网络处理器微引擎总线仲裁器设计与验证研究

摘要

在网络系统中，数据的处理是一项非常重要的任务，为达到高速协议处理和包处理，高性能的网络核心网络处理器出现了。微引擎核是网络处理器的通信核心部件之一，是影响网络处理器性能的关键因素。网络处理器中微引擎采用同构多核的结构，多个同构微引擎间的仲裁器对于微引擎处理网络数据包的效率有决定性的影响，研究设计网络处理器微引擎仲裁器的仲裁机制具有重要的研究意义和应用价值。 本文从理论上分析了网络处理器结构、分类、技术原理和应用。研究了微引擎的工作原理和功能特点，阐释了微引擎内部传输寄存器、通用寄存器、五级流水线等核心模块功能特点和关键技术。 网络处理器XDNP中6个同构的微引擎与外部接口电路通信时占用共享命令总线，本文提出了微引擎间总线仲裁器的协议规范和模块框架结构，设计了总线仲裁器的有限状态机，提出了仲裁器仲裁算法中关键的轮优机制，进而解决了同构微引擎总线争用的问题。完成了状态机RTL级的代码编写和逻辑综合。 验证的主要任务是保证设计与功能描述相符合，本文完成了总线仲裁器验证平台的搭建，针对仲裁器对接口电路固定优先级、同一接口级别微引擎轮流优先的仲裁特点提出了对仲裁器的验证策略，并使用Modelsim工具对所设计的总线仲裁器状态机进行了功能验证，结果证实了设计的正确性。

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第一章网络处理器概论

1.1网络处理器背景

1.2网络处理器体系结构

1.3网络处理器技术特点

1.4网络处理器应用和发展现状

1.5论文内容与结构

第二章微引擎工作原理

2.1微引擎处理器功能

2.2微引擎处理器模块单元

2.2.1微代码存储区

2.2.2数据通道寄存器

2.2.2逻辑运算单元和移位器

2.3微引擎处理器工作机制

2.3.1流水线

2.3.2线程切换

2.3.3指令集

2.4同构多核

2.5本章小结

第三章总线仲裁器设计

3.1 ME与外部功能单元接口

3.2命令总线仲裁协议规范

3.3总线仲裁结构

3.4仲裁算法及实现

3.4.1仲裁算法分类

3.4.2微引擎仲裁器仲裁算法

3.4.3仲裁器有限状态机

3.4.4轮优算法代码实现

3.5本章小结

第四章总线仲裁器的验证

4.1验证方法简介

4.1.1常见的验证方法

4.1.2验证工具介绍

4.2验证流程

4.3总线仲裁器的验证方案

4.3.1搭建验证平台

4.3.2仿真验证方案

4.4本章总结

第五章结束语

致谢

参考文献

研究成果