网络处理器高带宽数据总线接口模块设计分析

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1、2网络处理器高带宽数据总线接口模块设计研究◆可编程性：通过汇编语言或C语言进行程序设计。◆灵活性：开发周期短，容易增减网络处理功能。·并行处理：通过多处理器结构，实现低层并行处理。·高速数据处理：通过硬件结构和线速处理能力，能够进行高速的网络数据处理。·开放性：能够对不同厂家系列产品之间进行无缝连接。·可扩展性：具有硬件或多区分服务等方面的扩展性。网络处理器自身体系结构的进化主要表现在并行结构、协处理器和通信体系结构三个方面。为了提高性能，网络处理器中部分常用单元将以ASIC协处理器的形式出现，同时原先一些片外协处理器也将逐步集成到网络处理器芯片内部。新一代网络处理器不但要增

2、强处理器内部处理单元间的通信能力，而且应改进处理器外部接口的通信能力17]。网络处理器可以广泛地应用在因特网的核心网、边缘网和局域网／企业网中。在核心网中，网络处理器可以用于实现核心路由器；在边缘网中，它可以应用于服务运营商的接入设备和数据中心，提供对新型业务和网络汇接的支持；在局域网中，则可以用于用户管理和接入控制，实施安全与网络监控，以及用来实现Internet防火墙等。操作平台方面网络处理器主要采用嵌入式操作系统，如VxWorks、Linux等等，大部分网络处理器有集成开发环境支持，能用C语言、汇编语言进行开发。当今网络正在向NGN(NextGenerationNetw

3、ork)的方向发展，网络处理器发展方向主要有以下几个方面15】：·业务处理能力加强；●性能更高；·接口的一致性；·处理能力细分化；·多种相关技术紧密结合应用。网络成为人们生活、工作一个重要组成部分，网络处理器发展的需要适应网络应用的发展并为之做出贡献。网络处理器现在被认为是影响IP未来网络发展的三大关键技术之一(NP、ASIC、CompactPCI)，目前对它的研究、开发和应用已进入了新的阶段。第一章绪论1．2课题的研究背景及意义1．2．1网络处理器的研究背景3一随着近几年网络通信的发展，网络设备的市场规模迅速增长。如图1．1所示，2007年，国内路由器市场销售额已达112．

4、1亿元，而2008年还会继续增加。电子商务的发展，家庭宽带的普及，政府办公和军队的信息化建设都促进了网络设备持续快速的增长【81。市场规模(亿元)20042005200620072008年份图1．1中国路由器市场规模网络路由设备发展至今已经历了多次变革，最初采用通用处理器作为核心，随着数据处理量的增加，在通用处理器无法满足需要的情况下，采用在线卡中增加用于网络数据处理的ASIC芯片。但是ASIC芯片灵活性有限，为了使路由器既能以高速转发数据，又能满足多种网络业务的需求，网络处理器成为了新一代的路由器的核心。网络处理器专门针对网络数据的处理，因而具备了ASIC的高效性，同时，网

5、络处理器还拥有可编程特性，于是可以支持复杂多样的网络服务，构成多种网络设备。如今网络已遍布政治、经济、军事、文化、教育等各个领域，尤其在政府办公和军队信息化网络中，“自主可控"的核心芯片技术对于国家的信息安全极为必要。网络处理器作为路由器、交换机、防火墙等网络设备的核心模块之一，其地位非常重要。目前网络处理器芯片完全由国外公司所垄断，国内还没有设计和制造网络处理器的能力，仅仅是基于国外前期网络处理器开发板和芯片从事应用和开发工作。4网络处理器高带宽数据总线接口模块设计研究1．2．2课题的来源及研究意义本论文源来于国家科研项目“网络处理器相关IC设计研究"，对网络处理器数据总线

6、接口模块进行了设计与研究。该数据总线接口负责网络处理器与外部网络设备的数据交换，是影响网络处理器性能的关键技术之一。网络处理器数据总线接口是网络处理器与网络接口层MAC设备以线速进行数据转发的I／O总线接口单元模块，是网络路由结构的重要组成部分，是提高网络数据交换性能的重要结构。本文以网络处理器的特点和结构为背景，设计研究这种用于数据交换的总线接口模块。1．3论文的主要工作及安排论文的主要工作包括有以下几个方面：一、概括总结了计算机网络的基本知识，特别是对网络路由结构的发展和网络处理器的结构作以详述。网络处理器作为新一代路由结构，具有快速处理数据的能力和可编程的能力，逐渐成为

7、路由器的核心。数据总线接口模块作为网络处理器与外部数据交换的重要结构，其性能决定了路由结构是否能以线速处理和转发数据。本文基于网络处理器的特性和结构，给出一种高带宽的数据总线接口模块。二、对总线接口模块进行分析设计。基于网络处理器的工作特点、功能结构及工作方式，给出了总线接口的功能指标，并在这个功能指标之下对总线接口进行模块的划分，详细设计了数据缓冲存储模块、数据接收／发送模块、总线仲裁模块及控制与状态寄存器等。根据网络处理器数据处理单元的要求，它们负责传输网络处理器与外部MAC设备的数据。三、对设计描