动态部分可重构交换式线卡的研究

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1、分类号密级注1UDC学位论文动态部分可重构交换式线卡的研究（题名和副题名）徐旭阳（作者姓名）指导教师姓名许都教授博导电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期2012.04论文答辩日期2012.05学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人年月日注1注明《国际十进分类法UDC》的类万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的

2、材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要随着因特网规模的不断扩大，各种不同类型不同带宽需求业务的不断出现，使得现在对网络系统中对数据包处理能力的需求不断提高。传统的网络节点

3、只完成少数几种任务，网络系统中线卡上的输入端口一般具有多种功能，例如进行数据链路层的封装与解封装，路由查找，提供QoS等。为了实现更高数据包处理效率以及更低的网络系统硬件投入成本，就需要在一定的硬件资源的基础上实现更多的功能，因此，将纯空间概念的硬件设计方案扩展成为融合时间和空间双重概念的硬件设计方案是一种可行的思路，对线卡中的数据处理单元进行动态部分可重构的设计思想可以实现这种设计方案。本文的研究内容主要集中在对动态部分可重构交换式线卡的结构和功能的设计上。首先，根据对现有的网络处理器的结构特点进行分析和研究，例如多芯片流水线结构，加强型RISC处理器，异构处理器流水线结构等，以典型的数

4、据流水线Pipeline结构为基础的数据流处理结构作为参照，提出了以Crossbar交换结构为基础的数据流处理交换式线卡模型。然后，对基于Crossbar交换结构的动态部分可重构线卡中的各个功能模块进行了功能的定义和设计，对数据包在线卡中的处理流程进行了阐述，结合动态可重构的思想，对原先功能固化的数据处理单元加入动态可重构机制，使得数据处理单元的处理功能可以根据当前业务需求实现灵活配置，从而进一步提高线卡中数据处理硬件资源的利用率，以此来实现在同样规模的硬件资源的条件下达到更高的数据处理性能的目的。最后，假设了多种不同情况下的具有代表性的数据流类型作为仿真的业务类型，在这些业务场景下对基于

5、Pipeline结构的线卡和基于Crossbar结构的线卡在平均时延、资源利用率、极限负载、队列长度等方面进行对比分析，证明了基于Crossbar交换结构的具有动态部分可重构能力的线卡在性能方面的提高。关键词：动态可重构，网络处理器，Crossbar，Pipeline，线卡I万方数据ABSTRACTABSTRACTWiththeconstantexpansionoftheInternet,andthecontinuingemergeofdifferentbandwidthrequirementsanddifferenttypesofpackets,thedemandsforthepacke

6、tprocessingcapabilitiesofthenetworksystemareimprovingcontinuously.Traditionalnetworknodecanonlyachieveonlyafewkindsofprocessingfunctions,andtheI/Oportsonthelinecardofthenetworksystemgenerallyhavemultipleprocessingfunctions,suchasencapsulationanddecapsulationfunctionsinthedatalinklayer,lookuptherou

7、tingtable,providingQoS(QualityofService).Inordertoachievehigherdatapacketprocessingefficiencyandlowercostshardwareresourceofthenetworksystem,weneedtoachieveadditionalfunctionsonthebasisofthelimitedhardwareresourc