提高硬件多线程处理器性能的方法

在当今的网络处理器中，为了提高吞吐率、实现高性能，部分处理器采用了流水线技术和硬件多线程技术。支持硬件多线程不仅有效地隐藏了访存延迟，而且略去了线程切换时线程相关信息的保存与恢复，减少了线程切换的开销，从而提高了性能。然而硬件多线程并未能彻底消除线程切换的开销，线程切换时仍需要清除与重载流水线，这将浪费一定的时钟周期，不能充分利用多线程带来的好处。该文在IXP2400网络处理器的基础上，提出了一种新的设计方法，使得线程切换时略去了清除与重载流水线的环节，减少了这部分的开销，从而提高了处理器性能。     

多核同时多线程处理器的线程调度器设计

多核同时多线程处理器(SMT_PAAG)是用于图形、图像及数字信号处理的一种多核处理器。基于这种处理器提出了一种硬件线程调度器,该调度器采用同时多线程技术,最多可同时执行四个线程,支持八个线程阻塞模式下的快速上下文切换。这样避免了因阻塞带来的等待问题,能够有效提高处理器的工作效率和资源利用率。通过在处理器上运行图形处理算法进行性能评测。结果表明,SMT-PAAG处理器通过挖掘指令级并行和线程级并行,将处理器的性能提高了69.25%。     

基于线程级的同时多线程处理器功耗评估

针对同时多线程处理器中每个线程的功耗评估问题,提出一种同时多线程基于线程级的功耗评估方法。该方法可使系统在运行过程中统计出各线程对各部件的详细功耗情况,方便地衡量在多线程运行时各线程所产生的功耗。为同时多线程处理器进行基于功耗已知的线程调度和取指策略研究提供了基础条件。实验结果表明,各线程的功耗之和与总功耗相等。     

同时多微线程体系结构研究

随着生产工艺的提高,芯片上能集成越来越多的晶体管,多线程技术也逐步成为一种主流的处理器体系结构技术.提出一种融合同时多线程技术和微线程技术的新型体系结构同时多微线程(simultaneous multi-microthreading,SMMT),并给出同时多微线程体系结构的实现方案.SMMT有效结合同时多线程技术硬件代价小和微线程技术能够加速单进程应用的优点,通过软硬件协同的方式充分挖掘单进程程序的微线程级并行性.通过在设计的龙芯2号同时多微线程处理器上进行性能评测,结果表明,同时多微线程体系结构能够有效地加速单进程的程序,以很小的硬件代价显著地提高了处理器的性能.     

一种基于优先级的无线传感器网络实时MAC协议

MAC(Medium access control)协议直接影响着无线传感器网络能量的有效性和实时性,对此,提出一种基于公平优先级的MAC(FP-MAC)协议.该协议对不同类型的网络数据流设置不同的优先级,以保证较高优先级的数据能够实时传输;根据网络负载自适应地调节占空比,实现了低能耗与低时延.分析及实验表明,协议给出了时延上限,提供了实时性及可扩展性,同时保证了不同优先级之间的公平性,能够很好地适应具有实时性要求的无线传感器网络应用.     

冗余多线程结构的重命名寄存器配对共享分配策略

同时多线程处理器允许多个线程同时执行,一方面提高了处理器的性能,另一方面也为通过线程冗余执行来容错提供了支持.冗余多线程结构将线程复制成两份,二者独立执行,并比较结果,从而实现检错或者容错.冗余多线程结构主要采用ICOUNT调度策略来解决线程间资源共享问题.然而这种策略有可能造成"饥饿"现象,并降低处理器吞吐率.提出一...     

支持动态可重构的软/硬件统一多线程编程模型

针对可重构系统中的数据流驱动应用,提出支持动态可重构的软/硬件统一多线程编程模型SHUMDR及其层次化实现.通过硬件线程接口设计、操作系统内核扩展,便于设计人员以统一的线程视图描述应用的软硬件划分.以数据加密/解密为例进行测试的结果表明,统一线程抽象带来的时间开销和空间资源占用率较小,该模型在探索编程灵活性的同时,能够有效地兼顾硬件的效率.     

MIMO MAC协议PHY/MAC联合仿真性能研究

多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术是能够实现多包接收（Multi-Packet Reception,MPR）功能。提出MIMO系统的MAC协议,该协议基于数据流控制方法实现多包接收功能,并在同一通信领域内支持多对一和并行通信。网络仿真中采用调用信道模型的方法,并利用OPNET和MATLAB进行了PHY/MAC跨层动静态联合仿真分析。仿真结果表明,所提协议能够有效地提高移动Ad Hoc网络吞吐量、端到端分组延迟等性能。     

32位多线程包处理微引擎的设计

硬件多线程技术是网络处理器中的核心技术，本文介绍了一个专门面向网络协议处理的硬件多线程包处理微引擎NRS05的设计，详细介绍了其流水线的整体结构，提出了一种基于混合多线程的动态调度策略实现了长延时操作的隐藏，保证单线程性能能够满足应用需求的同时保证了各线程在执行核上运行的公平性，并将多线程技术和流水线技术进行了结合，解决了传统处理器中指令间因控制相关导致的流水线停顿问题，最后给出了设计的综合结果及包处理性能．     

基于多线程的环境监控系统下位机的设计

为提高环境监控系统的稳定性,节约系统资源,提出了一种由下位机、传输网络和上位机组成的环境监控系统的设计方案,详细介绍了该系统中下位机的硬件及软件设计。该下位机硬件以ARM9处理器S3C2410为核心,软件采用多线程应用程序同时处理多个任务,并采用信号量和互斥量实现线程间的同步。实际应用表明,该系统运行稳定,提高了系统效率。     

