一種全可編程sdn高速網卡的制作方法
【技術領域】
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[0001]本實用新型涉及通信領域，具體而言，涉及一種網卡。
【背景技術】
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[0002]軟件定義網絡SDN是目前網絡研宄熱點，其核心是數據平面與控制平面分離，將控制平面抽象，以上層軟件統一操作，給網絡設計規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協議，已成為SDN的事實標準。通過0PENFL0W協議，網絡交換設備以外的控制器可以對網絡交換設備的包轉發等行為規則進行編程和管理，使控制器對整個網絡中交換設備的運行進行集中控制和管理成為可能。基于0PENFL0W的交換機現在已陸續有少量面市，但已公布的0PENFL0W的交換機中，數據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網絡數據平面。
【實用新型內容】:
[0003]本實用新型提供了一種全可編程高速網卡，插在主機主板PC1-E插槽上使用，為主機提供多端口高速網絡連接，更進一步地，可以在卡上實現SDN網絡交換，使主機成為SDN交換機。本網卡具有高速率PC1-E接口，用于連接可編程邏輯器件與主機CPU，并配備高速網絡端口，滿足高速網絡研宄與商用需求，而且，可以全可編程硬件的形式實現SDN數據通路。
[0004]本實用新型采用現場可編程門陣列FPGA為核心器件，通過多通道PC1-E總線與主機CPU通訊，以支撐多端口網絡連接產生的巨量數據流量。
[0005]此外，本實用新型不僅擁有多個IGE網絡接口，還配備了多個1GE光網絡接口，以適應目前網絡研宄與應用前沿的需求。
[0006]更進一步地，本實用新型可利用現場可編程門陣列FPGA，全可編程的設計SDN數據通路硬件結構，可以滿足各種自定義需求。
[0007]本實用新型可以配合擁有PC1-E插槽的主機，搭建高性能、低功耗的傳統網絡系統、SDN/Openflow交換機系統，硬件性能強大并易擴展，參考設計豐富且靈活多變，自底向上硬件和軟件兩個層面的可編程性保障各類網絡系統節點的實現。
【附圖說明】
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[0008]圖1為本實用新型的硬件系統框圖；
[0009]圖2為FPGA內部結構圖。
【具體實施方式】
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[0010]下面結合附圖對本實用新型做詳細描述。
[0011]如圖1所示，本實用新型的硬件系統包含以下部分:
[0012]FPGA，現場可編程門陣列，以硬件描述語言編程，設計內部數字電路，實現芯片功能自定義，是本系統的核心部件。FPGA和千兆網絡接口、萬兆網絡接口、動態/靜態存儲器、PC1-E 2.0金手指連接器、高速板間連接器相連。
[0013]千兆網絡接口，包含若干個1000M/100M/10M三速自適應RJ45電口或光網絡接口，由物理層芯片PHY經通信專用總線(GMII，RGMII, SGMII, QSGMII等)接入FPGA，提供網絡通信路徑。其中物理層芯片PHY可提供多種高級附加網絡功能，包括同步以太網，IEEE 1588協議支持等。千兆網絡接口和FPGA相連。
[0014]萬兆網絡接口，包含若干個SFP+或XFP接口，以提供1Gbps以太網或廣域網接入，接口直連FPGA的高速串行收發口或通過1Gbps物理層芯片轉接FPGA。萬兆網絡接口和FPGA相連。
[0015]動態/靜態存儲器，FPGA外掛有動態/靜態存儲器，用于暫存網絡數據包和用戶數據。動態存儲器含 SDRAM，DDRSDRAM，RLDRAM，靜態存儲器含 FLASH，EMMC，EEPROM，SRAM,QDR等。動態/靜態存儲器模與FPGA相連。
[0016]PC1-E 2.0金手指連接器，符合2.0版PC1-E協議，配備若干條5Gbps高速通道，形式為標準PC1-E金手指，插在主機主板PC1-E插槽上，用以連接主機CPU，與CPU實現高速通訊。在板內，PC1-E 2.0金手指連接器與FPGA相連；跨板與主機主板PC1-E插槽相連。
