[發明專利]采用硬件多線程機制的網絡處理器

在審

• 申請號: 202010214339.7
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111459630A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李苗
• 申請（專利權）人: 華東計算技術研究所（中國電子科技集團公司第三十二研究所）
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/4401
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，包括：

控制內核、微引擎內核、Hash加速器、DDR控制器、網絡接口控制器、PCIe控制器以及SRAM控制器；

控制內核：由通用CPU內核實現網絡處理器的寄存器、存儲器以及查找表的訪問；

網絡接口控制器用于連接外部的網絡終端接口；

PCIe控制器用于連接外部的CPU；

SRAM控制器外接片外的SRAM存儲器，用于存放查找表數據；

微引擎內核處理數據報文中的信息時，采用外設命令調用如Hash加速器或DDR控制器處理和讀取數據；

在微引擎內核執行完外設命令之后執行線程切換指令，在執行此線程外設命令的時間段內，對應著其他數據包的線程會被喚醒，執行相應的指令。

2.根據權利要求1所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，所述微引擎內核：

當網絡接口接收到數據包以后，數據包的信息會提取到微引擎內核進行處理，通過線程切換指令實現多個線程的切換。

3.根據權利要求2所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，所述微引擎內核中沒有硬件中斷機制，多線程切換為非搶占式，通過微碼切換指令控制線程間的切換，切換時采用Round-Robin輪轉調度算法對就緒的線程按序號進行調度。

4.根據權利要求3所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，不同線程對應的程序指針不同，即指向指令存儲器的執行地址不同；

同一微引擎中多個線程的指令存儲器是共享的，每一個微引擎內部只需要提供一塊指令存儲空間。

5.根據權利要求4所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，每個線程配備一套專門的硬件來存放切換狀態，該套硬件包括：

信號事件寄存器、程序指針寄存器、控制和狀態寄存器；

遇到線程切換指令時，信號事件寄存器和程序指針寄存器記錄進入睡眠的線程的當前狀態，同時控制和狀態寄存器根據實時的事件狀態維護線程切換狀態機，線程仲裁器從就緒狀態的線程中仲裁出激活狀態線程，并把該線程的程序指針寄存器值作為微引擎內核的程序指針，待切換線程指令之后立即執行指令存儲器的指令，實現流水線指令無縫的銜接，不因線程切換而造成微引擎指令的中止。

6.根據權利要求5所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，所述信號事件寄存器包括每個線程*_CTX_SIG_EVENTS寄存器和*_CTX_WAKEUP_EVENTS寄存器，記錄線程切換所需要的信號量；

程序指針寄存器記錄每個線程所對應的程序指針，線程激活時，程序指針用于控制微引擎內核指令執行的內存地址；

控制和狀態寄存器用于進行線程狀態機的切換和激活線程的維護。

7.根據權利要求6所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，當前線程執行線程切換指令后，交出執行控制權，進入睡眠狀態，同時將本線程需要等待的信號量標記在CTX_WAKEUP_EVENTS寄存器中，等待外設指令執行完畢；

外設執行指令完成后，將標志完成的信號量記錄在微引擎中的CTX_SIG_EVENTS寄存器，根據比對，如果睡眠線程所等待的信號量完全匹配，那么該線程又可以重新進入就緒狀態，等待下一次的仲裁，可以認為此時線程被喚醒。

8.根據權利要求4所述的采用硬件多線程機制的網絡處理器，其特征在于，每個線程都處于下述4個狀態中的一個：

未激活狀態：該狀態下的線程不執行任何操作；

運行狀態：該狀態下的線程控制微引擎內核的執行權，根據程序指針讀取指令來執行，線程執行線程切換指令就會進入睡眠狀態，其他就緒線程才會獲得執行權，激活線程狀態寄存器ACTIVE_CTX_STATUS記錄當前處于運行狀態的線程，任何時刻只有一個線程運行；

就緒狀態：該狀態下的線程準備去運行，就緒線程狀態寄存器INDIRECT_CTX_STATUS記錄就緒線程的情況，當運行線程進入睡眠狀態，線程仲裁器采用輪轉算法從就緒線程中選擇一個去運行；

睡眠狀態：當線程執行了線程切換指令后會進入睡眠狀態，當睡眠線程喚醒事件寄存器INDIRECT_CTX_SIG_EVENTS中指明的外設事件信號量發生時，通過與記錄外設返回于各自線程的信號量位圖的寄存器INDIRECT_CTX_WAKEUP_EVENTS比較匹配之后線程即可進入就緒狀態。