专利名称：：缓存数据写入系统及方法和缓存数据读取系统及方法
技术领域：
：本发明涉及计算机通信
技术领域：
，特别涉及一种緩存数据写入系统及方法和緩存数据读取系统及方法。
背景技术：
：包緩存是现代通讯设备中必不可少的关键技术之一，其主要作用是在流量拥塞时提供数据包緩存，以避免或减少流量丟失；随着通讯设备的速度不断提高，包緩存实现的难度也越来越大，其主要难点为大容量与高速度的结合。对高端路由器等通讯设备的一个基本要求是拥有一个能吸收至少200毫秒线速流量的包緩存，则在100Gbps的端口速度下，需要提供至少20Gb的緩存能力；包緩存同时必须提供同端口速度匹配的读写带宽，高至100Gbps的端口速度使得使用低成本高容量动态随机存储器(DynamicRandom-AccessMemory,DRAM)作为包緩存变得非常困难。对于2层交换机等緩存容量要求不高的通讯设备，采用片内緩存是个简单低成本的方法，将数据包直接緩存在芯片内部的存储器避免了使用片外存储器带来的额外代价，不需要片外存储控制器和相联管脚也降低了芯片设计的复杂度和成本，并且片内緩存能提供足够的读写带宽。提高包緩存容量的一个办法是采用片外存储器，同时为提供緩存所需的读写带宽，通常采用高速的静态随机存储器(StaticRandom-AccessMemory,SRAM)或专用存储器如低延迟动态随机存储器(RLDRAM)。通用的DRAM存储器价格低廉，应用范围广，单片容量可达lGb以上，是提供大容量包緩存的低成本低风险的方法。但是，发明人在实施本发明的过程中发现，上述片内高速缓存技术、片外高速緩存技术和片外大容量緩存技术均无法同时实现大容量、高速度和低成本的包緩存技术，例如片内緩存一般只能提供少于10Mb的緩存容量，不适合高端路由器和3层交换机等对緩存容量要求高的通讯设备；SRAM成本高且单片容量限制在72Mb以下，而专用存储器也有成本高并且有供货风险等缺点；通用的DRAM存储器读写效率低，有效带宽受限制，难以满足高端通讯设备的线速存储要求。
发明内容本发明实施例提供一种緩存数据写入系统及方法和緩存数据读取系统及方法，以提供大容量、高速度的包緩存技术。本发明实施例提供了一种緩存数据写入系统，该系统包括片内存储器，用于緩存接收到的写请求及所述写请求对应的写数据，并对所述写请求进行重排序；请求判决器，用于根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及所述写请求对应的写数据；片外存储控制器，用于将所述请求判决器提取的写数据写入所述片外存储器。据存储空间和高速的数据读写效率。本发明实施例提供了一种緩存数据读取系统，该系统包括片内存储器，包括第一模块，用于緩存接收到的读请求，并对所述读请求进行重排序；请求判决器，用于根据读时序限制信息提取重排序后的读请求并发送；片外存储控制器，用于根据接收到的读请求从片外存储器中读取数据；所述片内存储器，还包括第二模块，用于緩存所述读请求对应的读数据，对所述读数据进行重排序并发送。上述系统，通过片内存储器和片外存储器结合使用可以提供大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率。本发明实施例提供了一种緩存数据写入方法，该方法包括接收写请求及所述写请求对应的写数据；緩存接收到的写请求对应的写数据；緩存所述写请求，并对所述写请求进行重排序；根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及所述写请求对应的写数据；将提取的写数据写入所述片外存储器。上述方法，可以提供大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率。本发明实施例提供了一种緩存数据读取方法，该方法包括緩存接收到的读请求，并对所述读请求进行重排序；根据片外存储器的读时序限制信息提取重排序后的读请求；根据提取的重排序后的读请求从所述片外存储器中读取数据；緩存所述提取的重排序后的读请求对应的读数据，并根据所述读数据与读请求的对应关系对所述读数据进行重排序；将重排序后的所述读数据发送给对应的读请求的请求方。