非对称多处理器架构在CDMA2000分组数据服务结点（PDSN）中的设计与实现

论文摘要

PDSN(Packet Data Services Node)是CDMA2000分组数据网络中的关键设备，主要功能是完成移动数据业务的接入，在移动通信网络和分组数据网络之间进行数据转发。就目前我国无线通信行业的发展状况来看，在2G向3G的过渡过程中，PDSN产品在兼容性和平滑过渡性两方面具有无可比拟的优势。PDSN的主要任务是提供无线呼叫接入服务和无线用户与公网主机之间的数据包转发服务，它的工作能力直接影响到CDMA 2000网络所能够提供的用户上网能力。如果PDSN对任务处理不及时，将会造成无线用户上网速度的瓶颈。目前市场上的PDSN产品中都采用并行多处理技术来提高性能，使用何种并行架构以最大限度发挥处理器运算能力是设计者需要认真考虑的一个问题。考虑到PDSN自身的任务分布特点和采用的MIPS处理器在指令流水线并行方面的特性，本毕业设计中的PDSN产品使用非对称多处理器(ASymmetric MultiProcessing，ASMP)并行架构。这种结构是将若干个处理器挂接到总线上，通过软件设计实现各处理器间简单的从属关系。性能分析和实验结果显示，ASMP架构能够更好的发挥处理器能力，提高PDSN性能，满足用户对高速数据传输的需求。本文结合PDSN自身的功能特性，深入分析了为何在PDSN中使用非对称多处理器构架，研究了在MIPS多核多线程处理器上实现非对称式系统构架的方法，重点阐述了如何通过软件结构设计实现ASMP架构及主、从处理器通过部分内存共享进行通信的机制，并从多方面对系统性能进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究工具与方法
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 PDSN的功能与任务分布特点
• 2.1 PDSN的网络拓扑结构
• 2.2 PDSN的协议栈模型
• 2.3 PDSN的任务分布特点
• 第三章 PDSN的处理器芯片结构与并行架构选择
• 3.1 MIPS体系结构与指令集优化
• 3.1.1 RISC与流水线
• 3.1.2 MIPS处理器结构
• 3.2 RMI XLR732处理器
• 3.2.1 RMI XLR 732处理器结构
• 3.2.2 RMI XLR 732处理器的应用优势
• 3.3 PDSN的并行架构选择
• 3.3.1 并行多处理器结构设计需要考虑的问题
• 3.3.2 流行的并行多处理器结构
• 3.3.3 PDSN的ASMP构架概述
• 3.3.4 ASMP结构与 SMP结构应用于 PDSN的性能比较
• 第四章 软件设计对 ASMP架构的支持
• 4.1 系统软件层次结构
• 4.2 非对称式程序内存空间布局
• 4.3 系统启动过程
• 4.4 各处理器应用级入口函数的寻找与设置
• 4.4.1 主处理器应用级入口函数的设置与寻找
• 4.4.2 从处理器应用级入口函数的设置与寻找
• 4.5 各处理器应用级工作流程
• 4.5.1 主处理器应用级工作流程
• 4.5.2 从处理器应用级工作流程
• 第五章 处理器间通信模型设计与实现
• 5.1 多处理器间通信模型
• 5.2 虚拟内存分配情况与实现方法
• 5.2.1 虚拟内存分配情况
• 5.2.2 虚拟内存实现方法
• 5.3 应用级内存结构
• 5.3.1 内存区索引
• 5.3.2 各处理器内存区分配情况
• 5.3.3 内存块索引
• 5.3.4 内存块分配方法
• 5.4 处理器间的通信方法与关键技术
• 5.4.1 通信过程相关结构体
• 5.4.2 任务传递过程
• 5.4.3 IPC任务队列设计与实现
• 5.4.4 从处理器的唤醒与睡眠机制
• 5.4.5 临界资源的互斥访问设计
• 第六章 采用 ASMP架构的PDSN性能测试结果与分析
• 6.1 测试环境
• 6.2 系统容量的测试结果与分析
• 6.3 服务质量的测试结果与分析
• 6.3.1 包转发能力测试结果
• 6.3.2 数据吞吐量测试结果
• 6.3.3 ASMP架构对服务质量的优化分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录 1: PDSN转发上下行数据包耗时实验结果
• 附录 2: PDSN服务质量测试结果
• 附录 3: 重要名词缩写解释
• 致谢