12边沿研究_网络处理器及其RC应用.ppt

网络处理器及其可重构应用 纲要 网络处理器简介 可重构在网络处理器中的应用 问题、讨论 背景 数据传输率在提升 协议变成是动态的,且越来越复杂 协议变化越来越快 网络处理器！！！ 什么是网络处理器 ？ 网络处理器 面向网络应用领域的ASIP 灵活性 可编程性 网络处理器位置1 网络处理器位置2 典型处理流程 主要功能 协议识别和分类 拆装和重组 排队和接入控制 流量整形和流量工程 QoS(Quality of Service) CoS(Class of Service) 修正数据包 差错检测 六种基本操作 模式匹配 检索 计算 数据处理 队列管理 控制处理 几种常见的架构 扩展RISC 流水线 并行处理 可重配置 通用处理 Alchemy RISC扩展架构 Agere 多芯片流水架构 EZChip 异构芯片流水架构 Cisco流水线架构 Motorola C-Port RISC增强架构 Lexra 并行架构 SiByte 并行架构 AMCC并行+协处理架构 Intel IXP 通用处理架构 Cognigine 可配置指令集架构 IBM NP4GS3 类ASIC架构 体系结构特点 多内核并行处理器 专用硬件加速处理单元 优化指令集 优化内存管理和分级存储器组织 硬件多线程 高速I/O接口 可扩展性 从NP到可重配置NP 多个NP组成数据通路 硬件加速器加速网络功能 灵活性降低 易变的网络任务 重构！！！ 如何重配置 ？ 可重配置NPU分类 软件重配置 硬件重配置 软件重构例子1 软件重构例子1(续) 分3个队列 根据应用分3种情况分配处理器 1-Hot (missile detection) 2-Hot (tracking) 3-Hot (cooperation instructions) 软件重构的几个问题 实时性如何保证 如何调度(分配)资源 什么时候分配,分配多少个 什么时候释放,释放多少个 软件重构例子2 软件重构例子2(续) PAL算法 早侦测(队列长度) 预分配 空释放 推导 硬件重配置 硬件重配置例1 硬件重配置例1(续) 硬件重配置例(2) 总结 软件重配置 处理器调度 硬件重配置 功能调度 性能、成本、灵活性、短的TTM 应用前景 科学实验卫星 协处理器 物理层的编码/解码算法实现 问题 软件重配置的资源？ 硬件重配置的网络功能？ 应用？ 参考文献 Network Processors –comer 2003 A Survey of Programmable Platforms A Survey of Networking Communication Processors 2000 Network Processor Technologies 2001 参考文献(续) Adaptive Processor Allocation in Packet Processing Systems 2004 Architecture Conception of a Re- configurable Network Coprocessor 2004 Wireless Base Station Design Using Re-configurable Communication Processor 2000 Design and Analysis of a Dynamically Reconfigurable Network Processor 2002 Appendix 几个概念 OC 多路分解与包分类 MSF I/F 传统的协议处理系统 板载地址识别: 板载包缓冲: DMA: 操作与链接: 智能缓存管理: 网桥算法： 实现细节： 表查找: 利用Double Hashing 技术 MTU问题 IP专访的路由表查找问题 TCP链接识别问题 NAT的TCP衔接问题 常规处理器的协议软件 协议软件一般可在3个不同层次实现: 1.应用程序层： 优点：易编写，编译，调试(简化数据结构和缓冲区分配) 缺点: 处理速度 2.嵌入式系统： 系统直接操纵硬件，需考虑硬件细节 3.操作系统内核软件: 在驱动层之上,可以忽略硬件细节(由硬件驱动处理) 协议层软件可共享，更灵活 软件中断处理机制流程 1.包到底网络接口 2.网卡用DMA将包置于下一个可用的存储缓冲区 3.网卡产生一高优先级中断(硬件中断) 4.设备驱动捕获硬件中断,从缓冲区取帧并加入到TCP/IP处理队列 5.在硬件中断返回前,产生一个软件中断 6.CPU处理完硬件中断后(所有比软件中断高优先级的)开始处理软件中断 7.软件中断服务程序运行TCP/IP队列处理程序 8.若包用于应用程序则把包放入应用程序处理队列 传统