上述方法，可以提供大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。图1为本发明緩存数据写入系统的一个实施例的结构示意图；图2为本发明緩存数据写入方法的一个实施例的流程图；图3为本发明缓存数据读取系统的一个实施例的结构示意图；图4为本发明缓存数据读取方法的一个实施例的流程图。具体实施方式如图1所示，为本发明緩存数据写入系统的一个实施例的结构示意图，该系统具体包括片内存储器1，用于緩存接收到的写请求及上述写请求对应的写数据，并对上述写请求进行重排序；请求判决器2，用于根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及上述写请求对应的写数据；片外存储控制器3,用于将上述请求判决器提取的写数据写入上述片外存储器。其中，上述片内存储器包括缓存模块111，用于緩存接收到的写请求及上述写请求对应的写数据；为了提高片外存储器写数据的效率，需对上述写请求进行重排序，因而上述片内存储器还包括多个写队列，用于存储写请求，上述写队列的个数与片外存储器的緩存区(bank)的个数相同；排序模块112,用于将写数据需写入片外存储器的同一个緩存区的写请求按顺序写入同一个上述写队列。其中，上述排序模块还包括多个入队计数器，每个上述入队计数器对应一个上述写队列，用于统计进入对应的写队列的写请求的个数；多个出队计数器，每个上述出队计数器对应一个上述写队列，用于统计从对应队列中出队的写请求的个数，上述入队计数器和出队计数器是为了保证提取读写请求的顺序性而设置的，一个读请求必须等到所有写往片外存储器的同一緩存区的写请求都已经从写请求队列中出队后才能从相应的读请求队列中出队。另外，当緩存的数据量较少时，可将数据直接保存在片内存储器，而不需要写入片外存储器中；且上述片外存储器可以为动态随机存储器、同步静态随机存储器或低延迟动态随机存储器等，为了降低成本，也可釆用通用的动态随机存储器。上述系统利用緩存模块緩存写请求和写请求对应的写数据，利用排序模块对上述写请求进行排序，将排序后的写请求按照片外存储器的时序限制信息提取写请求及其对应的写数据并发送至片外存储控制器，然后由片外存储器保存上述写数据，从而完成了緩存数据写入操作。上述系统，釆用片内、片外存储器结合使用，有效地提高了片外存储器的读写效率，提供了高端通信设备所需的大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率。如图2所示，为本发明緩存数据写入方法的一个实施例的流程图，该方法具体包括步骤IOI、接收写请求及上述写请求对应的写数据；步骤102、緩存接收到的写请求对应的写数据；步骤103、緩存上述写请求，并对上述写请求进行重排序；对上述写请求进行重排序具体包括将写请求存储在多个写队列中，上述写队列的个数与片外存储器的緩存区的个数相同；将写数据需写入片外存储器的同一个緩存区的写请求按顺序写入同一个上述写队列；通过上述重排序操作可以将写请求快速写入多个队列，在上述重排序的过程中，还统计进入每个队列的写请求的个数和从上述同一队列中出队的写请求的个数并发送，上述统计操作是为了保证读写请求的顺序，因为一个读请求必须等到所有写往片外存储器的同一緩存区的写请求都已经从写请求队列中出队后才能从相应的读请求队列中出队。另外，在上述緩存上述写请求，并对上述写请求进行重排序之前还包括确定上述写请求对应的写数据的地址在第一预定地址范围之外；上述第一预定地址可根据需要进行设置，緩存这些数据的目的是为了进行后续的读操作；步骤104、根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及上述写请求对应的写数据；上述片外存储器的时序限制信息可以是DRAM的时序限制信息；步骤105、将提取的写数据写入上述片外存储器。将提取的写数据写入上述片外存储器，从而完成了緩存数据的写入过程。上述方法，通过对写请求重排序，大大提高了数据的写入速度，从而可以实现大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率。