)列管理器可與 PD 協(xié)同工作。

圖 8 –主機(jī)類型的數(shù)據(jù)包格式

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隊(duì)列管理器可在其內(nèi)部隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器 (RAM) 中維護(hù)數(shù)據(jù)包鏈路信息，從而為實(shí)現(xiàn)超高效率的數(shù)據(jù)包壓入與彈出提供簡(jiǎn)單的軟件應(yīng)用編程接口 (API)。此外，其還可以確保隊(duì)列所有訪問(wèn)的多核原子性，從而將多核軟件從門控與保護(hù)邏輯中釋放出來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)基于演進(jìn)數(shù)據(jù)包系統(tǒng) (EPS) QoS 的無(wú)線電廣播承載服務(wù)架構(gòu)目標(biāo)，相似服務(wù)等級(jí)的無(wú)線電廣播承載都要以硬件隊(duì)列集的形式出現(xiàn)。

零復(fù)制 RLC/MAC 概念充分利用數(shù)據(jù)有效負(fù)載無(wú)需在 PHY 編碼器/解碼器的 PDCP 加密（解密）與 CRC 生成（或校驗(yàn)）之間進(jìn)行處理的這一原理。RLC 與 MAC 子層需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行匯聚/解匯聚、分段/解分段、多路復(fù)用/解多路復(fù)用，并需添加/移除控制信息與報(bào)頭。想要在無(wú)需觸及有效負(fù)載數(shù)據(jù)（零復(fù)制）的情況下實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)可節(jié)約多達(dá) 90-95% 的處理周期時(shí)間。因此，有效負(fù)載數(shù)據(jù)駐留在 DDR 中，而且 L2 DSP 核心軟件是不可觸及的。

圖 9 – 下行數(shù)據(jù)流示例
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例如，在下行方向，網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器數(shù)據(jù)包 DMA 進(jìn)程負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收、分段與分配。RLC/MAC 軟件可在數(shù)據(jù)包描述符上運(yùn)行且無(wú)需訪問(wèn)數(shù)據(jù)包有效負(fù)載。其構(gòu)建的 MAC PDU 可被 SRIO 數(shù)據(jù)包 DMA 發(fā)出并反向重組成相鄰的存儲(chǔ)器。

RLC/MAC 軟件使用數(shù)據(jù)包 API 庫(kù)在數(shù)據(jù)包內(nèi)運(yùn)行。該軟件可在數(shù)據(jù)包鏈中移除/插入描述符，而且還能執(zhí)行數(shù)據(jù)包合并/分離操作。在需要額外報(bào)頭時(shí)才用得上新的描述符。圖 9 以在網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器中執(zhí)行 PDCP (RoHC) 等所有快速通道處理為假定條件，對(duì)下行數(shù)據(jù)流進(jìn)行了總結(jié)。

我們將所有指向預(yù)分配固定容量數(shù)據(jù)緩沖器的 BD 鏈接在一起，并將其放置在下行 (DL) 自由隊(duì)列中。有多個(gè)自由隊(duì)列，每一個(gè)隊(duì)列都對(duì)應(yīng)一個(gè)固定容量的緩沖器。當(dāng)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器的數(shù)據(jù)包到達(dá)后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器中的數(shù)據(jù)包 DMA 即從 DL 自由隊(duì)列中拉取 BD，然后根據(jù) GTP-U ID/RBQ ID 映射對(duì)其進(jìn)行初始化和構(gòu)建 PD，并將 PD 壓入 RBQ。DL 調(diào)度程序制定分配決策，并向 RLC/MAC 進(jìn)程發(fā)布分配授權(quán)。

