网络处理器中异步访问DRAM存储控制系统的设计与优化

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随着通信技术以及微电子产业的不断发展,网络应用也在不断更新。网络带宽的急剧增长和网络协议的不断更新,使得传统的网络设备方案已经不能满足用户对于高性能和可编程方面的需求。传统的网络设备像通用处理器(GPP)虽然灵活性好、成本低,但由于它性能低下,所以不适合处理高速网络流量;ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)虽然性能高,采用硬件的方式能够实现各种成熟的网络功能,但由于它的设计周期长,灵活性较差,而且费用高;FPGA(FieldProgrammableGateArray)虽然可反复编程,能在一定程度上灵活的扩展业务类型,但由于受技术限制还不成熟。而ASIP(ApplicationSpecificInstructionProcessor)也就是网络处理器(NP)结合了上述传统设备的优点,由若干微处理器和一些硬件协处理器组成,并行工作,通过软件来控制处理流程。它具有可编程可扩展的特性,实现了业务灵活性与高性能的有效结合。本文中所设计的DRAM存储控制器,采用多种优化策略,以便充分提升网络处理器的其他主设备对存储器的访问效率。由于XDNP采用异构多核硬件多线程的设计结构,所以它的多个包处理引擎(PE)以及每个包处理引擎的多个线程需要不断的对片外的DRAM存储器进行访问。由于同一时刻只能有一个包处理引擎的一个线程对DRAM芯片进行访问,所以对DRAM芯片的访问延时就成了决定网络处理器性能的最关键的因素。本文所设计的DRAM存储控制器针对XDNP多核共享的访存特性,采用一种流水线结构来实现对不同部件对DRAM芯片的访存指令的处理,大大提升了DRAM控制器的访存效率以及运行频率,使得DRAM控制器的吞吐率提升了3.6倍,平均延时下降了50%。运行频率从200M提升到220M,提高了1.1倍。此外设计中还对不同设备发出的访存指令的仲裁进行了优化,采用基于Round-Robin的混合优先级的仲裁策略动态调整各类访存指令的优先级,极大的提高了DRAM控制器的效率。
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