如图3所示，为本发明緩存数据读取系统的一个实施例的结构示意图，该系统具体包括片内存储器1，包括第一模块，用于緩存接收到的读请求及上述读请求对应的读数据，对上述读请求和读数据进行重排序，并发送重排序后的读数据；请求判决器2,用于根据读时序限制信息提取重排序后的读请求并发送；片外存储控制器3，用于根据接收到的读请求从片外存储器中读取数据；上述片内存储器1，还包括第二模块，用于緩存上述读请求对应的读数据，对上述读数据进行重排序并发送。其中，上述第一模块包括第一緩存模块121,用于緩存接收到的读请求；为了提高片外存储器读数据的效率，需对上述读请求进行重排序，因而上述第一模块还包括多个读队列，用于存储读请求，上述读队列的个数与片外存储器的緩存区的个数相同；排序模块122，用于将读数据需从片外存储器的同一个緩存区读出的读请求按顺序写入同一个读队列。另外，上述第二模块包括第二緩存模块123,用于緩存接收到的上述读请求对应的读数据；发送模块124，用于按读请求的顺序，发送上述读请求对应的数据。上述重排序操作提高了片外存储器读数据的效率，但也打乱了原来读请求的顺序，因此当数据读回片内存储器后，还需对这些数据进行重排序，因而上述片内存储器包括请求緩存模块125,用于按接收到的读请求的顺序保存上述读请求；读回记录模块126,用于记录为请求緩存模块125中保存的每个读请求分配的用于緩存从片外存储器读回来的数据在片内存储器的地址；上述第二緩存模块123具体为数据緩存模块，用于将从片外存储器读回的数据緩存在读回记录模块记录的地址上；上述发送模块124具体为顺序发送模块，用于按照上述请求緩存模块保存的读请求与上述读回记录模块记录緩存^f莫块中的数据发送至对应读请求的请求方。上述片外存储器可以为动态随机存储器、同步静态随机存储器或低延迟动态随机存储器等，为了降低成本，也可采用通用的动态随机存储器。上述排序模块还包括多个读请求计数器，每个上述读请求计数器对应一个上述读队列，用于记录读请求进入读队列时，与读队列对应片外存储器的同一个緩存区的写队列的入队计数器的值；上述请求判决器在根据读时序限制信息提取重排序后的读请求的过程中，需要保证提取读写请求的顺序性，因而上述请求判决器还包括'.判决模块，用于接收出队计数器的值和读请求计数器的值，并当读请求计数器的值不大于出队计数器的值时，提取该队列中的读请求并发送；这表明一个读请求必须等到所有写往片外存^f诸器的同一緩存区的写请求都已经从写请求队列中出队后才能从相应的读请求队列中出队。另外，当待读取的数据在片内存储器时，可从片内存储器直接获得上述数据，因而，上述片内存储器还包括第一判断模块131，用于判断读请求对应的读数据是否在第一预定地址范围内；第一读取模块132，用于当读请求对应的读数据在第一预定地址范围内时，将读请求发送至请求緩存模块125，并从上述数据緩存模块中读取数据；上述操作，减少或避免了把数据写到片外DRAM后再读回来的过程，从而进一步提高通讯设备包緩存的有效带宽。另外，当写数据从片内存储器写到片外存储器后，若片内存储器中保存上述写数据的地址还未被用来写新的数据，则可直接从片内存储器中读数据，因而，上述片内存储器还包括第二判断模块133,用于当读请求对应的读数据在第二预定地址范围内时，判断上述读数据在緩存模块中的地址是否被写入新的数据；第二读取模块134，用于当上述读数据在緩存模块中的地址未被写入新的数据时，将上述读请求发送至上述请求緩存才莫块，并从上述緩存模块中读取数据；因而可以将图3中的第一判断模块131用第二判断模块133代替，第一读取模块132用第二读取模块134代替。上述系统利用缓存模块緩存接收到的读请求及其对应的读数据，并利用排序模块对上述读请求进行排序，然后通过请求判决器根据读时序限制信息提取重排序后的读请求并发送，片外存储控制器根据接收到的读请求从片外存储器中读取数据至片内存储器，然后利用请求緩存模块、读回记录模块和数据緩存模块对读取的数据进行重排序并发送，从而完成了数据读取的操作。上述时序限制信息为片外存储器的时序限制信息，对于不同的片外存储器，其时序限制信息是不同的，例如表1为DDR2DRAM读写时序要求的一个例子。