Не смотря на то, что процессоры архитектуры ARM начинают активно завоевывать рынок систем широкополосной связи и сетевых технологий, процессоры PowerPC все еще занимают значительную долю рынка благодаря таким производителям, как Freescale.
В рамках данной статьи мы познакомимся с техническими возможностями процессора Freescale P1020 в части обработки Ethernet-траффика. А также проверим производительность IP-маршрутизации на отладочной плате P1020RDB (внешний вид см. выше).
Референс-плата (RDB) QorIQ P1020 — это многофункциональная платформа, которая может использоваться в самых разных типах устройств. Доступен 1 ГБ памяти DDR3 SDRAM (без буферизации), а также 16 Мб NOR flash и 32 Мб NAND flash (с возможностью загрузки с флэш-памяти NOR или NAND). Плата поддерживает шесть гигабитных портов через SGMII PHY, RGMII PHY и встроенный 4-портовый свитч, а также 2-порта USB On-The-Go (OTG), четыре FXS-порта и один FXO-порт (через реле).
Подробнее о P1020RDB можно узнать на сайте freescale.com.
Для ускорения обработки сетевого траффика Freescale предлагает использовать технологию ASF (Application Specific Fastpath) для Linux kernel.
Реализация ASF представляет собой динамически загружаемые модули ядра Linux, которые можно подключать к стеку Linux во время работы. После подключения в стек Linux пакеты перехватываются c драйвера сетевого устройства Linux (Ethernet) на модуль канала передачи данных ASF.
ASF рассчитан на наиболее распространенные приложения для передачи данных.
Основные области применения
ASF используется для ускорения пропускной способности:
- IPv4 Firewall + NAT / NAPT Forwarding
- IPv6 Firewall Forwarding
- IPv4 + IPv6 IPSec (ESP & AH) Forwarding
- Поддержка QoS
Схема реализации ASF
ASF интегрируется с различными модулями управления сетями Linux для извлечения информации для обработки данных. На рисунке ниже показано, как модуль ASF вписывается в общую систему на типовой архитектуре ПО сетевого процессора.
На плате P1020RDB установлено ПО на: QorIO-SDK-1.7-20141218-yocto
Для работы ASF необходимо включить в ядре от Freescale соответствующую опцию:
Для тестирования пропускной способности будем использовать сетевой анализатор:
Настойка тестового сценария
Тестировать производительность будем на типовой задаче IP-маршрутизации согласно RFC2544 – Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices.
Поток данных с первого порта анализатора посылается через плату P1020RDB на второй порт. Полученный траффик отражается и посылается обратно через P1020RDB на первый порт анализатора. Таким образом, во время теста через P1020RDB протекают два разнонаправленных потока данных (Full Duplex). Для того чтобы выполнять полнодуплексную маршрутизацию 1 Гбит/с траффика, процессор должен успевать обрабатывать 2 Гбит данных в секунду.
Конфигурация P1020RDB
Настройка адресов IPv4 и масок на интерфейсах eth0 and eth1:
Включение маршрутизации на плате:
Загрузка ASF-модулей ядра:
Увеличение числа возможных потоков:
Установка таймаута UDP равным 9000 с (для теста производительности):
Установка параметров групповой обработки кадров:
Установка размеров Rx и Tx колец:
Назначение ядра для обработки прерываний:
Выключение PTP:
Настройка сетевого анализатора:
- Порт 1 настраивается в режим передачи UDP-потока на скорости 1 Гбит/с
- Порт 2 настраивается в режим петли (Mirror mode)
Запускаем тест пропускной способности.
Выводы:
Application Specific Fastpath на P1020RDB работает, т.е. при выполнении IP forwarding на скорости 956,569 Мбит/с (кадр 1500 байт) загрузка процессора была на уровне 2% (по top).
Стоит отметить, что при обработке траффика с помощью ASF он не проходит через стек Linux, это можно видеть по отсутствию активности на интерфейсе при запуске tcpdump.