一種全可編程sdn高速網(wǎng)卡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種網(wǎng)卡。
【背景技術(shù)】
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[0002]軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN是目前網(wǎng)絡(luò)研宄熱點(diǎn)，其核心是數(shù)據(jù)平面與控制平面分離，將控制平面抽象，以上層軟件統(tǒng)一操作，給網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃與管理提供了極大的靈活性。目前，OPENFLOff是使用最廣泛的一種SDN協(xié)議，已成為SDN的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。通過0PENFL0W協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備以外的控制器可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的包轉(zhuǎn)發(fā)等行為規(guī)則進(jìn)行編程和管理，使控制器對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中交換設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行集中控制和管理成為可能。基于0PENFL0W的交換機(jī)現(xiàn)在已陸續(xù)有少量面市，但已公布的0PENFL0W的交換機(jī)中，數(shù)據(jù)通道的方案均為軟件處理或有限自定義ASIC，處理性能較低或用戶自定義程度不高，尚未不能以全可編程硬件的形式全面支持SDN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0003]本實(shí)用新型提供了一種全可編程高速網(wǎng)卡，插在主機(jī)主板PC1-E插槽上使用，為主機(jī)提供多端口高速網(wǎng)絡(luò)連接，更進(jìn)一步地，可以在卡上實(shí)現(xiàn)SDN網(wǎng)絡(luò)交換，使主機(jī)成為SDN交換機(jī)。本網(wǎng)卡具有高速率PC1-E接口，用于連接可編程邏輯器件與主機(jī)CPU，并配備高速網(wǎng)絡(luò)端口，滿足高速網(wǎng)絡(luò)研宄與商用需求，而且，可以全可編程硬件的形式實(shí)現(xiàn)SDN數(shù)據(jù)通路。
[0004]本實(shí)用新型采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA為核心器件，通過多通道PC1-E總線與主機(jī)CPU通訊，以支撐多端口網(wǎng)絡(luò)連接產(chǎn)生的巨量數(shù)據(jù)流量。
[0005]此外，本實(shí)用新型不僅擁有多個(gè)IGE網(wǎng)絡(luò)接口，還配備了多個(gè)1GE光網(wǎng)絡(luò)接口，以適應(yīng)目前網(wǎng)絡(luò)研宄與應(yīng)用前沿的需求。
[0006]更進(jìn)一步地，本實(shí)用新型可利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA，全可編程的設(shè)計(jì)SDN數(shù)據(jù)通路硬件結(jié)構(gòu)，可以滿足各種自定義需求。
[0007]本實(shí)用新型可以配合擁有PC1-E插槽的主機(jī)，搭建高性能、低功耗的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、SDN/Openflow交換機(jī)系統(tǒng)，硬件性能強(qiáng)大并易擴(kuò)展，參考設(shè)計(jì)豐富且靈活多變，自底向上硬件和軟件兩個(gè)層面的可編程性保障各類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
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[0008]圖1為本實(shí)用新型的硬件系統(tǒng)框圖；
[0009]圖2為FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)描述。
[0011]如圖1所示，本實(shí)用新型的硬件系統(tǒng)包含以下部分:
[0012]FPGA，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，以硬件描述語言編程，設(shè)計(jì)內(nèi)部數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)芯片功能自定義，是本系統(tǒng)的核心部件。FPGA和千兆網(wǎng)絡(luò)接口、萬兆網(wǎng)絡(luò)接口、動(dòng)態(tài)/靜態(tài)存儲(chǔ)器、PC1-E 2.0金手指連接器、高速板間連接器相連。
[0013]千兆網(wǎng)絡(luò)接口，包含若干個(gè)1000M/100M/10M三速自適應(yīng)RJ45電口或光網(wǎng)絡(luò)接口，由物理層芯片PHY經(jīng)通信專用總線(GMII，RGMII, SGMII, QSGMII等)接入FPGA，提供網(wǎng)絡(luò)通信路徑。其中物理層芯片PHY可提供多種高級(jí)附加網(wǎng)絡(luò)功能，包括同步以太網(wǎng)，IEEE 1588協(xié)議支持等。千兆網(wǎng)絡(luò)接口和FPGA相連。