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>为满足上述时序要求，请求判决器可以用下面的方式从读请求队列和写请求队列中读取请求，其中緩存区bank为上述读、写请求队列对应的片外存储器中的緩存区。用A(n),R(n)，W(n)分别表示激活bankn,读bankn,和写bankn的命令，定义下面3种命令组读命令组R(n,m)=[A(n)R(m)NopNopNopR(m)NopNop];写命令组W(n,m)=[A(n)W(m)NopNopNopW(m)N叩Nop];无^乘作命令组N(k)=[kNopcommands]。对于8-bank的DDR2DRAM,请求判决器可以按下面表2中的固定的周期性顺序提取有效的读写请求表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>如果某个bank的读或写请求队列中没有有效的请求，那么其对应的读或写就改为无操作命令组N(8)。在每个读写请求队列都有有效请求的条件下，上述的方法可以达至'J128/149=86%的DRAM读写效率。上述系统，采用片内、片外存储器结合使用，有效地提高了片外存储器的读写效率，提供了高端通信设备所需的大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率，并可为中低端设备配置灵活的包緩存解决方案。如图4所示，为本发明緩存数据读取方法的一个实施例的流程图，该方法具体包括步骤201、緩存接收到的读请求，并对上述读请求进行重排序；对上述读请求进行重排序具体包括将读请求存储在多个读队列中，上述读队列的个数与片外存储器的緩存区的个数相同；将读数据需从片外存储器的同一个緩存区读出的读请求按顺序写入同一个读队列；在对上述读请求进行重排序的过程中还包括统计进入同一队列的读请求的个数并发送；步骤202、根据片外存储器的读时序限制信息提取重排序后的读请求；根据片外存储器的读时序限制信息提取重排序后的读请求的过程中，在提取某一队列中的读请求时，接收从同一写队列中出队的所有写请求的个数和进入上述同一读队列的读请求的个数，并当进入上述同一读队列的读请求的个数不大于从同一写队列中出队的所有写请求的个数时，提取上述读队列中的读请求；步骤203、根据提取的重排序后的读请求从上述片外存储器中读取数据；步骤204、緩存上述提取的重排序后的读请求对应的读数据，并根据上述读数据与读请求的对应关系对上述读数据进行重排序；根据上述读数据与读请求的对应关系对读取的数据进行重排序具体包括按接收到的读请求的顺序保存上述读请求；记录为上述读请求分配的用于緩存读数据的緩存地址；将从片外读取的读数据緩存在对应的读请求对应的上述緩存地址上；步骤205、将重排序后的上述读数据发送给对应的读请求的请求方。当上述緩存地址上緩存有有效的读数据时，将该有效的读数据发送给对应的读请求的请求方。另外，步骤201中对上述读请求进行重排序之前还包括判断读请求对应的读数据是否在第一预定地址范围内，当读请求对应的读数据在第一预定地址范围内时，将按接收到的读请求的顺序从緩存的在第一预定地址范围内的数据中读取数据；当读请求对应的读数据不在第一预定地址范围内时，则对上述读请求进行重排序。上述步骤201中对上述读请求进行重排序之前还包括判断读请求对应的读数据是否在第二预定地址范围内，当读请求对应的读数据在第二预定地址范围内时，判断上述保存读数据的地址是否被写入新的数据，若未被写入新的数据，则按接收到的读请求的顺序从緩存的在第二预定地址范围内的数据中读取数据；否则，对上述读请求进行重排序。上述方法，有效地提高了片外存储器的读写效率，提供了高端通信设备所需的大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率，并可为中低端设备配置灵活的包緩存解决方案。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进4亍修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。