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實現多端口1Gbps和10Gbps TCP/iSCSI協議處理任務卸載解決方案

作者:時間:2018-09-10來源:網絡收藏

隨著數據中心網絡基礎設施逐步升級到10,讓基于以太網的解決方案承載數據業務成為一種經濟可行的方法,并且不會降低性能,延長時延?;谟布闹鳈C接口(如PCI Express 和千兆級以太網(GbE)),為設計面向計算機和數據處理市場的低成本、高性能產品創造了可能性。Xinlinx Virtex-5 現場可編程門陣列(FPGA)系列,為設計具備更強功能和更低功耗的片上系統(SoC)解決方案奠定了基礎。

本文引用地址:http://www.advisorsnote.com/article/201809/388800.htm

Virtex-5 架構具有一系列關鍵特性,能夠大大簡化 卸載引擎的SoC設計:


內置PCI Express(PCIe)模塊——一種符合PCIe規范的集成端點,支持一至八個通道,能夠提供高達 32 的全雙工帶寬。


內置千兆位級以太網媒體接入控制器(GEMAC)——四個硬核GEMAC,為實現多端口千兆位級解決方案創造了條件,從而減少了SoC設計的板卡空間要求。


真正的6輸入查找表(LUT)技術——提高對單元的利用率,縮短路由時延,從而提高性能。


36-Kb 雙端口 block RAM——帶有糾錯電路、存儲密度更高的存儲器,為實現可靠的計算邏輯結構和增加同步收發操作的片上會話數量創造了條件。


DSP48E單元——支持面向圖像處理和多媒體應用的大規模并行運算模式。


由于 Virtex 系列是一種可編程平臺,您可以根據不斷變化的標準和市場要求調整自己的設計。借助 Virtex-5 系列所提供的資源,設計人員可以為服務器、存儲器、多協議交換機,以及生命周期更長的無線基站創建成本低廉的卸載解決方案。


TCP卸載引擎(TOE)概述


當前的TCP卸載解決方案主要依賴于完整的軟件堆?;蚧贏SIC(用于TCP/IP協議處理)的專用網卡(NIC)。軟件解決方案對于低帶寬應用是可行的,但高性能應用會消耗所有 CPU 資源,結果形成了關鍵應用的系統瓶頸。


基于ASIC的解決方案一般由初創公司提供,主要面向高性能 10市場。這些解決方案的價格仍然不菲,而且提供它們的廠商的財務狀況不甚穩定。


Xilinx及其第三方IP合作伙伴可提供完全符合 TCP/規范的卸載解決方案。您可以在不加改動的情況下輕松實現這些解決方案,或者按照所要求的功能、尺寸、速度或目標應用對其進行定制設計。


基于FPGA的TCP/iSCSI引擎


內置標準化 GEMAC、PCIe核以及容量更大的 Block RAM的Virtex-5器件是一種可編程平臺芯片,系統架構設計師可利用它輕松完成TCP和iSCSI協議處理設計,而不用擔心網絡或主機接口側的串行連接問題。以下是協議處理任務卸載設計中經常遇到的一些難題:要支持的TCP連接的數量、TCP數據包重組/重排序、IP 數據包分片和重組、時延、片上和片外TCP會話管理之間的關系。


有了Virtex-5 器件的獨特功能以及 IP 核,所有這些問題都可以迎刃而解。借助內置GEMAC 和PCIe接口,您只需最少的 FPGA 資源即可實現直接內存存取解決方案,從而縮短了內存存取時延,并且在無需調用臨時內存的情況下即可實現TCP封包重組。Virtex-5 FPGA 還搭載了一個 36-Kb 雙端口 block RAM,從而使您可以支持的TCP連接數量倍增。借助 Xilinx 的LogiCORE高速存儲控制器,您可以使用外部DDR2內存來擴充TCP會話管理功能。讓我們來看看基于 FPGA 的網卡設計可以節約哪些資源。


和10Gbps網卡解決方案


面向 IP 存儲和刀片服務器的集成式多端口和 10GbpsTCP卸載網卡(NIC),能夠讓制造商充分利用網絡設備進行業務存儲。圖1提供了一個典型的基于 FPGA 的NIC設計。

取決于所使用的 IP 核的數量,該設計可采用多達 20,000 個單元。Virtex-5 LXT 平臺可將資源占用率降低一半,這樣,您就能在不降低性能的情況下,創建一個低成本的解決方案。除提高硬件效率外,系統架構師還可以降低 NRE 成本,因為在設計 GbE 和PCIe高速I/O接口時,無需使用 NRE。圖2提供了一個借助 Virtex-5 系列的內置資源,對TCP卸載 NIC 進行重新設計的示例。


結論


有了第三方廠商提供的在 Xilinx FPGA上實現的符合TCP和 iSCSI 標準的卸載 IP 核,現在您能夠以更低的開發成本,設計出通用或定制化片上系統。利用 Virtex-5 LXT 平臺——搭載增強型GEMAC和PCIe端點模塊、容量更大的 block RAM,以及6輸入查找表——實現面向服務器、存儲器、多協議交換機,以及無線基站產品的復雜協議處理任務卸載解決方案,可以大大減少 FPGA 資源占用量。



關鍵詞: 1Gbps iSCSI Gbps TCP

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