實(shí)現多端口1Gbps和10Gbps TCP/iSCSI協(xié)議處理任務(wù)卸載解決方案

隨著(zhù)數據中心網(wǎng)絡(luò )基礎設施逐步升級到10Gbps，讓基于以太網(wǎng)的解決方案承載數據業(yè)務(wù)成為一種經(jīng)濟可行的方法，并且不會(huì )降低性能，延長(cháng)時(shí)延?；谟布闹鳈C接口(如PCI Express 和千兆級以太網(wǎng)(GbE)），為設計面向計算機和數據處理市場(chǎng)的低成本、高性能產(chǎn)品創(chuàng )造了可能性。Xinlinx Virtex-5 現場(chǎng)可編程門(mén)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。

Virtex-5 架構具有一系列關(guān)鍵特性，能夠大大簡(jiǎn)化TCP和iSCSI 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(diǎn)，支持一至八個(gè)通道，能夠提供高達 32Gbps 的全雙工帶寬。

內置千兆位級以太網(wǎng)媒體接入控制器(GEMAC)——四個(gè)硬核GEMAC，為實(shí)現多端口千兆位級解決方案創(chuàng )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(shù)——提高對單元的利用率，縮短路由時(shí)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(shí)現可靠的計算邏輯結構和增加同步收發(fā)操作的片上TCP會(huì )話(huà)數量創(chuàng )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(chǎng)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(wù)器、存儲器、多協(xié)議交換機，以及生命周期更長(cháng)的無(wú)線(xiàn)基站創(chuàng )建成本低廉的TCP和iSCSI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(lài)于完整的軟件堆?；蚧贏(yíng)SIC（用于TCP/IP協(xié)議處理）的專(zhuān)用網(wǎng)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(huì )消耗所有 CPU 資源，結果形成了關(guān)鍵應用的系統瓶頸。

基于A(yíng)SIC的解決方案一般由初創(chuàng )公司提供，主要面向高性能 10Gbps市場(chǎng)。這些解決方案的價(jià)格仍然不菲，而且提供它們的廠(chǎng)商的財務(wù)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/iSCSI規范的卸載解決方案。您可以在不加改動(dòng)的情況下輕松實(shí)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(jìn)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(xié)議處理設計，而不用擔心網(wǎng)絡(luò )或主機接口側的串行連接問(wèn)題。以下是協(xié)議處理任務(wù)卸載設計中經(jīng)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(shí)延、片上和片外TCP會(huì )話(huà)管理之間的關(guān)系。

有了Virtex-5 器件的獨特功能以及 IP 核，所有這些問(wèn)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(shí)現直接內存存取解決方案，從而縮短了內存存取時(shí)延，并且在無(wú)需調用臨時(shí)內存的情況下即可實(shí)現TCP封包重組。Virtex-5 FPGA 還搭載了一個(gè) 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(lái)擴充TCP會(huì )話(huà)管理功能。讓我們來(lái)看看基于 FPGA 的網(wǎng)卡設計可以節約哪些資源。

1Gbps和10Gbps網(wǎng)卡解決方案

面向 IP 存儲和刀片服務(wù)器的集成式多端口1Gbps和 10GbpsTCP卸載網(wǎng)卡（NIC），能夠讓制造商充分利用網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行業(yè)務(wù)存儲。圖1提供了一個(gè)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(gè)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(chuàng )建一個(gè)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(mǎi)/O接口時(shí)，無(wú)需使用 NRE。圖2提供了一個(gè)借助 Virtex-5 系列的內置資源，對TCP卸載 NIC 進(jìn)行重新設計的示例。

結論

有了第三方廠(chǎng)商提供的在 Xilinx FPGA上實(shí)現的符合TCP和 iSCSI 標準的卸載 IP 核，現在您能夠以更低的開(kāi)發(fā)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(diǎn)模塊、容量更大的 block RAM，以及6輸入查找表——實(shí)現面向服務(wù)器、存儲器、多協(xié)議交換機，以及無(wú)線(xiàn)基站產(chǎn)品的復雜協(xié)議處理任務(wù)卸載解決方案，可以大大減少 FPGA 資源占用量。