基于pcie2.0的萬兆網卡中數據通路的設計

1、T H E D E S I G N o F D A T A P A T H I N 1 0G I G A B I T N E T W o R KI N T E R I 吐～C EC A R D B A S E Do N P C I E X P R E S S 2 ．0A T h e s i sS u b m i t t e d t oS o u t h e a s t U n i v e r s i t yF o r t h e A c

2、 a d e m i c D e g r e e o f M a s t e r o f E n g i n e e r i n gB YZ H A O T i a n ．f uS u p e r v i s e d b yP r o f e s s o rL I B i n gA n dS e n i o r E n g i n e e r H O N G M i a oS c h o o lo f I n t e g r a t e

3、 dC i r c u i t sS o u t h e a s t U n i v e r s i t y2 0 1 3摘要摘要近幾年隨著云計算實踐的不斷深化，云計算中心服務器不斷向集中化與虛擬化發(fā)展，對于更高性能的網絡提出了迫切的需求。服務器間的網絡帶寬限制已成為影響云計算平臺高效運行的關鍵瓶頸。萬兆網卡能為高性能服務器提供最快速的連接，它可以連接存儲、又可以實現服務器通信，大大簡化了整個云中心網絡的管理。P C I E ( P e

4、 r i p h e r a lC o m p o n e n t I n t e r c o n n e c tE x p r e s s ) 接I = 1 的萬兆網卡能對X 8 6 服務器和W i n d o w s 操作系統(tǒng)有更好的性能優(yōu)化，成為了當前主流架構服務器的首選網卡。本文設計的萬兆網卡中的高速數據通路，實現了數據在萬兆網卡網絡接口和P C I E 總線接口之間的高速傳輸。本文從P C I E 總線協議、網卡軟硬件協同工作

5、原理以及主機與網卡通信機制等方面研究和分析了該設計的技術基礎。萬兆網卡P C I E 接口的設計采用X i l i n x 公司的P C I E ．I P 來實現，以便于進行相關的驗證工作。在采用該I P 的基礎上，設計了高速數據通路的系統(tǒng)架構，并完成了該數據通路的功能模塊劃分。數據通路中多個直接存儲器訪問( D i r e c t M e m o r y A c c e s s ，D M A ) 控制器的協同設計實現了萬兆網卡中收發(fā)報

6、文的高效傳輸。其中描述符D M A 控制器的設計實現了網卡主動獲取主存地址的功能，大大減輕了C P U 的負擔，并提高了數據的傳輸速度。通過兩組單向循環(huán)隊列的硬件實現解決了對主機報文通過P C I E 總線亂序返回的設計難題。本文采用V e r i l o g H D L 語言進行R T L設計，并使用S y s t e m V e r i l o g 語言搭建了模塊級的驗證平臺。利用X i n l i n x 公司提供的P C I E

7、I P 和根復合體模型對數據通路進行了系統(tǒng)級驗證。最后，通過S y n o p s y s D e s i g n C o m p i l e r 綜合和X i l i n x F P G A實施，證明了設計能夠實現預期功能，達到了2 5 0 M H z 時鐘頻率的要求。本文設計的萬兆網卡中的數據通路，實現了萬兆網卡中數據高速傳輸的功能，對研究和設計高性能萬兆網卡系統(tǒng)具有重要的參考價值。關鍵詞：萬兆網卡，P C I E ，D M A ，