基于pcie2.0的萬兆網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)

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(jì)算實(shí)踐的不斷深化，云計(jì)算中心服務(wù)器不斷向集中化與虛擬化發(fā)展，對于更高性能的網(wǎng)絡(luò)提出了迫切的需求。服務(wù)器間的網(wǎng)絡(luò)帶寬限制已成為影響云計(jì)算平臺高效運(yùn)行的關(guān)鍵瓶頸。萬兆網(wǎng)卡能為高性能服務(wù)器提供最快速的連接，它可以連接存儲、又可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器通信，大大簡化了整個(gè)云中心網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)卡能對X 8 6 服務(wù)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(dāng)前主流架構(gòu)服務(wù)器的首選網(wǎng)卡。本文設(shè)計(jì)的萬兆網(wǎng)卡中的高速數(shù)據(jù)通路，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在萬兆網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)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(xié)議、網(wǎng)卡軟硬件協(xié)同工作

5、原理以及主機(jī)與網(wǎng)卡通信機(jī)制等方面研究和分析了該設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)。萬兆網(wǎng)卡P C I E 接口的設(shè)計(jì)采用X i l i n x 公司的P C I E ．I P 來實(shí)現(xiàn)，以便于進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證工作。在采用該I P 的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了高速數(shù)據(jù)通路的系統(tǒng)架構(gòu)，并完成了該數(shù)據(jù)通路的功能模塊劃分。數(shù)據(jù)通路中多個(gè)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(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了萬兆網(wǎng)卡中收發(fā)報(bào)

6、文的高效傳輸。其中描述符D M A 控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)卡主動獲取主存地址的功能，大大減輕了C P U 的負(fù)擔(dān)，并提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度。通過兩組單向循環(huán)隊(duì)列的硬件實(shí)現(xiàn)解決了對主機(jī)報(bào)文通過P C I E 總線亂序返回的設(shè)計(jì)難題。本文采用V e r i l o g H D L 語言進(jìn)行R T L設(shè)計(jì)，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(yàn)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(fù)合體模型對數(shù)據(jù)通路進(jìn)行了系統(tǒng)級驗(yàn)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(shí)施，證明了設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，達(dá)到了2 5 0 M H z 時(shí)鐘頻率的要求。本文設(shè)計(jì)的萬兆網(wǎng)卡中的數(shù)據(jù)通路，實(shí)現(xiàn)了萬兆網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)墓δ?，對研究和設(shè)計(jì)高性能萬兆網(wǎng)卡系統(tǒng)具有重要的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：萬兆網(wǎng)卡，P C I E ，D M A ，