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《字符串模式匹配硬件加速的研究論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、摘要隨著網絡與信息技術的高速發(fā)展，網絡檢索、路由查找、信息安全等許多應用領域對字符串模式匹配有著越來越離的速度需求。因此，近年來，人們集中研究如何以快速、高效的方式進行字符串模式匹配。隨著硬件工藝水平的提高和FPGA技術的發(fā)展，用硬件的并行結構來實現(xiàn)字符串模式匹配處理的研究大量涌現(xiàn)。當然，不同的研究和設計方案，在速度、面積、成本、靈活性等方面都有很大的差別，在實際應用中，這些方案揚長避短，在某些虛用領域中麓發(fā)揮關鍵的作用。本文提出設計專用處理器的方案，來達到字符串模式匹配加速的目的。專用處理器是一種新型的具有處理器結構和可編程能力的芯片，它為某個或某一類的應用焉專
2、門定制。通過權衡速度、面積、成本和靈活性的設計約束，專用處理器往往能夠達到更好的平衡點，從而適應嵌入式系統(tǒng)的需要。因而專用處理器在嵌入式領域中具有良好的應用背景。專用處理器的設計需要面對具體的應用定制最優(yōu)的體系結構，其設計過程往往是從局部展開，基于應用分析和需求分櫥，提取其中的處理規(guī)德和特點，并針對這些規(guī)律和特點展開設計。另外，專用處理器的設計要具有一定的完整性，包括配套的編譯器(綜合器)，便于工程師在嵌入式領域中的開發(fā)和接受?！け疚木唧w研究內容如下：1)分析正則式和巴克疑范式的語法特點。正則式和巴克斯范式都是用來描述字符串模式規(guī)則的文法。正則式是用途最廣泛的一種
3、字符串模式描述工具，語法簡單高效。增強型巴克斯范式(Augmen：ted騫acl【ll婢嘻aw＆珊，，鯧套涿)是裝譬C2234里藹定義的一個字符串模式匹配的文法定義，語法更豐富，擅長描述網絡協(xié)議的結構和規(guī)則。本文首先分析正則式和巴克斯范式的語法特點以及它們描述網絡協(xié)議結構和規(guī)則的規(guī)律，以便定義指令系統(tǒng)和硬件加遴模塊的功能。2>定義字符串模式匹配專用處理器的指令集。．根據(jù)正則式和巴克斯范式的特點，定義并設計了一套指令集，包括基本指令集和專用指令集?；局噶罴ＷC專用處理器具有基本的通用處理能力；專用指令集是針對模式規(guī)則的文法特點而設計的一套高級語言指令集，擅長描述字
4、符串第1頁揍要模式規(guī)則，能夠更加篾潔地表達模式規(guī)則的關系操作，使得字符串模式匹配算法僅需少量的代碼即可描述，并鼠方便使用。3)研究字符串模式匹配處理器的體系結構設計私存褚器管理方案。通用處理器上的字符零模式匹配代碼中，比較、劌斷、循環(huán)和分支指令占有非常大的比重，指令相關性較強。這種算法的特點要求處理器頻繁地訪問不連續(xù)的存儲空間，導致流水線中斷、Cache命中率底下等問題，致使基于多級流水線的處理器性毹難以發(fā)揮。在專用處理器的體系結褥的定割主，要想取褥較大鯰擻速紇，就需要針對這類闖題和這些特點進行解決。秀了進一步提高指令級的并行能力，面向字符串模式匹配的多核處理器的
5、體系結構設計也是本文的研究內容。無論是單核處理器還是多核處理器，算法的特點都會導致處理器頻繁訪闖存儲器，因此，合適的存儲器管理方案也是關鍵煎研究內容之一?！荼疚脑O計的單核專用處理器和雙孩專用處理器在即￡後上褥到驗證，并進行了功能測試和性能測試，測試結果表明該專用處理器在功能上滿足實際應用的需要，在性能上可以有效地提高字符串模式匹配的處理速度和效率。本文酌主要怠《薪點在于：1)提出設計專用處理器的方案，遴過針對模式規(guī)則的語法特點設計專用指令，得以提高字符串模式匹配的速度，同時又可以兼顧通用性和靈活性。2)通過專用處理器的設計流程，本文講述了如何從應用需求出發(fā)，通過對
6、功能的描述襄對傳統(tǒng)方案豹分析，定制一靜藤恕照用的專翔處理器，并進一步挖掘指令級豹并行能力的設計方法。3)字符串模式匹配算法加速的最大難點是克服處理器在處理數(shù)據(jù)過程中頻繁訪問不連續(xù)的存儲空間，本文在研究專用處理器的體系結構設計過程中，設計了一些特殊鮑功能單元來提高處理器酌訪存效率，這些模塊約功畿幫結梅會失從事該領域研究工終的人員帶來一定的幫助和啟發(fā)。關鍵詞：字符審模式匹配、專用處理器、增強巴克斯范式、指令集、體系結構、FPGA第1I頁ABSTRACTWi氌tk文rvelo跚。越ofl蹴豫或整磚l玨觸a鼉主濰耄ech∞logy，量弧ls畦拄gpa魅e難ma_tchin
7、gisessentialt0implementingne似ork∞ntentdetectio塢IPaddresslookupinromers，IIltemet∞curi鑼鋤dmallyomerdesirableservicesmn酏Ⅳorks．Ikcently，some瓣sear幽睡恣重&usonl玲wto斑lplement蠡stande銜cients砸ngpattemmalc撅ng。烈。鴨w濰娃埭主l印rovc蹦斌。硒被蛔般掣Ocess粕d重量玲develop漲濺醴Fp(遺technology'ala嘴ernllmberofstudiesont№wtoilllp
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