论文摘要
多核技术的出现,使处理器发展登上了一个新的台阶。多核技术能够使系统并行处理任务,还使系统更易于扩充,并且能够在更纤巧的外形中融入更强大的处理性能,这种外形所用的功耗更低、计算功耗产生的热量更少。因此,多核技术为处理器的未来发展提供了一个广阔的空间。在多核处理器的发展中,一种基于片上网络（NoC）架构的设计方案正受到人们越来越多的关注。NoC技术的核心思想是将以计算机网络通信技术移植到芯片设计中来,从而代替传统的总线通信架构。NoC在可扩展性、可重用性、设计效率、带宽、同步策略等方面具有无可比拟的优势,成为解决片上通信问题最有潜力的方案之一本文围绕着NoC架构下的多核处理器技术,从多核处理器片上软件优化设计和硬件加速设计这两方面展开论述。本文的主要工作如下：首先,较为详细的介绍了NoC的概念以及其中的一些关键技术。然后,结合项目组自主研发设计的基于NoC架构的H3MP-16多核处理器演示系统,介绍了该系统的软硬件架构,并着重讨论了其上淡入淡出算法的设计和优化等内容。由于硬件设计的需要,分析比较了深度包检测（DPI）技术中的几种字符串模式匹配算法,并介绍了几种模式匹配算法的硬件实现技术。最后,详细讨论了一种模式匹配算法的硬件设计方案,以及该硬件模块的仿真验证结果,并提出了两种将其与多核NoC相结合的方案。需要指出的是,在模式匹配算法已有的各种实现中,主要分为两部分,一部分关注于字符串模式匹配的硬件设计和实现,另一部分则关注于用多核去完成所有的任务,但是将这两者相结合的设计目前还不常见。而本文试图将模式匹配硬件加速模块与基于NoC架构的多核处理器相结合,并提出了相应的设想方案,这正是本文的特别之处。
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摘要ABSTRACT目录插图目录缩略词说明第一章 绪论1.1 研究背景1.1.1 多核处理器和NoC1.1.2 多核处理器和硬件加速1.2 研究现状和进展1.2.1 NoC的研究1.2.2 DPI硬件加速的研究1.3 课题来源及本文的主要内容第二章 片上网络技术2.1 NoC基本概念2.2 NoC设计空间2.3 NoC拓扑结构2.4 路由方法2.5 交换技术2.6 NoC关键技术难点2.6.1 存储结构问题2.6.2 软件并行化问题2.6.3 功耗管理问题2.7 本章小结第三章 基于H3MP-16多核处理器片上软件设计和优化3.1 H3MP-16多核处理器介绍3.1.1 演示系统功能3.1.2 H3MP-16系统硬件架构3.1.3 H3MP-16系统软件架构3.1.3.1 控制核上的软件3.1.3.2 运算核上的软件3.1.4 系统工作流程3.1.5 系统实时性要求3.2 Fade算法的设计3.3 Fade算法的优化3.3.1 汇编语言常用的优化方法3.3.2 Fade算法优化方法3.3.3 算法优化结果分析3.4 Fade算法在H3MP-16多核系统上的运行3.5 本章小结第四章 深度包检测和模式匹配4.1 深度包检测技术介绍4.1.1 深度包检测概念4.1.2 深度包检测技术工作原理4.1.3 深度包检测中的关键技术4.2 字符串模式匹配算法分析4.2.1 单模匹配算法4.2.1.1 强行搜索算法4.2.1.2 KMP算法4.2.1.3 BM算法4.2.2 多模匹配算法—Aho-Corasick算法4.3 基于硬件实现的DPI技术4.4 本章小结第五章 基于王永成算法的模式匹配硬件设计5.1 王永成算法5.2 硬件设计方案5.2.1 控制逻辑设计5.2.2 状态表和跳转表的设计5.2.3 工作流程5.2.4 设计方案的实现5.3 设计的功能验证5.4 加速模块与NoC多核处理器相结合的设想5.5 本章小结第六章 总结和展望6.1 本文总结6.2 未来工作展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文攻读硕士学位期间申请的专利致谢
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