RLC 與 MAC 根據(jù)需要彈出授權(quán)的 RBQ，然后將 PD 路由至 RLC 與MAC 隊(duì)列?？赡軐?duì)數(shù)據(jù)包分段，之后統(tǒng)一進(jìn)行多路復(fù)用并為其添加報(bào)頭。數(shù)據(jù)包被保留在 RLC AM 重傳隊(duì)列中，同時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)包克隆的復(fù)制版本（新的 PD 指向同一緩沖器）會(huì)向下流至可創(chuàng)建 MAC PDU 的協(xié)議棧。當(dāng)傳輸就緒時(shí)，數(shù)據(jù)包（用于已分配 UE 的 MAC PDU）在硬件 DL PHY 隊(duì)列中排隊(duì)。SRIO 中的數(shù)據(jù)包 DMA 從 DL PHY 隊(duì)列獲取數(shù)據(jù)包，然后將它們傳輸至 LTE PHY 設(shè)備。傳輸開(kāi)始后，數(shù)據(jù)包進(jìn)入 HARQ 重傳隊(duì)列，并且在成功交付后返回到 DL 自由隊(duì)列中。
調(diào)度層對(duì)于調(diào)度層，制定無(wú)線電廣播資源的分配時(shí)需將瞬時(shí)通道條件、流量條件以及 QoS 等要求納入考慮范圍。因?yàn)橥ǖ琅c流量條件因時(shí)間和頻率的不同會(huì)有很大差異，因此能否實(shí)現(xiàn)高效的帶寬利用率很大程度上取決于調(diào)度程序選擇最佳可能用戶（單個(gè)用戶或用戶對(duì)）的能力。

典型的調(diào)度算法可為單個(gè)或多個(gè)用戶模式構(gòu)建一組調(diào)度假定方案。調(diào)度程序然后根據(jù)鏈路的自適應(yīng)性為每種假定計(jì)算中標(biāo)率。最終，調(diào)度程序選出最佳假定方案并用以指導(dǎo)通道分配。

調(diào)度算法的復(fù)雜性是由單個(gè)調(diào)度假定的計(jì)算成本以及需檢查的假定數(shù)目來(lái)決定的。信號(hào)處理密度型調(diào)度是一種高效率的動(dòng)態(tài)的通道感知型調(diào)度。上行端的 FDD/TDD 調(diào)度程序需要計(jì)算足夠大的一套假定方案才能維持單個(gè)或多個(gè)用戶模式的調(diào)度增益；同時(shí)，帶下行鏈路波束成形 (downlink beam foaming) 的 TDD 調(diào)度程序要求的假定方案可假定定向傳輸與特征值分解 (EVD) 計(jì)算。KeyStone 架構(gòu)中的 C66x DSP 內(nèi)核可支持專業(yè)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)指令，可實(shí)現(xiàn)高效的 EVD 計(jì)算，如矩陣相乘、矩陣求逆以及大量用戶（數(shù)以百計(jì)甚至數(shù)以千計(jì)）的高效搜索與篩選。圖 10 提供了由 TI 仿真工具生成的調(diào)度程序可視化示例。此例使用 100 個(gè)無(wú)線電廣播資源模塊，每個(gè)傳輸時(shí)間間隔（TTI，1 毫秒）可生成 20 個(gè)分配授權(quán)。頻譜的較低位部分可用于半持續(xù)性語(yǔ)音流量，而較高位部分則用于特定的數(shù)據(jù)流量。

圖 10 – 調(diào)度程序可視化示例

結(jié)論TI KeyStone 多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)可提供一個(gè)低時(shí)延、高吞吐量的低成本高效率平臺(tái)，可支持適用于宏與小型蜂窩 eNodeB 系統(tǒng)的真正多標(biāo)準(zhǔn) （LTE、WCDMA）解決方案。高吞吐量硬件加速器與數(shù)據(jù)包基礎(chǔ)局端加速可實(shí)現(xiàn)靈活且可擴(kuò)展的 LTE 部署，同時(shí)還能最大限度地縮短 LTE 系統(tǒng)所需的時(shí)延。在同一 DSP 中集成定點(diǎn)與浮點(diǎn)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的矩陣處理最，以滿足 LTE要求的調(diào)度效率。

根據(jù)對(duì)宏 LTE 系統(tǒng)的解決方案分析，由于采用KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速通道與零復(fù)制處理，可以將 20 MHz、2x2 多重輸入多重輸出 (MIMO) 以及 105 Mbps 下行與 52Mbps 上行數(shù)據(jù)率－ L2 數(shù)據(jù)－以及傳輸層系統(tǒng)開(kāi)銷降低10 到 15 倍。借助針對(duì) LTE 調(diào)度程序運(yùn)行而優(yōu)化的 C66x DSP 定點(diǎn)與浮點(diǎn)指令，還可以使用更多高級(jí)調(diào)度算法，從而將頻譜利用率提高 20%。