實現(xiàn)多端口1Gbps和10Gbps TCP/iSCSI協(xié)議處理任務卸載解決方案

隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡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(shù)據(jù)業(yè)務成為一種經(jīng)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(wǎng)(GbE)），為設計面向計算機和數(shù)據(jù)處理市場的低成本、高性能產(chǎn)品創(chuàng)造了可能性。Xinlinx Virtex-5 現(xiàn)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(tǒng)(SoC)解決方案奠定了基礎。

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

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

內(nèi)置千兆位級以太網(wǎng)媒體接入控制器(GEMAC)——四個硬核GEMAC，為實現(xiàn)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——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(xiàn)可靠的計算邏輯結構和增加同步收發(fā)操作的片上TCP會話數(shù)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(guī)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(jù)不斷變化的標準和市場要求調(diào)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(xié)議交換機，以及生命周期更長的無線基站創(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于完整的軟件堆棧或基于ASIC（用于TCP/IP協(xié)議處理）的專用網(wǎng)卡(NIC)。軟件解決方案對于低帶寬應用是可行的，但高性能應用會消耗所有 CPU 資源，結果形成了關鍵應用的系統(tǒng)瓶頸。

基于ASIC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。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(wěn)定。

Xilinx及其第三方IP合作伙伴可提供完全符合 TCP/iSCSI規(guī)范的卸載解決方案。您可以在不加改動的情況下輕松實現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)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)絡或主機接口側(cè)的串行連接問題。以下是協(xié)議處理任務卸載設計中經(jīng)常遇到的一些難題：要支持的TCP連接的數(shù)量、TCP數(shù)據(jù)包重組/重排序、IP 數(shù)據(jù)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(nèi)置GEMAC 和PCIe接口，您只需最少的 FPGA 資源即可實現(xiàn)直接內(nèi)存存取解決方案，從而縮短了內(nèi)存存取時延，并且在無需調(diào)用臨時內(nèi)存的情況下即可實現(xiàn)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(shù)量倍增。借助 Xilinx 的LogiCORE高速存儲控制器，您可以使用外部DDR2內(nèi)存來擴充TCP會話管理功能。讓我們來看看基于 FPGA 的網(wǎng)卡設計可以節(jié)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)絡設備進行業(yè)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(shù)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(chuàng)建一個低成本的解決方案。除提高硬件效率外，系統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)的符合TCP和 iSCSI 標準的卸載 IP 核，現(xiàn)在您能夠以更低的開發(fā)成本，設計出通用或定制化片上系統(tǒng)。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(xiàn)面向服務器、存儲器、多協(xié)議交換機，以及無線基站產(chǎn)品的復雜協(xié)議處理任務卸載解決方案，可以大大減少 FPGA 資源占用量。