非抢占式信号机制硬件多线程线程切换硕士论文

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1、面向网络处理器的非抢占式硬件多线程技术研究微电子学与固体电子学，2011，硕士【摘要】随着微电子技术的发展和集成电路制造工艺的进步,网络处理器体系结构的设计研究正朝着片上多核系统集成方向发展。并行多线程结构的可编程数据处理单元由于其处理效率高以及功耗低等优点已成为网络处理器数据通道处理的研究热点。本论文重点研究了用于多线程处理器结构的低开销硬件多线程技术。通过采用由指令触发的显式硬件线程触发方式,实现了硬件线程切换的非抢占性,提高了处理器的硬件线程触发效率;利用基于信号唤醒机制的非抢占式多线程技术

2、,使得每个线程切换的开销能够最小降低到零开销,并且最大限度提高每个线程的执行效率。线程唤醒采用了线程轮转优先级与信号唤醒机制相结合的方式,使得线程被唤醒的时延达到最小。本论文设计的硬件多线程处理器是在一个标准的5级流水线RISC处理器基础上进行改进得到,通过在标准RISC处理器上添加线程切换主模块以及相关的状态和数据保存寄存器进行实现,提高了处理器的数据处理效率。整个设计采用Verilog硬件描述语言进行实现,并在FPGA平台上完成了多线程处理器的并行工作的验证与性能分析。 更多还原【Abstra

3、ct】Withthedevelopmentofthetechnologyofmicroelectronicsandintegratedcircuitmanufacturingtechniques,theresearchonanddesignofNetworkprocessorarchitectureismovinginthedirectionofmulti-coresystemsintegrationonchip.Programmabledataprocessingunitwithparallel

4、multi-threadedstructurehasbecomearesearchfocusofnetworkprocessordatapathprocessingbecauseofitshighefficiencyandlowpowerconsumption.Thispaperfocusesonmulti-threadedprocessorarchitecturef... 更多还原【关键词】非抢占式；信号机制；硬件多线程；线程切换；【Keywords】Non-preemptive；Signalm

5、echanism；Hardwaremultithread；Contextswaping；摘要5-6Abstract6第一章引言9-131.1网络处理器概述9-101.2硬件多线程技术的发展10-111.3论文的主要工作及安排11-13第二章网络处理器体系结构13-272.1网络处理器的典型结构13-172.1.1加强型RISC处理器13-152.1.2用同构处理器组成流水线15-162.1.3大规模的和多样性的处理器16-172.2XDNP网络处理器体系结构17-202.3可编程数据处理单元结构2

6、0-232.4数据通道处理单元的硬件多线程技术23-242.5本论文实现的硬件多线程的特点24-252.6本章小结25-27第三章硬件多线程的线程切换解决方案27-593.1硬件线程切换模块的总体设计27-283.2硬件线程切换的现场保护机制28-383.2.1线程状态的保持28-343.2.2线程数据的保持34-383.3事件信号的设计38-413.3.1事件信号分类38-403.3.2事件信号格式40-413.4主动式的线程切换41-443.4.1硬件线程的状态转换关系41-423.4.2主动

7、式线程切换原理42-443.5基于事件信号的线程唤醒机制44-463.6线程切换的仲裁策略与算法实现46-503.6.1线程切换的仲裁策略46-483.6.2线程仲裁的算法实现48-503.7硬件多线程切换模块的设计实现50-563.7.1如何在RISC流水线上进行集成50-543.7.2零开销线程切换的实现54-563.8本章小结56-59第四章仿真验证和性能分析59-714.1基于FPGA仿真验证技术简介59-634.1.1仿真与验证技术概述59-604.1.2FPGA仿真验证流程60-634

8、.2硬件多线程技术的FPGA验证63-684.2.1验证平台的搭建634.2.2IP的替换63-644.2.3可编程数据处理单元初始化配置644.2.4测试向量的加载64-654.2.5多线程技术的验证65-684.3验证结果与性能分析68-694.4本章小结69-71第五章结束语71-73致谢73-75参考文献