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TCP/IP프로토콜 스택을 위한 RISC 기반 송신 래퍼 프로세서 IP 설계
Design of RISC-based Transmission Wrapper Processor IP for TCP/IP Protocol Stack 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.8 no.6, 2004년, pp.1166 - 1174  

최병윤 (동의대학교 컴퓨터공학과) ,  장종욱 (동의대학교 컴퓨터공학과)

초록
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본 논문은 TCP/IP 프로토콜 스택을 위한 RISC 기반 송신 래퍼 프로세서의 설계를 기술하였다. 설계된 프로세서는 이중 뱅크 구조를 갖는 입출력 버퍼, 32 비트 RISC 마이크로프로세서, 온라인 체크섬 계산 기능을 갖는 DMA 모듈, 메모리 모듈로 구성되어 있다. TCP/IP 프로토콜의 다양한 동작모드를 지원하기 위해 기존의 상태 머신 기반의 설계 방식이 아닌 RISC 프로세서에 기반을 둔 하드웨어-소프트웨어 공동설계 설계기법이 사용되었다. 데이터 전달 동작과 체크섬 동작의 순차적인 수행에 기인한 커다란 지변 시간을 제거하기 위해, 데이터 전달 동작과 병렬적으로 체크섬 동작을 수행할 수 있는 DMA 모듈이 채택되었다. 가변 크기의 입출력 버퍼를 제외한 프로세서는 0.35${\mu}m$ CMOS 공정 조건에서 약 23,700개의 게이트로 구성되며, 최대 동작 주파수는 약 167MHz를 가짐을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a design of RISC-based transmission wrapper processor for TCP/IP protocol stack is described. The processor consists of input and output buffer memory with dual bank structure, 32-bit RISC microprocessor core, DMA unit with on-the-fly checksum capability, and memory module. To handle ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 데이터 전송 방식을 채택하였다. 단, DMA 동작 시 RISC 코아가 정지되는 대신에 데이터 메모리 (Packet Memory)를 사용하지 않은 다른 명 령이 수행 가능하도록 하였다. 그리고 체크섬 계산 동작은 16 비트 데이터에 대해 1의 보수 덧셈(l's complement addition) 연산을 이용하여 구현된다.
  • 단, 최종적으로 얻어진 2 개의 16 비트 결과에 대해 추가의 16 비트 :I의 보수 덧셈을 수행하여 최종 16비트 체크섬을 얻게 된다. 따라서 본 연구에서는 체크섬을 계산하기 위한 별도의 전용 하드웨어를 준비하여 내부 RISC를 사용하지 않고 체크섬을 계산할 수 있도록 하는 방식을 채택하였다. 그리고 DMA 전송 과정에 체크섬을 계산할 수 있도록 하여 체크섬에 따른 오버헤드 문제를 제거할 수 있도록 하였다.
  • 네트워크 분야도 NoC(Network on a Chip)[7] 을 위해 다양한 네트워크용 하드웨어 모듈이 개발되고 있다. 본 연구에서는 TCP/IP 프로토콜의 다양한 프로토콜과 다수의 선택사양을 고려하여, 전용 하드웨어가 아닌 프로그래밍 가능한 RISC 마이크로프로세서를 기반으로 하는 TCP/IP 프로토콜 스택의 전송 처리를 수행하는 NoC용 프로세서 IP 를 설계하고 검증하였다.
  • 이러한 하드웨어 래퍼는 각 계층안의 독립성을 최대한 보장하고 모듈화된 설계를 위해, 입출력 버퍼와 프로토콜 처리를 위한 송수신 모듈, 내부 메모리로 구성된다. 본 연구에서는 이러한 래퍼 개념을 네트워크 프로토콜 가속기 NoC (N하work on a Chip)에 적용하여, TCP/IP 프로토콜 계층을 처리하는 하드웨어 IP를 개발하는 것을 목표로 하였다.
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참고문헌 (11)

  1. L. Roberts, 'Internet Still Growing Dramatically Says Internet Founder' http://www. caspiannetworks.com/press/release./08.15.01.shtmI, Aug, 2001 

  2. Marc Necker, Didier Contis, and David Schimmel, 'TCP-Stream Reassembly and State Tracking in Hardware', Proc. of the 10th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines(FCCM'02), pp.1-2, 2002 

  3. W. Doeringer, and D. Dykeman, etc. 'A Survey of Light Weight Transport Protocols for High-Speed Networks,' IEEE Trans. on Communications, vol. 38, no.11, pp.2025-2039, Nov., 1990 

  4. 진교홍, 고속 실시간 통신을 위한 TCP/IP 프로토콜의하드웨어 설계 및 구현, 부산대학교 컴퓨터 공학과 공학박사 논문 1997. 8 

  5. David V. Schuehler, and John W. Lockwood, 'Tep Splitter: A TCPJIP Flow Monitor in Reconfigurable Hardware,' IEEE Micro pp.54-59, Jan.-Feb. 2003 

  6. D. Clack and V. Jacobson, 'An Analysis of TCP Processing Overhead,' IEEE Communications Magazine, vol. 27, no.6, pp.23-29, June, 1989 

  7. Axel Jantsch, 'Networks on Chip', ESD Laboratory, Royal Institute of Technology, Sweden, http://www.imit.kth.sejinfo/FOFU 

  8. Florian Braun, John Lockwood, Marcel Waldvogel, 'Layered Protocol Wrapper for Internet Packet Processing in Reconfigurable Hardware,' Technical Report, WUC5-01-10, Department of Computer Science, Washington University, July, 2001 

  9. Tsai Chi Huang, 'UDP/TCPlIP Packet Processing Using a Superscalar Microprocessor', Ph.D Thesis, Georgia Institute of Technology, December, 2000 

  10. Paul Chow, The MIPS-X RISC Microprocessor, Kluwer Academic Publisher, 1989 

  11. R. Braden, 'Computing the Internet Checksum', rfc1071, 1988 

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