权利要求1、一种缓存数据写入系统，其特征在于包括片内存储器，用于缓存接收到的写请求及所述写请求对应的写数据，并对所述写请求进行重排序；请求判决器，用于根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及所述写请求对应的写数据；片外存储控制器，用于将所述请求判决器提取的写数据写入所述片外存储器。2、根据权利要求1所述的緩存数据写入系统，其特征在于所述片内存储器包括緩存模块，用于緩存所述写请求对应的写数据；多个写队列，用于存储写请求，所述写队列的个数与所述片外存储器的緩存区的个数相同；排序模块，用于将写数据需写入片外存储器的同一个緩存区的写请求按顺序写入同一个所述写队列。3、根据权利要求2所述的緩存数据写入系统，其特征在于所述片内存储器还包括多个入队计数器，每个所述入队计数器对应一个所述写队列，用于统计进入对应的写队列的写请求的个数；多个出队计数器，每个所述出队计数器对应一个所述写队列，用于统计从对应队列中出队的写请求的个数。4、根据权利要求1所述的緩存数据写入系统，其特征在于所述片外存储器具体为动态随机存储器、同步静态随机存储器或低延迟动态随机存储器。5、一种緩存数据读取系统，其特征在于包括片内存储器，包括第一模块，用于緩存接收到的读请求，并对所述读请求进行重排序；请求判决器，用于根据读时序限制信息提取重排序后的读请求并发送；片外存储控制器，用于根据接收到的读请求从片外存储器中读取数据；所述片内存储器，还包括第二模块，用于緩存所述读请求对应的读数据，对所述读数据进行重排序并发送。6、根据权利要求5所述的緩存数据读取系统，其特征在于所述第一模块包括第一緩存模块，用于緩存接收到的读请求；多个读队列，用于存储读请求，所述读队列的个数与片外存储器的緩存区的个凄t相同；排序模块，用于将读数据需从片外存储器的同一个緩存区读出的读请求按顺序写入同一个读队列；所述第二模块包括第二緩存模块，用于緩存接收到的所述读请求对应的读数据；发送模块，用于按读请求的顺序，发送所述读请求对应的数据。7、根据权利要求5或6所述的緩存数据读取系统，其特征在于所述片内存储器还包括请求緩存模块，用于按接收到的读请求的顺序保存所述读请求；读回记录模块，用于记录为请求緩存模块中保存的每个读请求分配的用于緩存从片外存储器读回来的数据在片内存储器的地址；所述第二緩存模块具体为数据緩存模块，用于将从片外存储器读回的数据緩存在读回记录模块记录的地址上；所述发送模块具体为顺序发送模块，用于按照所述请求緩存模块保存的读请求与所述读回记录模块记录的从片外存储器都回来的数据在片内存储器的地址的对应关系，将所述数据緩存模块中的数据发送至对应读请求的请求方。8、根据权利要求5所述的緩存数据读取系统，其特征在于所述片外存储器具体为动态随机存储器、同步静态随机存储器或低延迟动态随机存储器。9、根据权利要求6所述的緩存数据读取系统，其特征在于所述排序模块还包括多个读请求计数器，每个所述读请求计数器对应一个所述读队列，用于记录读请求进入读队列时，与读队列对应外存储器的同一个緩存区的写队列的入队计数器的值；所述请求判决器包括判决模块，用于接收出队计数器的值和读请求计数器的值，并当读请求计数器的值不大于出队计数器的值时，提取所述读队列中的读请求。10、根据权利要求7所述的緩存数据读取系统，其特征在于所述片内存储器还包括第一判断模块，用于判断读请求对应的读数据是否在第一预定地址范围内；第一读取it块，用于当读请求对应的读数据在第一预定地址范围内时，将读请求发送至所述请求緩存模块，并从所述数据緩存模块中读取数据。11、根据权利要求7所述的緩存数据读取系统，其特征在于所述片内存储器还包括第二判断模块，用于当读请求对应的读数据在第二预定地址范围内时，判断所述读数据在緩存模块中的地址是否被写入新的数据；第二读取模块，用于当所述读数据在緩存模块中的地址未被写入新的数据时，将所述读请求发送至所述请求緩存模块，并从所述緩存模块中读取数据。