Υλοποίηση Αλγορίθµου Συµπίεσης ∆ιευρύνοντας το ISA RISC-V σε FPGA για Τηλεπικοινωνιακές Εφαρµογές Χαµηλής Καθυστέρησης

Abstract

Η παρούσα διπλωµατική εργασία αφορά την µελέτη και υλοποίηση ενός έξυπνου αλγοϱίθµου συµπίεσης δεδοµένων, ϐελτιστοποιηµένου για χρήση σε τηλεπικοινωνιακά περιβάλλοντα που απαιτούν µεγάλες ταχύτητες µεταφοράς πληροφορίας. Σκοπός είναι η αξιοποίηση των προσαρµοσµένων εντολών (custom instructions) του RISC-V ISA και η χρησιµοποίηση τους σε FPGA, µε στόχο τη µείωση της του χρόνου συµπίεσης και αποσυµπίεσης δεδοµένων σε Ethernet πακέτα. Η εργασία περιλαµβάνει τη σύγκριση απόδοσης διαφορετικών, πιθανώς κατάλληλων, αλγορίθµων συµπίεσης, τον εντοπισµό των bottleneck σηµείων στον ϑεωρητικά ϐέλτιστο αλγόριθµο και τέλος την επιτάγχυνση των συγκεκριµένων λειτουργιών, δηµιουργώντας κατάλληλα custom instructions και υλοποιώντας τα σε FPGA µέσω VHDL. Τελικώς γίνεται η εισαωγή ενός software side traffic manager ο οποίος µας δίνει τη δυνατότητα να αναγνωρίζουµε σε πραγµατικό χρόνο αν ένα πακέτο είναι ήδη συµπιεσµένο ή κρυπτογραφηµένο, και αν δεν είναι, να αποφασίζουµε αν είναι αποδοτικό να συµπιεστεί, ϐελτιστοποιώντας έτσι το throughput και τη συνολική ταχύτητα µεταφοράς. Η εφαρµογή αυτή αποσκοπεί στη ϐελτίωση της απόδοσης σε εφαρµογές τηλεπικοινωνιών, όπου η χαµηλή καθυστέρηση και η υψηλή απόδοση είναι κρίσιµης σηµασίας.