网络应用到网络处理器资源映射研究

论文摘要

为满足复杂多样的网络协议的处理能力和灵活性需求，网络处理器已经广泛应用于多种网络设备中。网络处理器是一种支持网络协议高速实现的具有高性能I／O组件的单芯片多处理器。它的可编程性带来许多ASIC没有的优点。网络处理器芯片广泛采用MP-SoC（Multi-Processor System-on-Chip）结构实现。 采用MP-SoC结构设计网络处理器时，设计者将面临新的挑战。随着深亚微米工艺的迅速发展，芯片的集成度和操作频率越来越高，在单个芯片上能集成越来越多的异构处理资源，如多个通用RISC处理器，各种专用协处理器和硬件加速器等。在设计的初始阶段就使用RTL描述语言构建一个可执行模型的传统设计方法越来越困难。为了更有效的开发设计空间，设计必须从一个更抽象的层次上开始。网络处理器的设计过程中迫切需要一种设计方法来帮助设计者解决面临的问题，具体来说就是：帮助设计者如何根据网络应用合理的选择各种异构处理资源，将网络应用的各种任务映射到相应的处理资源上，形成网络处理器的体系结构，并由此指导网络处理器的早期设计。 为了解决上述问题，本文对网络应用到网络处理器资源映射的主要技术和方法进行了研究和分析，并将遗传算法（GA，Genetic Algorithms）引入映射过程，提出了一种基于GA的网络应用到网络处理器资源的映射方法。该方法采用加权数据流进程网络描述网络应用，将各种异构处理资源参数化，采用遗传算法将加权数据流进程网络映射到处理资源上，形成性能和实现代价均可预测的网络处理器体系结构模型，由此指导网络处理器的早期设计。最后我们采用SOPC技术在FPGA上实现网络处理器原型。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 研究背景
• 1.1.1 网络处理器介绍
• 1.1.2 网络处理器的设计方法与挑战
• 1.1.3 课题研究内容
• §1.2 相关研究
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 当前研究工作的不足
• §1.3 课题研究主要成果
• §1.4 论文组织结构
• 第二章 系统模型与设计评价
• §2.1 设计问题描述
• §2.2 网络应用模型
• 2.2.1 网络处理器工作负载
• 2.2.2 网络应用的描述模型介绍
• 2.2.3 网络应用的WDPN模型提取
• 2.2.4 WDPN模型变换
• 2.2.5 小结
• §2.3 硬件资源模型
• 2.3.1 网络处理器结构
• 2.3.2 体系结构模型
• §2.4 设计评价
• 2.4.1 各部件执行开销
• 2.4.2 报文处理延时
• 2.4.3 成本评价
• §2.5 本章总结
• 第三章 遗传算法在资源映射中的应用
• §3.1 遗传算法简介
• 3.1.1 遗传算法生物原理
• 3.1.2 遗传算法中的几个基本概念
• 3.1.3 遗传算法的基本运算过程
• 3.1.4 遗传算法的特点和优越性
• §3.2 遗传算法构造过程
• §3.3 网络应用到NP资源映射的遗传算法设计
• 3.3.1 基于遗传算法的NP设计流程
• 3.3.2 问题的抽象描述
• 3.3.3 任务先后关系表示
• 3.3.4 编码问题
• 3.3.5 译码方法
• 3.3.6 个体适应度评价
• 3.3.7 遗传算子设计
• 3.3.8 种群的初始化及运行参数确定
• 3.3.9 评价实例
• §3.4 本章总结
• 第四章 网络处理器原型实现
• §4.1 SOPC技术简介
• §4.2 网络处理器原型设计
• 4.2.1 网络处理器原型结构
• 4.2.2 网络处理器各模块功能
• 4.2.3 数据通路处理流程
• §4.3 基于SOPC的网络处理器原型实现
• 4.3.1 PE模块创建
• 4.3.2 报文分派器设计
• 4.3.3 输出链路调度器设计
• 4.3.4 协处理器设计
• 4.3.5 原型系统软件设计
• §4.4 网络处理器原型测试
• 4.4.1 测试环境
• 4.4.2 测试结果
• 第五章 结束语
• §5.1 全文工作总结
• §5.2 展望
• 致谢
• 攻硕期间发表论文
• 参考文献