【摘要】： 為支持不斷增長的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備越來越呈現(xiàn)出智能化處理特點(diǎn)。智能化處理不僅要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有多層交換、安全處理和流量管理等功能,還必須具有強(qiáng)大的協(xié)議處理能力和靈活的可編程性,能夠快速適應(yīng)新型業(yè)務(wù)的添加和配置。因此,基于ASIP(Application Specific Instruction Processor)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)處理器在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用,成為推動下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心器件。 本文以網(wǎng)絡(luò)處理器系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)為目標(biāo),從系統(tǒng)設(shè)計的角度研究網(wǎng)絡(luò)處理器的早期設(shè)計和性能評價方法,并深入研究了網(wǎng)絡(luò)處理器中若干關(guān)鍵的實現(xiàn)技術(shù)。主要創(chuàng)新點(diǎn)包括: (1)針對網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計評價和方案優(yōu)選困難的問題,結(jié)合MPSoC(Multi-ProcessorSystem on Chip)系統(tǒng)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)報文處理特點(diǎn),提出了網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計空間開發(fā)框架YH-NPDF(YinHe Network Processor Design Framework)。該框架基于平臺化設(shè)計思想,采用反應(yīng)式數(shù)據(jù)流進(jìn)程網(wǎng)絡(luò)RDPN(Reactive Dataflow Process Network)描述網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,并與參數(shù)化硬件體系結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合評價網(wǎng)絡(luò)處理器的處理性能,通過整體退火遺傳算法快速搜索設(shè)計空間和優(yōu)選系統(tǒng)設(shè)計方案。YH-NPDF在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用建模、硬件資源模型和設(shè)計方案優(yōu)選等方面能夠較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計和開發(fā)中的智能化報文處理需求。 (2)針對并行結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)處理器,提出基于模糊反饋控制環(huán)(F2CL,Fuzzy FeedbackControl Loop)的報文并行調(diào)度算法。該算法使用F2CL機(jī)制改善系統(tǒng)負(fù)載均衡狀況;采用流cache緩存報文流的調(diào)度信息,在負(fù)載不均衡時優(yōu)選調(diào)節(jié)重負(fù)載流,在流超時情況下允許對同一流內(nèi)的后繼報文實施重映射,從而有效控制報文亂序。實驗結(jié)果表明,該算法能夠在保持負(fù)載均衡的同時獲得較好的報文保序效果,綜合性能優(yōu)于目前已有的同類算法。 (3)針對網(wǎng)絡(luò)處理器中報文緩沖的特點(diǎn),提出基于流水輸入/并行輸出(PIPO,Pipelining Input and Parallel Output)的多通道報文緩沖結(jié)構(gòu)。PIPO采用流水輸入調(diào)度技術(shù)處理輸入端的寫請求序列,采用并行輸出調(diào)度技術(shù)調(diào)度輸出端的讀請求序列,同時采用訪問策略優(yōu)化輸入輸出端口的存儲訪問效率。與傳統(tǒng)的FCFS調(diào)度方法相比,PIPO具有更高的帶寬利用率和更低的輸入輸出端口瞬時帶寬抖動。 論文還介紹了在Altera FPGA上基于SopC(System on Programmable Chip)的網(wǎng)絡(luò)處理器原型實現(xiàn)。該原型包含4個微處理器核,通過軟件控制和協(xié)處理器加速可支持4個千兆以太網(wǎng)接口。利用該原型,論文對并行處理結(jié)構(gòu)中的指令集擴(kuò)充和協(xié)處理器共享機(jī)制進(jìn)行了深入分析和探討。同時對文中提出的F2CL調(diào)度算法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了驗證。本文的工作對網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP332
【圖文】：

這對應(yīng)AccseRULE4，即exPlicit一pollcy策略。同時，若低優(yōu)先級的請求滿足AcceeRULEZ(hit一first)條件，則低優(yōu)先級讀請求會被抽調(diào)出來優(yōu)先調(diào)度。盡管如此，還是可能導(dǎo)致低優(yōu)先級的報文遲遲得不到調(diào)度。進(jìn)而，通過引入最老讀請求優(yōu)先的原則，高優(yōu)先級的讀請求將被臨時剝奪，轉(zhuǎn)而服務(wù)低優(yōu)先級的報文，有效防止了餓死現(xiàn)象，這對應(yīng)于AcCesRULE3，即oldest一first策略。當(dāng)然如果調(diào)度過程中麗te一byPass一read條件被滿足，則某個通道上的讀操作也會被掛起。.AcCesRULES不是針對讀寫請求的，而是與請求的地址訪問模式相關(guān)。它作用于所有其它四種規(guī)則。實際上，它可以看成是通道控制器中預(yù)充電仲裁器的一種優(yōu)化策略，只不過預(yù)充電的時機(jī)由AccessPolicy實施。由此，AccessPohcy中的規(guī)則(調(diào)度策略)不僅具有公式(5一6)中的優(yōu)先順序，而且也有如下的依次包含特性，即:ACC_RULE59ACC_RULE19ACC_RULE2gA〔℃_RULE39ACC_RULE4(5一7(5一7)式表示在實施后面規(guī)則的時候，隱含地包含(考慮)前面的規(guī)則，即前面的規(guī)則有更高的優(yōu)先級。為直觀描述并行輸出調(diào)度過程，圖5.5給出了一個調(diào)度實例。這里仍以三個通道為例，時考察輸入調(diào)度過程，從而呈現(xiàn)出PIPO多通道存儲系統(tǒng)的整體調(diào)度視圖。

和FCFS策略下的輸入寫操作/輸出讀操作的存儲訪問效率、實際讀寫訪問帶寬以及系統(tǒng)總帶寬利用率。圖5.11給出了三種trace在PIPO和FCFS調(diào)度下的瞬時讀/寫操作的存儲訪問效率。圖5.11(a)、(b)和(e)列出了plpO和FCFS的寫操作存儲訪問效率叭;，‘。，plpo調(diào)度的寫訪問效率明顯高于FCFS調(diào)度，并且訪問效率的瞬時抖動程度更小，表明了PIPO能夠比較穩(wěn)定地開發(fā)輸入端的存儲訪問效率。圖5.11(d)、(e)和(0給出了PIPO和FCFS的讀操作存儲訪問效率Uread，可看出與U，rlt。具有一致的結(jié)果。下面簡要討論多通道存儲系統(tǒng)的讀寫訪問帶寬需求，模擬環(huán)境設(shè)置同上。圖5.12只列出IpLS一 CHIC10Gbps綜合traee下plpO和FCFS實際消耗的讀/寫訪問帶寬，經(jīng)模擬其它兩種trace有類似的結(jié)果。從圖 5.12中可看出PIPO實際使用帶寬的抖動明顯小于FCFS。特別地，圖5.12(c)顯示了IPLS一CHIC負(fù)載在多通道存儲系統(tǒng)中的瞬時總帶寬需求�？梢钥闯�

【引證文獻(xiàn)】

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1 安愛女;多核共享的高效存儲控制模塊研究與設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 蘇男;基于Diameter協(xié)議的分布式認(rèn)證系統(tǒng)[D];吉林大學(xué);2011年

3 馮國興;網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載均衡策略的研究與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2011年

4 劉宇;基于多核SoC的高性能數(shù)據(jù)交換接口設(shè)計研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

5 王明定;高速網(wǎng)絡(luò)入侵檢測負(fù)載均衡算法研究與實現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

6 陳琨;基于層次化存儲的高性能數(shù)據(jù)包緩存機(jī)制的研究與實現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2012年

7 姜勇;基于多核片上系統(tǒng)的自動驗證平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

本文編號：2737036