[0014]萬兆網(wǎng)絡(luò)接口，包含若干個(gè)SFP+或XFP接口，以提供1Gbps以太網(wǎng)或廣域網(wǎng)接入，接口直連FPGA的高速串行收發(fā)口或通過1Gbps物理層芯片轉(zhuǎn)接FPGA。萬兆網(wǎng)絡(luò)接口和FPGA相連。
[0015]動(dòng)態(tài)/靜態(tài)存儲(chǔ)器，F(xiàn)PGA外掛有動(dòng)態(tài)/靜態(tài)存儲(chǔ)器，用于暫存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包和用戶數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器含 SDRAM，DDRSDRAM，RLDRAM，靜態(tài)存儲(chǔ)器含 FLASH，EMMC，EEPROM，SRAM,QDR等。動(dòng)態(tài)/靜態(tài)存儲(chǔ)器模與FPGA相連。
[0016]PC1-E 2.0金手指連接器，符合2.0版PC1-E協(xié)議，配備若干條5Gbps高速通道，形式為標(biāo)準(zhǔn)PC1-E金手指，插在主機(jī)主板PC1-E插槽上，用以連接主機(jī)CPU，與CPU實(shí)現(xiàn)高速通訊。在板內(nèi)，PC1-E 2.0金手指連接器與FPGA相連；跨板與主機(jī)主板PC1-E插槽相連。
[0017]高速板間連接器，自定義若干電源、時(shí)鐘、低速單端信號(hào)線，高速差分信號(hào)線等，接入FPGA，可根據(jù)用戶實(shí)際需求擴(kuò)展子卡。高速板間連接器與FPGA相連。
[0018]電源管理模塊，提供上下電時(shí)序控制，電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控，功率監(jiān)測(cè)等功能。
[0019]可FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)框圖見圖2，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0020]網(wǎng)絡(luò)接口模塊，在FPGA內(nèi)構(gòu)建的接口驅(qū)動(dòng)器，用于對(duì)接外部網(wǎng)絡(luò)側(cè)PHY芯片。其對(duì)外接口形式可以是MII，GMII，SGMII，RGMII和100BaseX等。網(wǎng)絡(luò)接口和三速以太網(wǎng)模塊相連。
[0021]三速以太網(wǎng)模塊AXI_ETH是一個(gè)三速(10/100/1000Mb/s)MAC(介質(zhì)訪問控制)，支持Mil，GMI I, SGMI I, RGMII和100BaseX等網(wǎng)絡(luò)接口模塊。在此MAC模塊中，構(gòu)建了 MD1接口，用來連接PHY，管理PHY上寄存器，配置PHY功能、查看狀態(tài)、處理中斷；用AXH-Lite總線連接上層控制系統(tǒng)，AXM-Lite slave接口提供了非突發(fā)模式傳輸?shù)淖x和寫控制數(shù)據(jù)。而發(fā)送和接收數(shù)據(jù)則是通過AXM-Stream接口。AXI_ETH通過內(nèi)部總線將接收到的網(wǎng)絡(luò)通信包送入SDN Openflow主模塊，經(jīng)處理后由SDN Openflow主模塊發(fā)至相應(yīng)的MAC向網(wǎng)絡(luò)送出。三速以太網(wǎng)模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊、軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN Openflow主模塊相連。
[0022]openf low_switch_core為軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN Openflow主模塊，設(shè)計(jì)遵循openf low協(xié)議，數(shù)據(jù)進(jìn)來后經(jīng)過仲裁，包解析，根據(jù)act1n進(jìn)行處理，然后由對(duì)應(yīng)端口的MAC,發(fā)送上網(wǎng)絡(luò)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN Openflow主模塊和三速以太網(wǎng)模塊、DMA模塊相連。
[0023]DMA模塊，直接存儲(chǔ)器訪問(Direct Memory Access，DMA)允許內(nèi)部的硬件子系統(tǒng)獨(dú)立地直接讀寫系統(tǒng)存儲(chǔ)器，而不需繞道CPU。在本系統(tǒng)中，SDN Openflow主模塊和主機(jī)CPU均可直接訪問此模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的緩存、交換等動(dòng)作。DMA模塊和SDNOpenflow主模塊、先進(jìn)可擴(kuò)展接口 AXI相連。
