一种基于FPGA实现流采样的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA实现流采样的装置及方法，涉及流采样技术领域。该装置包括网络处理器、FPGA、队列调度芯片和CPU；网络处理器用于截取每个原始报文的前128字节作为流采样报文，发送至FPGA，并将FPGA解析后重组的长包发给队列调度芯片进行队列调度；FPGA用于对收到的所有流采样报文进行初步解析，并定期将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器；队列调度芯片用于对长包进行队列调度；CPU用于根据流采样报文长度计算长包中包含的流采样报文数量，依次提取相应的流采样报文做进一步解析，获取流采样所需信息。本发明专利技术能够有效降低流采样处理中CPU资源的消耗，提升流采样处理能力，满足越来越高的流采样性能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流采样
，具体来讲是一种基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)实现流采样的装置及方法。
技术介绍
在实现流采样的过程中，通常需要进行流采样报文的接收和流采样报文的解析等操作。一般来说，常用的设备CPU系统通过IRQ(InterruptRequest，中断请求)和DMA(DirectMemoryAccess，直接存储器访问)方式完成流采样报文的接收；而流采样报文的解析则通过CPU上运行的软件完成。也就是说，一般情况下CPU收到IRQ(中断请求)后，会通过DMA的方式完成流采样报文接收，然后再通过CPU上运行的软件完成流采样报文的解析，整个过程都需要CPU的参与。但随着线卡容量越来越高，流采样需要CPU处理的报文越来越多，一旦出现报文包数量过大或速率过高，则会直接导致CPU中断次数过多，DMA访问频率过高，从而大量占用CPU资源；加之，CPU还需通过运行软件实现流采样报文的解析，就会进一步加剧CPU资源的使用，使得CPU负荷过大。而受制于CPU的硬件性能的限制，当前流采样方案已不足以支持流采样功能对CPU计算能力的要求，也无法胜任运营商对流采样功能的需求。因此，如何降低流采样处理中CPU资源的消耗，提升流采样处理能力，使其满足越来越高的功能需求是我们亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA实现流采样的装置及方法，能够有效降低流采样处理中CPU资源的消耗，提升流采样处理能力，从而满足越来越高的流采样性能要求。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：提供一种基于FPGA实现流采样的装置，包括网络处理器、FPGA、队列调度芯片和CPU，网络处理器分别与FPGA、队列调度芯片、CPU相连；所述网络处理器用于：在确定获取的原始报文需要进行采用时，转发原始报文并截取每个原始报文的前128字节作为流采样报文，发送至FPGA；并将FPGA解析后重组的长包发给队列调度芯片进行队列调度；最后将队列调度后的长包发送给CPU进行处理；所述FPGA用于：对收到的所有流采样报文进行初步解析，并按照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器；所述队列调度芯片用于：对长包进行队列调度后，将长包回传至网络处理器；所述CPU用于：收到长包后，根据流采样报文长度计算长包中包含的流采样报文数量，依次提取相应的流采样报文做进一步解析，获取流采样所需信息。在上述技术方案的基础上，所述网络处理器截取原始报文时，若原始报文的长度不足128字节，无需进行截取，直接将原始报文作为流采样报文发送至FPGA。在上述技术方案的基础上，所述FPGA按照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，具体包括以下操作：设定FPGA的超时时间；若超时时间内FPGA收到流采样报文数量小于等于10个，则FPGA按实际数量将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，并重置超时时间，开始下一轮计时；若超时时间内，FPGA收到流采样报文数量一旦达到10个，FPGA则立即将这10个解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，并重置超时时间，开始下一轮计时。在上述技术方案的基础上，所述网络处理器发送流采样报文时，需将流采样报文的mac头复用为私有报头，复用的私有报头的内容包括：VRF_ID、PORT_ID、DECTEC_TYPE、PKT_TYPE、DIREC、PKT_LEN、OUTER_L2_TYPE、INNER_L2_TYPE和RESV。在上述技术方案的基础上，所述FPGA发送长包时，需在每个长包的报文头部添加私有报头，添加的私有报头的内容包括：DECTEC_TYPE和RESV；所述网络处理器将FPGA解析后重组的长包发给队列调度芯片进行队列调度时，是通过添加的私有报头识别FPGA发送来的长包。本专利技术还提供一种应用上述装置的基于FPGA实现流采样的方法，包括以下步骤：A、网络处理器在确定获取的原始报文需要进行采用时，转发原始报文并截取每个原始报文的前128字节作为流采样报文，发送至FPGA，转入步骤B；B、FPGA对收到的所有流采样报文进行初步解析，按指定格式存储每个流采样报文携带的流信息，并按照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，转入步骤C；C、网络处理器将长包发给队列调度芯片进行队列调度，转入步骤D；D、队列调度芯片对长包进行队列调度后，将长包回传至网络处理器，转入步骤E；E、网络处理器将长包发送给CPU；CPU收到长包后，根据流采样报文长度计算长包中包含的流采样报文数量，依次提取相应的流采样报文做进一步解析，获取流采样所需信息，结束。