随着网络技术的快速发展,让数据平面拥有和控制平面一样的可编程能力是发展软件定义网络（Software Defined Network,SDN）的关键。可编程协议无关数据包处理语言（Programming Protocol-Independent Packet Processor,P4）赋予了数据平面可编程的能力,能够通过软件编程控制,让数据包的解析和转发流程不再与硬件绑定。同时,随着网络带宽的指数性增加,网络设备的处理能力已逐步成为网络带宽的瓶颈。传统网络设备难以同时满足具有高性能和高灵活性的要求,可编程的网络处理单元（Network Processor Unit,NPU）可以实现灵活性和高性能的平衡,是较为理想的解决方案。为此,本文设计并实现了一种基于NPU的P4语言编译器,可用于交换机、网卡、防火墙等网络设备,具有重要的应用意义。本文基于编译技术原理,将编译器系统划分为词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成和目标代码生成五个模块,采用高度模块化设计,对各个模块的设计与实现过程进行了详细研究。主要内容包括:第一,使用编译自动生成工具PLY（Python Lex-Yacc）实现了词法分析和语法分析的功能,不但缩短了编译器的开发周期,而且降低了词法分析模块和语法分析模块开发的复杂度,保证了这两个模块的质量;第二,根据P4语言特性设计了用于存储语义信息的语法树、符号表等数据结构,同时设计了用于发现程序中语义错误的语义检查流程,进一步提高了编译器系统的正确性;第三,设计了用于存储中间代码的Python对象结构形式的高层次中间表示数据结构,该中间表示数据结构与目标平台无关,从而提高了编译器系统的可移植能力;第四,设计了与目标平台相关的数据结构,并且根据源语言与目标语言的映射规则生成相应的指令,实现了指令的匹配和翻译功能。基于NPU的P4语言编译器的测试与验证结果表明,各功能和性能均满足设计指标。编译器系统能够实现各模块功能,可以正确无误地生成在目标平台上运行的代码,能够打印编译过程并且给出错误提示。性能测试的结果表明,编译100行代码耗时0.5s,编译1000行代码耗时4s,编译时间能够控制在可接受范围内。编译1000行代码占用系统物理内存1.5MB,生成目标代码的吞吐量为100Gbps,每秒传输数据包数（Packet Per Second,PPS）为52Mpps。本文的工作,一方面扩展了P4的应用领域,另一方面大幅提高了NPU设备的灵活性和可编程性,具有重要的工程应用价值。