[0024]先進(jìn)可擴(kuò)展接口AXI 總線。AXI (Advanced extensible Interface)是一種總線協(xié)議，該協(xié)議是 ARM 公司提出的 AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) 3.0協(xié)議中最重要的部分，是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內(nèi)總線。它可將一個(gè)或多個(gè)AXI memory-mapped主設(shè)備連接至一個(gè)或者多個(gè)AXI memory-mapped從設(shè)備，支持的AXI協(xié)議有AXI3，AXI4，和AXI4-Lite。在我們的系統(tǒng)中，先進(jìn)可擴(kuò)展接口 AXI總線和三速以太網(wǎng)模塊、SDN Openflow主模塊、DMA、PC1-E模塊相連。
[0025]PC1-E模塊，含PC1-E控制器和外連接口。負(fù)責(zé)將主機(jī)CPU發(fā)來的PC1-E數(shù)據(jù)解析成內(nèi)部數(shù)據(jù)經(jīng)AXI總線分發(fā)到相應(yīng)模塊，將由AXI總線接收來的本板需要發(fā)往主機(jī)CPU的數(shù)據(jù)封裝為PC1-E傳輸形式，通過外連接口經(jīng)PC1-E總線發(fā)往主機(jī)CPU ;檢測(cè)設(shè)備的中斷請(qǐng)求信息，產(chǎn)生PCIE中斷。PC1-E模塊與先進(jìn)可擴(kuò)展接口 AXI總線相接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SDN網(wǎng)卡，其包括如下部件:FPGA、動(dòng)態(tài)或靜態(tài)存儲(chǔ)器、插槽連接器，板間連接器，電源管理模塊；FPGA分別與動(dòng)態(tài)或靜態(tài)存儲(chǔ)器、插槽連接器、板間連接器、電源管理模塊相連接；插槽連接器又與外部主機(jī)CPU相連進(jìn)行通訊；板間連接器又與外部擴(kuò)展子卡相連；電源管理模塊與上述各部件相連； 其特征在于:還包括與FPGA相連接的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)接口又與外部的數(shù)據(jù)接口連接進(jìn)行通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)卡，其特征在于，所述多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口分為兩種:千兆網(wǎng)絡(luò)接口和萬兆網(wǎng)絡(luò)接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的網(wǎng)卡，其特征在于:千兆網(wǎng)絡(luò)接口，包含若干個(gè)1000M/100M/10M三速自適應(yīng)RJ45電口或光網(wǎng)絡(luò)接口，由物理層芯片經(jīng)通信專用總線接入FPGA ;萬兆網(wǎng)絡(luò)接口，包含若干個(gè)SFP+或XFP接口，提供1Gbps以太網(wǎng)或廣域網(wǎng)接入，接口直連FPGA的高速串行收發(fā)口或通過1Gbps物理層芯片轉(zhuǎn)接FPGA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的網(wǎng)卡，其特征在于:所述插槽連接器為PC1-E2.0金手指連接器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的網(wǎng)卡，其特征在于，F(xiàn)PGA內(nèi)部包括:網(wǎng)絡(luò)接口模塊、三速以太網(wǎng)模塊、SDN Openflow主模塊、DMA模塊、可擴(kuò)展接口 AXI總線、PC1-E模塊； 網(wǎng)絡(luò)接口模塊外接所述多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，經(jīng)過三速以太網(wǎng)模塊后連接到SDN Openf low主模塊；DMA模塊外接動(dòng)態(tài)/靜態(tài)存儲(chǔ)器，與SDN Openflow主模塊相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；可擴(kuò)展接口 AXI總線分別與三速以太網(wǎng)模塊、SDN Openflow主模塊、DMA、PC1-E模塊相連；PCI_E模塊內(nèi)部與先進(jìn)可擴(kuò)展接口 AXI總線相接，并外接PC1-E 2.0金手指，與外部主機(jī)CPU相連，將外部主機(jī)CPU發(fā)來的PC1-E數(shù)據(jù)解析成內(nèi)部數(shù)據(jù)經(jīng)可擴(kuò)展接口 AXI總線分發(fā)到各模塊。
【專利摘要】一種全可編程SDN高速網(wǎng)卡。它以可編程邏輯單元為核心,配備高速網(wǎng)絡(luò)接口,插在主機(jī)主板PCI-E插槽上使用，為主機(jī)提供多端口高速網(wǎng)絡(luò)連接，更進(jìn)一步地,可以全可編程硬件的形式實(shí)現(xiàn)SDN數(shù)據(jù)通路，在卡上實(shí)現(xiàn)SDN網(wǎng)絡(luò)交換，使主機(jī)成為SDN交換機(jī)。
【IPC分類】H04L12-02
【公開號(hào)】CN204392269
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520128006
【發(fā)明人】胡成臣, 楊驥, 龔志敏, 楊衛(wèi), 趙泓博, 喬思祎, 張麗山, 徐友慶, 呂偉男
【申請(qǐng)人】南京疊鍶信息技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月5日