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处理器动态部分可重构交换式线卡中专

收藏本文 2024-01-19 点赞:4433 浏览:11513 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着因特网规模的不断扩大,各种不同类型不同带宽需求业务的不断出现,使得现在对网络系统中对数据包处理能力的需求不断提升。传统的网络节点只完成少数几种任务,网络系统中线卡上的输入端口一般具有多种功能,例如进行数据链路层的封装与解封装,路由查找,提供QOS等。为了实现更高数据包处理效率以及更低的网络系统硬件投入成本,就需要在一定的硬件资源的基础上实现更多的功能,由此,将纯空间概念的硬件设计案例扩展成为融合时间和空间双重概念的硬件设计案例是一种可行的思路,对线卡中的数据处理单元进行动态部分可重构的设计思想可以实现这种设计案例。本论文的探讨内容主要集中在对动态部分可重构交换式线卡的结构和功能的设计上。首先,根据对现有的网络处理器的结构特点进行浅析和探讨,例如多芯片流水线结构,加强型RISC处理器,异构处理器流水线结构等,以典型的数据流水线Pipepne结构为基础的数据流处理结构作为参照,提出了以Crossbar交换结构为基础的数据流处理交换式线卡模型。然后,对基于Crossbar交换结构的动态部分可重构线卡中的各个功能模块进行了功能的定义和设计,对数据包在线卡中的处理流程进行了阐述,结合动态可重构的思想,对原先功能固化的数据处理单元加入动态可重构机制,使得数据处理单元的处理功能可以根据当前业务需求实现灵活配置,以而进一步提升线卡中数据处理硬件资源的利用率,以此来实现在同样规模的硬件资源的条件下达到更高的数据处理性能的目的。最后,检测设了多种不同情况下的具有代表性的数据流类型作为仿真的业务类型,在这些业务场景下对基于Pipepne结构的线卡和基于Crossbar结构的线卡在平均时延、资源利用率、极限负载、队列长度等方面进行比较浅析,证明了基于Crossbar交换结构的具有动态部分可重构能力的线卡在性能方面的提升。关键词:动态可重构论文网络处理器论文Crossbar论文Pipepne论文线卡论文

    摘要4-5

    ABSTRACT5-9

    第一章 绪论9-17

    1.1 探讨背景9-14

    1.1.1 线卡运用的广泛性和提升线卡性能的重要量9-10

    1.1.2 网络处理器的进展及运用情况10-13

    1.1.3 FPGA的动态部分可重构能力13-14

    1.2 本论文的探讨内容和主要贡献14-15

    1.3 本论文的组织结构15-17

    第二章 动态部分可重构交换式线卡的交换结构17-30

    2.1 网络处理器的结构与特点17-25

    2.1.1 多芯片流水线结构的网络处理器17-18

    2.1.2 采取加强型RISC处理器结构的网络处理器18-19

    2.1.3 采取嵌入式处理器加协处理器结构的网络处理器19-20

    2.1.4 用同构处理器构成流水线结构的网络处理器20

    2.1.5 采取可配置指令集处理器结构的网络处理器20-21

    2.1.6 用异构处理器组成流水线结构的网络处理器21-22

    2.1.7 采取自适应的RISC加协处理器结构的网络处理器22-23

    2.1.8 网络处理器结构特点浅析23-25

    2.2 动态部分可重构交换式线卡结构25-30

    2.2.1 数据交换的三种基本交换结构25-28

    2.2.1.1 共享总线结构25-26

    2.2.1.2 共享存储器结构26-27

    2.2.1.3 Crossbar交换结构27-28

    2.2.2 动态部分可重构交换式线卡结构28-30

    第三章 动态部分可重构交换式线卡的数据处理30-52

    3.1 数据流分类30-35

    3.1.1 协议多路分解30-31

    3.1.2 数据包分类31-33

    3.1.3 数据包的流分类33-35

    3.2 动态部分可重构的数据处理单元定义35-37

    3.3 动态部分可重构交换式线卡的结构与功能描述37-43

    3.4 线卡的数据数据包处理流程43-52

    3.4.1 数据包处理流程43-45

    3.4.2 处理流程的举例说明45-52

    3.4.2.1 动态部分可重构交换式线卡的结构检测设45-46

    3.4.2.2 典型业务的处理46-52

    第四章 仿真结果比较与浅析52-81

    4.1 业务集中环境下Crossbar与Pipepne结构性能比较仿真结果52-64

    4.1.1 仿真模型说明52-53

    4.1.2 在处理功能相对集中的数据包业务下性能比较仿真结果53-64

    4.2 均匀业务环境下Crossbar与Pipepne结构性能比较仿真结果64-71

    4.2.1 仿真模型说明64-65

    4.2.2 在处理功能分布均匀的数据包业务下性能比较仿真结果65-71

    4.2.3 处理任务集中与处理任务均匀场景下的结果比较71

    4.3 Crossbar结构中加入可重构功能的仿真结果71-81

    4.3.1 仿真模型说明71-72

    4.3.2 正态随机业务场景下仿真结果比较浅析72-76

    4.3.3 均匀随机业务场景下仿真结果比较浅析76-79

    4.3.4 正态随机业务与均匀随机业务场景下的结果比较79-81

    第五章 总结与展望81-83

    5.1 探讨工作总结81

    5.2 展望81-83

    致谢83-84

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