网络处理器中处理单元的设计与实现.docxVIP

第 33 卷第 2 期计算机工程2007 年 1 月Vol.33No.2Computer EngineeringJanuary 2007·开发研究与设计技术·文章编号：1000—3428(2007)02—0252—03文献标识码：A中图分类号：TP393网络处理器中处理单元的设计与实现李 诚 1,2，李华伟 1(1. 中国科学院计算技术研究所，北京 100080；2. 中国科学院研究生院，北京 100039)摘要：随着网络带宽的飞速增长和各种新的网络应用不断涌现，原有的基于通用处理器和 ASIC 的互联网架构已经不能满足新的需求。兼具强大处理能力和灵活可编程配置能力的网络处理器逐渐得到广泛的应用。高性能的网络处理器通常采用多个并发的处理单元进行数据平面的快速处理，这些处理单元在网络处理器中居于核心的地位。该文讨论了网络处理器中处理单元设计需要考虑的因素，设计了一种较为灵活有效的处理单元架构，并进行了 FPGA 原型验证，证实了该结构的可行性。关键词：网络处理器；处理单元；并行处理Design and Implementation of Processing Element in Network ProcessorLI Cheng1,2, LI Huawei1(1. Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080;2. Graduate School, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039)【Abstract】With the rapid increase in network bandwidth and emergence of various new network applications, original solutions based on generalpurpose processor(GPP) and application specific integrated circuit (ASIC) can not fulfill the requirements of high performance, flexibility andextensibility. Network processors are getting wide acceptance with its powerful processing ability and programmability. Almost all the networkprocessors of high performance consist of multiple processing elements which are powerhouse for deep packet processing process packetsconcurrently. This paper discusses the design of processing elements, proposes a flexible yet efficient architecture for processing element, anddemonstrates its feasibility through FPGA prototyping.【Key words】Network processor; Processing element; Parallel processing1 概述计算机网络可以看成是由通信子网和接入子网的主机组成的。而子网则可看作路由交换设备和传输媒介互联而成。随着光传输技术的高速发展，传输媒介能提供的带宽已经不再是制约网络速度和应用的因素。随着带宽的增长，核心网向高速的交换迁移，而转发智能则向网络的边沿迁移，通信子网中路由器和交换机的处理能力逐渐成为互联网的带宽瓶颈[1]。各种新的应用和协议也对路由交换设备提出了更高的要求。互联网上的业务包括了 VoIP、VoD、P2P、VPN、在线游戏、网格计算等多种复杂的应用，网络已经从带宽驱动为主转向应用驱动为主，要求高带宽的数据网和要求低延迟的电信网的融合成为发展趋势。这些复杂的应用往往要求对分组进行深度处理，除了分组头部外还需要检查分组的负载，从而要求路由交换设备具有更高的性能以及高度的灵活性和可扩展性。传统的基于 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)和 GPP(General Purpose Processor)的解决方案不能同时满足高性能和高扩展性的要求。在这种情况下网络处理器应运而生，提供了较为理想的解决方案