面向网络处理器的非抢占式硬件多线程技术研究

发布时间：2021-04-28 17:42

　　随着微电子技术的发展和集成电路制造工艺的进步,网络处理器体系结构的设计研究正朝着片上多核系统集成方向发展。并行多线程结构的可编程数据处理单元由于其处理效率高以及功耗低等优点已成为网络处理器数据通道处理的研究热点。本论文重点研究了用于多线程处理器结构的低开销硬件多线程技术。通过采用由指令触发的显式硬件线程触发方式,实现了硬件线程切换的非抢占性,提高了处理器的硬件线程触发效率;利用基于信号唤醒机制的非抢占式多线程技术,使得每个线程切换的开销能够最小降低到零开销,并且最大限度提高每个线程的执行效率。线程唤醒采用了线程轮转优先级与信号唤醒机制相结合的方式,使得线程被唤醒的时延达到最小。本论文设计的硬件多线程处理器是在一个标准的5级流水线RISC处理器基础上进行改进得到,通过在标准RISC处理器上添加线程切换主模块以及相关的状态和数据保存寄存器进行实现,提高了处理器的数据处理效率。整个设计采用Verilog硬件描述语言进行实现,并在FPGA平台上完成了多线程处理器的并行工作的验证与性能分析。 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 网络处理器概述
    1.2 硬件多线程技术的发展
    1.3 论文的主要工作及安排
第二章 网络处理器体系结构
    2.1 网络处理器的典型结构
        2.1.1 加强型RISC 处理器
        2.1.2 用同构处理器组成流水线
        2.1.3 大规模的和多样性的处理器
    2.2 XDNP 网络处理器体系结构
    2.3 可编程数据处理单元结构
    2.4 数据通道处理单元的硬件多线程技术
    2.5 本论文实现的硬件多线程的特点
    2.6 本章小结
第三章 硬件多线程的线程切换解决方案
    3.1 硬件线程切换模块的总体设计
    3.2 硬件线程切换的现场保护机制
        3.2.1 线程状态的保持
        3.2.2 线程数据的保持
    3.3 事件信号的设计
        3.3.1 事件信号分类
        3.3.2 事件信号格式
    3.4 主动式的线程切换
        3.4.1 硬件线程的状态转换关系
        3.4.2 主动式线程切换原理
    3.5 基于事件信号的线程唤醒机制
    3.6 线程切换的仲裁策略与算法实现
        3.6.1 线程切换的仲裁策略
        3.6.2 线程仲裁的算法实现
    3.7 硬件多线程切换模块的设计实现
        3.7.1 如何在RISC 流水线上进行集成
        3.7.2 零开销线程切换的实现
    3.8 本章小结
第四章 仿真验证和性能分析
    4.1 基于FPGA 仿真验证技术简介
        4.1.1 仿真与验证技术概述
        4.1.2 FPGA 仿真验证流程
    4.2 硬件多线程技术的FPGA 验证
        4.2.1 验证平台的搭建
        4.2.2 IP 的替换
        4.2.3 可编程数据处理单元初始化配置
        4.2.4 测试向量的加载
        4.2.5 多线程技术的验证
    4.3 验证结果与性能分析
    4.4 本章小结
第五章 结束语
致谢
参考文献
研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]ARM流水线关键技术分析与代码优化[J]. 邱铁,西方,迟宗正.  单片机与嵌入式系统应用. 2009(03)
[2]网络处理器技术与应用[J]. 张艳伶,黄声烈,王玉春.  吉林省教育学院学报. 2008(08)
[3]提高硬件多线程处理器性能的方法[J]. 王传福,周学海.  计算机工程. 2007(04)
[4]基于Intel网络处理器的微处理器调度算法[J]. 李金库,张德运,高磊.  微电子学与计算机. 2005(12)
[5]基于网络处理器实现千兆级多功能路由器[J]. 施恩,郑爱蓉,杨彬,陈宇,许榕生.  计算机应用. 2005(03)
[6]Padhye TCP吞吐量模型分析及改进性研究[J]. 黄胜,刘文予,王曜,朱光喜.  小型微型计算机系统. 2004(06)
[7]Round robin调度算法在FPGA中的实现[J]. 孙华锦,高德远,张盛兵.  电子与信息学报. 2003(08)

硕士论文
[1]面向IP包处理的硬件多线程处理器研究与设计[D]. 王庆成.西安电子科技大学 2010



本文编号：3165896