基于IXP2350的WiMAX基站MAC层研究

全球微波互操作接入(WiMAX)基站MAC层由于协议的复杂性、不完备性和系统大量的数据吞吐量,成为系统设计的瓶颈问题。该文结合WiMAX基站和网络处理器2个关键技术,提出一种基于多核网络处理器的WiMAX基站MAC层的设计方案, 并给出软硬件架构,分析了MAC层的数据流程和控制流程,为WiMAX基站MAC层的设计提供了可行的方案。     

无线传感网络的冲突感知MAC协议研究

无线传感网络是事件触发的网络，其中包含大量的节点。提出了同源冲突和非同源冲突的概念：将同一事件触发多个节点动作称为同源冲突；不同事件触发的多个节点动作称为非同源冲突。这两种冲突都会造成网络数据流量的下降和节点能量的浪费。因此，需要在现有无线传感的MAC层协议的基础上，实现MAC层的冲突避免。使用筛选和功率控制思想设计了冲突感知MAC协议CAMAC，详细论述了CAMAC对不同类型冲突的处理原理，使用NS进行仿真，并给出了仿真结果。     

一种高速OFDM电力线通信终端的设计

宽带电力线通信技术(PLC)在家庭网络中具有很好的应用前景。OFDM是在低压电力线上实现高速数据通信的最合适的调制/解调方案。本文介绍了一种以基于OFDM技术的高速PLC物理层芯片SPC-200E为核心的PLC调制/解调器的物理层和MAC层的设计与实现,并给出了该Modem在室内低压PLC实验中的实验结果。     

基于H.264的多传输模式IP网络视频监控系统

设计与实现了一种基于H.264的多传输模式IP网络视频监控系统,该系统采用ARM9 S3C2440作为核心硬件处理器, USB摄像头采集到的视频数据经X264压缩编码后由RTP实时传输协议进行网络层的打包,并通过ARM-Linux开发平台与PC机之间建立的UDP Socket在有线以太网、无线Wi-Fi和电力线三种环境中进行网络传输, PC机在接收到视频流后进行解码与实时显示.最后,对系统服务器端的压缩编码效率和三种传输模式下的系统性能进行了测试和分析,测试数据结果表明该系统具有功耗低、压缩编码效率高、视频画质清晰等特点,并且能在不同的传输环境中保证视频传输的高实时性.     

基于Nios~ II/s的通用无线传感网络节点设计

无线传感器网络是一项基于无线网络通信、在普适环境下可实现区域性信息采集的网络技术。基于Nios II系列32位RISC嵌入式处理器Nios II,采用创新的三维IP地址分配法,结合传统无线网络技术和MAC协议,设计了一个通用性较强的无线传感器网络模型。同时利用太阳能和节点自身携带微型电池协同供电,太阳能充电的双模式供电法,在无线传感网络的能源问题上作出了改进。     

Design and evaluation of a novel MAC layer handoff protocol for IEEE 802.11 wireless networks

In recent years, the IEEE 802.11 wireless network family has become one of the most important set of standards in the wireless communications industry. IEEE 802.11 compliant devices are inexpensive and easier to configure and deploy than other wireless technologies. In an IEEE 802.11 wireless network, wireless terminals can move freely. As a result, when the wireless terminal moves away from its current access point, it must switch to another access point to maintain the active connection. This is known as the MAC layer handoff process. MAC layer handoff latency should be minimized to support real-time applications and to provide mobile devices with seamless roaming in IEEE 802.11 wireless networks. This paper proposes a novel MAC layer handoff protocol over IEEE 802.11 wireless networks by introducing advertisement messages sent from other mobile nodes and from which wireless terminals are able to receive the information of access points in their neighborhood. A mobile node can try to associate with access points based on the prediction before starting the probe process. The experimental results demonstrate that our solution can reduce MAC layer handoff latency to meet the requirements of real-time applications.     

基于OMNeT++的Ad Hoc网络跨层协议栈仿真

针对OMNeT++的MFW组件中物理层和MAC层模块的错误进行修正和功能改进,实现基于RBAB的IEEE 802.11b协议速率自适应数据传输,建立移动Ad Hoc网络跨层协议栈模型的网络仿真框架,实现将Ad Hoc网络MAC层的速率自适应机制与其路由协议联合优化设计的仿真。结果表明,在移动环境下,采用跨层设计的网络协议栈能大幅提高Ad Hoc网络系统的性能。     

面向网络处理器的软件组件技术研究*

基于网络处理器的系统是一种复杂的嵌入式系统,具有实时、资源受限和异构的特点.组件技术可以实现有效的软件开发,但是通用的组件技术不适合基于网络处理器的系统.研究将组件技术应用于基于网络处理器的系统的问题,分析了硬件系统结构和目标应用的特点,提出了组件模式,定义了框架服务,并讨论了软件性能工程.其组件技术也适用于其他类似的多核系统.     

分布式控制系统内部强实时通信研究

研究了基于OSI／ISO七层参考模型的Mac子层的通信协议的效率，计算并通过实验证明了应用于分布式控制系统时以太网Mac子层的最大潜力，在对基于连接的协议和基于无连接的协议进行实时性测试后，大量实验数据论证了对于采用IP协议族的分布式控制系统来讲，必须在传输层采用基于无连接的UDP协议，最后通过电力系统故障实验证明在分布式控制系统中采用以上方案可以达到实时性的要求。