12、一种緩存数据写入方法，其特征在于包括接收写请求及所述写请求对应的写数据；緩存接收到的写请求对应的写数据；緩存所述写请求，并对所述写请求进行重排序；根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及所述写请求对应的写数据；将提取的写数据写入所述片外存储器。13、根据权利要求12所述的緩存数据写入方法，其特征在于所述对所述写请求进行重排序具体包括将写请求存储在多个写对列中，所述写队列的个数与片外存储器的緩存区的个凄t相同；将写数据需写入片外存储器的同一个緩存区的写请求按顺序写入同一个所述写队列。14、根据权利要求12所述的緩存数据写入方法，其特征在于所述对所述写请求进行重排序还包括统计进入同一队列的写请求的个数；统计从所述同一队列中出队的写请求的个数。15、根据权利要求12-14任一所述的緩存数据写入方法，其特征在于在所述緩存所述写请求，并对所述写请求进行重排序之前还包括确定所述写请求对应的写数据的地址在第一预定地址范围之外。16、一种緩存数据读取方法，其特征在于包括緩存接收到的读请求，并对所述读请求进行重排序；根据片外存储器的读时序限制信息提取重排序后的读请求；根据提取的重排序后的读请求从所述片外存储器中读取数据；緩存所述提取的重排序后的读请求对应的读数据，并根据所述读数据与读请求的对应关系对所述读数据进行重排序；将重排序后的所述读数据发送给对应的读请求的请求方。17、根据权利要求16所述的緩存数据读取方法，其特征在于所述对所述读请求进行重排序具体包括将读请求存储在多个读队列中，所述读队列的个数与片外存储器的緩存区的个凄t相同；将读数据需从片外存储器的同一个緩存区读出的读请求按顺序写入同一个读队列。18、根据权利要求16或17所述的緩存数据读取方法，其特征在于所述根据所述读数据与读请求的对应关系对所述读数据进行重排序具体包括按接收到的读请求的顺序保存所述读请求；记录为按接收到的读请求的顺序保存的每个读请求分配的用于緩存读数据的緩存地址；将从片外读取的读数据緩存在对应的读请求对应的所述緩存地址上；所述将重排序后的所述读数据发送给对应的读请求的请求方具体为当所述緩存地址上緩存有有效的读数据时，将该有效的读数据发送给对应的读请求的请求方。19、根据权利要求17所述的緩存数据读取方法，其特征在于所述对所述读请求进行重排序还包括统计进入第一读队列的读请求的个数；所述提取重排序后的读请求包括当进入所述第一读队列的读请求的个数不大于从第一写队列中出队的所有写请求的个数时，提取该第一读队列中的读请求；所述第一读队列和所述第一写队列对应所述片外存储器的同一个緩存区。20、根据权利要求16所述的緩存数据读取方法，其特征在于所述对所述读请求进行重排序之前还包括判断读请求对应的读数据是否在第一预定地址范围内，当读请求对应的读数据在第一预定地址范围内时，将按接收到的读请求的顺序从緩存的在第一预定地址范围内的数据中读取数据；当读请求对应的读数据不在第一预定地址范围内时，则对所述读请求进行重排序。21、根据权利要求16所述的緩存数据读取方法，其特征在于所述对所述读请求进行重排序之前还包括判断读请求对应的读数据是否在第二预定地址范围内，当读请求对应的读数据在第二预定地址范围内时，判断所述保存读数据的地址是否被写入新的数据，若未被写入新的数据，则按接收到的读请求的顺序从缓存的在第二预定地址范围内的数据中读取数据；否则，对所述读请求进行重排序。全文摘要本发明实施例涉及一种缓存数据写入系统及方法和缓存数据读取系统及方法，该缓存数据写入系统包括片内存储器，用于缓存接收到的写请求及所述写请求对应的写数据，并对所述写请求进行重排序；请求判决器，用于根据片外存储器的写时序限制信息提取重排序后的写请求及所述写请求对应的写数据；片外存储控制器，用于将所述请求判决器提取的写数据写入所述片外存储器；上述缓存数据写入方法和缓存数据读取系统及方法，可以提供大容量的数据存储空间和高速的数据读写效率。文档编号H04L12/56GK101246460SQ20081010166公开日2008年8月20日申请日期2008年3月10日优先权日2008年3月10日发明者卞云峰,晖吕,林君亮,罗海燕,勤郑申请人:华为技术有限公司