网络处理器高带宽数据总线接口性能评估研究

摘要

随着数据通信和集成电路技术的飞速发展，出现了专用于大流量、复杂业务网络应用领域的高性能网络处理器，它用来增强网络分组、转发能力，减轻网络设备处理负担，从而达到提高处理和传输数据速率，满足带宽需求的目的。网络处理器的数据传输质量主要受到与外部网络设备相连的总线接口性能的影响。 尽管总线的功能和用途大致相同，但是内部结构和实现机制却是多种多样。本文力图找到一种客观可靠的评估方法，对交换总线的性能进行测评，也对现有系统方案的缺陷进行改进。 本文通过分析网络处理器高带宽数据总线接口特性，提出了正确评估总线接口需要关注以太网与网络处理器两者性能对总线的影响，并对传统单一评估手段进行了选择和融合，采用基于模型和基于仿真相结合的办法进行总线评估。其中，以模型为基础的评估应用冲突模型CSMA/CD、二进制指数回退算法、M/m/1排队模型、吞吐量分析算法和介质利用率模型构造以太网的延时、负载、吞吐量、利用率等方面的性能参数变化。以仿真为基础的评估考察了接收、发送溢出情况下，Unbounded理想状态下和数据帧从64B到1518B不同帧长对总线工作的影响。结果，总线接口的性能参数在网络处理器正常工作状态下，随着以太网网络发生动态变化，此变化的范围和规律符合以太网动态趋势，说明本总线接口满足网络处理器用于以太网数据处理的延迟、转发速率、吞吐量、利用率等参数要求，同时此种基于模型的评估和基于仿真的评估也相互印证了方案的可行性和可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2片上总线技术简介

1.2.1片上总线的发展

1.2.2片上总线的结构

1.2.3片上总线的分类

1.3片上总线性能评估

1.4课题研究内容

1.5论文的组织结构和章节安排

第二章网络处理器数据处理简介

2.1网络系统中的网络处理器

2.2网络处理器中的微引擎

2.3微引擎对数据的简单处理

2.3.1字节顺序转换

2.3.2长字对齐

2.3.3位序逆转

2.3.4乘法运算

2.3.5校验和

2.4微引擎对数据的传输

2.4.1数据包接收

2.4.2数据包处理

2.4.3数据包发送

2.5本章小结

第三章网络处理器数据总线

3.1交换总线工作模式

3.1.1 64bit、32bit工作模式

3.1.2 MAC工作模式

3.1.3状态或非状态工作模式

3.2交换总线框架

3.2.1接收缓冲区和发送缓冲区

3.2.2标志总线

3.2.3接口单元

3.2.4交换总线输入输出引脚

3.3交换总线工作原理

3.3.1交换总线的工作频率

3.3.2基本接收操作

3.3.3基本发送操作

3.3.4接收、发送切换

3.4接收和发送可选项

3.4.1大数端、小数端

3.4.2快口和慢口

3.5标志总线

3.5.1接收和发送就绪标志

3.5.2流量控制

3.5.3数据流程

3.6本章小结

第四章交换总线的评估研究

4.1总线评估方法

4.1.1总线评估对象

4.1.2总线目标评估方法

4.2基于模型的评估

4.2.1以太网延迟模型

4.2.2以太网吞吐量模型

4.2.3以太网介质利用率模型

4.3基于仿真的评估

4.3.1仿真配置

4.3.2仿真结果

4.4本章小结

第五章总结与展望

致谢

参考文献

研究成果