在上述技术方案的基础上，步骤A中，若原始报文的长度不足128字节，则网络处理器直接将原始报文作为流采样报文发送至FPGA。在上述技术方案的基础上，步骤A中，网络处理器发送流采样报文时，需将流采样报文的mac头复用为私有报头，复用的私有报头的内容包括：VRF_ID、PORT_ID、DECTEC_TYPE、PKT_TYPE、DIREC、PKT_LEN、OUTER_L2_TYPE、INNER_L2_TYPE和RESV。在上述技术方案的基础上，步骤B中，FPGA按照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，具体包括以下操作：设定FPGA的超时时间；若超时时间内FPGA收到流采样报文数量小于等于10个，则FPGA按实际数量将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，并重置超时时间，开始下一轮计时；若超时时间内，FPGA收到流采样报文数量一旦达到10个，FPGA则立即将这10个解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，并重置超时时间，开始下一轮计时。在上述技术方案的基础上，步骤B中，FPGA发送长包时，需在每个长包的报文头部添加私有报头，添加的私有报头的内容包括：DECTEC_TYPE和RESV；步骤C中，网络处理器将长包发给队列调度芯片进行队列调度时，是通过添加的私有报头识别FPGA发送来的长包。本专利技术的有益效果在于：专利技术中，通过网络处理器对流采样上送报文(即原始报文)截取有用信息，再通过FPGA对流采样报文内容进行解析，并将解析后的多个报文信息封装为长包后发送给CPU，最后CPU再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA实现流采样的装置，其特征在于：该装置包括网络处理器、FPGA、队列调度芯片和CPU，网络处理器分别与FPGA、队列调度芯片、CPU相连；所述网络处理器用于：在确定获取的原始报文需要进行采用时，转发原始报文并截取每个原始报文的前128字节作为流采样报文，发送至FPGA；并将FPGA解析后重组的长包发给队列调度芯片进行队列调度；最后将队列调度后的长包发送给CPU进行处理；所述FPGA用于：对收到的所有流采样报文进行初步解析，并按照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器；所述队列调度芯片用于：对长包进行队列调度后，将长包回传至网络处理器；所述CPU用于：收到长包后，根据流采样报文长度计算长包中包含的流采样报文数量，依次提取相应的流采样报文做进一步解析，获取流采样所需信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA实现流采样的装置，其特征在于：该装置包
括网络处理器、FPGA、队列调度芯片和CPU，网络处理器分别与
FPGA、队列调度芯片、CPU相连；
所述网络处理器用于：在确定获取的原始报文需要进行采用时，
转发原始报文并截取每个原始报文的前128字节作为流采样报文，发
送至FPGA；并将FPGA解析后重组的长包发给队列调度芯片进行队
列调度；最后将队列调度后的长包发送给CPU进行处理；
所述FPGA用于：对收到的所有流采样报文进行初步解析，并按
照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器；
所述队列调度芯片用于：对长包进行队列调度后，将长包回传至
网络处理器；
所述CPU用于：收到长包后，根据流采样报文长度计算长包中
包含的流采样报文数量，依次提取相应的流采样报文做进一步解析，
获取流采样所需信息。
2.如权利要求1所述的基于FPGA实现流采样的装置，其特征
在于：所述网络处理器截取原始报文时，若原始报文的长度不足128
字节，无需进行截取，直接将原始报文作为流采样报文发送至FPGA。
3.如权利要求1所述的基于FPGA实现流采样的装置，其特征
在于：所述FPGA按照一定算法将解析后流采样报文组合成长包发送
至网络处理器，具体包括以下操作：设定FPGA的超时时间；若超时
时间内FPGA收到流采样报文数量小于等于10个，则FPGA按实际
数量将解析后流采样报文组合成长包发送至网络处理器，并重置超时
时间，开始下一轮计时；若超时时间内，FPGA收到流采样报文数量
一旦达到10个，FPGA则立即将这10个解析后流采样报文组合成长

\t包发送至网络处理器，并重置超时时间，开始下一轮计时。
4.如权利要求1所述的基于FPGA实现流采样的装置，其特征
在于：所述网络处理器发送流采样报文时，需将流采样报文的mac
头复用为私有报头，复用的私有报头的内容包括：VRF_ID、PORT_ID、
DECTEC_TYPE、PKT_TYPE、DIREC、PKT_LEN、OUTER_L2_TYPE、
INNER_L2_TYPE和RESV。
5.如权利要求1所述的基于FPGA实现流采样的装置，其特征
在于：所述FPGA发送长包时，需在每个长包的报文头部添加私有报
头，添加的私有报头的内容包括：DECTEC_TYPE和RESV；所述网
络处理器将FPGA解析后重组的长包发给队列调度芯片进行队列调
度时，是通过添加的私有报头识别FPGA发送来的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱哲，邓卉文，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42