面向網(wǎng)絡處理器的軟件平臺關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、網(wǎng)絡處理器(NP)是一種面向網(wǎng)絡設備通信處理任務而優(yōu)化設計的可編程ASIP(ApplicationSpecificInstructionProcessor)，它兼有高速處理和靈活編程兩種能力，能很好地適應高速網(wǎng)絡和業(yè)務演化的需要。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公司仍專門發(fā)起了IntelIXA大學計劃，以資助學術(shù)界在NP尤其是NP

2、軟件技術(shù)方面的研究。 NP軟件開發(fā)的困難主要來自于其微并行結(jié)構(gòu)之復雜性和網(wǎng)絡多平面處理環(huán)境之特殊性，突出表現(xiàn)為：缺乏高層編程模型和開發(fā)工具，缺乏網(wǎng)絡通信處理算法組件庫，缺乏適應多平面處理環(huán)境的OS支持。 本文在國家863計劃和IntelIXA大學計劃的雙重資助之下，結(jié)合863重大軟件專項“面向網(wǎng)路處理器的系統(tǒng)軟件平臺(NPPlatform)”課題任務，以IntelIXP2400網(wǎng)絡處理器板為實驗平臺，深入研究了NP系統(tǒng)軟

3、件平臺涉及的高層編程模型和支持工具、適應NP結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡通信處理算法組件庫，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： (>)設計了NPPlatform的體系結(jié)構(gòu)和功能組成，并實現(xiàn)了NPPlatform所含有的高層編程模型與開發(fā)環(huán)境——NPWare。NPPlatform平臺可有效支持NP應用系統(tǒng)的多平面協(xié)同開發(fā)特點，而NPWare可屏蔽底層硬件細節(jié)，提高應用可復用能力與跨平臺可移植能力。 (>)現(xiàn)

4、有分組調(diào)度算法難以同時滿足時間復雜性低和QoS保障能力強兩方面的要求，本文提出了一種基于均勻服務序列的分組調(diào)度算法，并給出其NP實現(xiàn)。理論分析和仿真實驗結(jié)果表明該算法的決策時間復雜性、公平性、調(diào)度時延特性均與數(shù)據(jù)流個數(shù)無關(guān)，不僅具有良好的可擴展性，而且在度量上明顯優(yōu)于以加州大學圣地亞哥分校的Stratified-RR為代表的幾個近年提出的DRR類算法。 (>)在建立了NP流水編程模式任務分配模型的基礎上，提出一種遺傳式自動分配算

5、法GaPipe，以改善人工分配過程存在的長周期和低效率缺點。大量比較實驗結(jié)果表明，相對于華盛頓大學的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已應用于NPWare開發(fā)環(huán)境中。 (>)提出并實現(xiàn)了一種可擴展的平面間交互框架，可有效支持數(shù)據(jù)平面和控制平面之間的通信協(xié)調(diào)，具有通信簡捷和應用透明的優(yōu)點。該框架擴展和優(yōu)化了現(xiàn)有嵌入式OS，使之能適應多平面處理環(huán)境。