面向網(wǎng)絡(luò)處理器的軟件平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)處理器(NP)是一種面向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信處理任務(wù)而優(yōu)化設(shè)計(jì)的可編程ASIP(ApplicationSpecificInstructionProcessor)，它兼有高速處理和靈活編程兩種能力，能很好地適應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)演化的需要。目前在NP體系結(jié)構(gòu)方面已有較多研究，但NP相關(guān)軟件技術(shù)的研究尚不充分。例如，IntelIXP系列NP在體系結(jié)構(gòu)上雖已發(fā)展到第三代，Intel公司仍專(zhuān)門(mén)發(fā)起了IntelIXA大學(xué)計(jì)劃，以資助學(xué)術(shù)界在NP尤其是NP

2、軟件技術(shù)方面的研究。 NP軟件開(kāi)發(fā)的困難主要來(lái)自于其微并行結(jié)構(gòu)之復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)多平面處理環(huán)境之特殊性，突出表現(xiàn)為：缺乏高層編程模型和開(kāi)發(fā)工具，缺乏網(wǎng)絡(luò)通信處理算法組件庫(kù)，缺乏適應(yīng)多平面處理環(huán)境的OS支持。 本文在國(guó)家863計(jì)劃和IntelIXA大學(xué)計(jì)劃的雙重資助之下，結(jié)合863重大軟件專(zhuān)項(xiàng)“面向網(wǎng)路處理器的系統(tǒng)軟件平臺(tái)(NPPlatform)”課題任務(wù)，以IntelIXP2400網(wǎng)絡(luò)處理器板為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，深入研究了NP系統(tǒng)軟

3、件平臺(tái)涉及的高層編程模型和支持工具、適應(yīng)NP結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通信處理算法組件庫(kù)，以及優(yōu)化的控制平面操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。論文的主要工作和研究成果包括： (>)設(shè)計(jì)了NPPlatform的體系結(jié)構(gòu)和功能組成，并實(shí)現(xiàn)了NPPlatform所含有的高層編程模型與開(kāi)發(fā)環(huán)境——NPWare。NPPlatform平臺(tái)可有效支持NP應(yīng)用系統(tǒng)的多平面協(xié)同開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，而NPWare可屏蔽底層硬件細(xì)節(jié)，提高應(yīng)用可復(fù)用能力與跨平臺(tái)可移植能力。 (>)現(xiàn)

4、有分組調(diào)度算法難以同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)間復(fù)雜性低和QoS保障能力強(qiáng)兩方面的要求，本文提出了一種基于均勻服務(wù)序列的分組調(diào)度算法，并給出其N(xiāo)P實(shí)現(xiàn)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法的決策時(shí)間復(fù)雜性、公平性、調(diào)度時(shí)延特性均與數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)，不僅具有良好的可擴(kuò)展性，而且在度量上明顯優(yōu)于以加州大學(xué)圣地亞哥分校的Stratified-RR為代表的幾個(gè)近年提出的DRR類(lèi)算法。 (>)在建立了NP流水編程模式任務(wù)分配模型的基礎(chǔ)上，提出一種遺傳式自動(dòng)分配算

5、法GaPipe，以改善人工分配過(guò)程存在的長(zhǎng)周期和低效率缺點(diǎn)。大量比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于華盛頓大學(xué)的GreedyPipe算法，GaPipe在算法效率稍有損失情況下，大幅提高了分配精度，具備優(yōu)良的綜合性能。GaPipe已應(yīng)用于NPWare開(kāi)發(fā)環(huán)境中。 (>)提出并實(shí)現(xiàn)了一種可擴(kuò)展的平面間交互框架，可有效支持?jǐn)?shù)據(jù)平面和控制平面之間的通信協(xié)調(diào)，具有通信簡(jiǎn)捷和應(yīng)用透明的優(yōu)點(diǎn)。該框架擴(kuò)展和優(yōu)化了現(xiàn)有嵌入式OS，使之能適應(yīng)多平面處理環(huán)境。