[0017]高速板間連接器，自定義若干電源、時鐘、低速單端信號線，高速差分信號線等，接入FPGA，可根據用戶實際需求擴展子卡。高速板間連接器與FPGA相連。
[0018]電源管理模塊，提供上下電時序控制，電壓實時監控，功率監測等功能。
[0019]可FPGA內部邏輯設計框圖見圖2，具體結構如下:
[0020]網絡接口模塊，在FPGA內構建的接口驅動器，用于對接外部網絡側PHY芯片。其對外接口形式可以是MII，GMII，SGMII，RGMII和100BaseX等。網絡接口和三速以太網模塊相連。
[0021]三速以太網模塊AXI_ETH是一個三速(10/100/1000Mb/s)MAC(介質訪問控制)，支持Mil，GMI I, SGMI I, RGMII和100BaseX等網絡接口模塊。在此MAC模塊中，構建了 MD1接口，用來連接PHY，管理PHY上寄存器，配置PHY功能、查看狀態、處理中斷；用AXH-Lite總線連接上層控制系統，AXM-Lite slave接口提供了非突發模式傳輸的讀和寫控制數據。而發送和接收數據則是通過AXM-Stream接口。AXI_ETH通過內部總線將接收到的網絡通信包送入SDN Openflow主模塊，經處理后由SDN Openflow主模塊發至相應的MAC向網絡送出。三速以太網模塊和網絡接口模塊、軟件定義網絡SDN Openflow主模塊相連。
[0022]openf low_switch_core為軟件定義網絡SDN Openflow主模塊，設計遵循openf low協議，數據進來后經過仲裁，包解析，根據act1n進行處理，然后由對應端口的MAC,發送上網絡。軟件定義網絡SDN Openflow主模塊和三速以太網模塊、DMA模塊相連。
[0023]DMA模塊，直接存儲器訪問(Direct Memory Access，DMA)允許內部的硬件子系統獨立地直接讀寫系統存儲器，而不需繞道CPU。在本系統中，SDN Openflow主模塊和主機CPU均可直接訪問此模塊，以實現對網絡數據包的緩存、交換等動作。DMA模塊和SDNOpenflow主模塊、先進可擴展接口 AXI相連。
[0024]先進可擴展接口AXI 總線。AXI (Advanced extensible Interface)是一種總線協議，該協議是 ARM 公司提出的 AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) 3.0協議中最重要的部分，是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內總線。它可將一個或多個AXI memory-mapped主設備連接至一個或者多個AXI memory-mapped從設備，支持的AXI協議有AXI3，AXI4，和AXI4-Lite。在我們的系統中，先進可擴展接口 AXI總線和三速以太網模塊、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。負責將主機CPU發來的PC1-E數據解析成內部數據經AXI總線分發到相應模塊，將由AXI總線接收來的本板需要發往主機CPU的數據封裝為PC1-E傳輸形式，通過外連接口經PC1-E總線發往主機CPU ;檢測設備的中斷請求信息，產生PCIE中斷。PC1-E模塊與先進可擴展接口 AXI總線相接。
【主權項】
1.一種SDN網卡，其包括如下部件:FPGA、動態或靜態存儲器、插槽連接器，板間連接器，電源管理模塊；FPGA分別與動態或靜態存儲器、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CPU相連進行通訊；板間連接器又與外部擴展子卡相連；電源管理模塊與上述各部件相連； 其特征在于:還包括與FPGA相連接的多個網絡接口，網絡接口又與外部的數據接口連接進行通訊。
2.根據權利要求1所述的網卡，其特征在于，所述多個網絡接口分為兩種:千兆網絡接口和萬兆網絡接口。
3.根據權利要求1或2所述的網卡，其特征在于:千兆網絡接口，包含若干個1000M/100M/10M三速自適應RJ45電口或光網絡接口，由物理層芯片經通信專用總線接入FPGA ;萬兆網絡接口，包含若干個SFP+或XFP接口，提供1Gbps以太網或廣域網接入，接口直連FPGA的高速串行收發口或通過1Gbps物理層芯片轉接FPGA。
4.根據權利要求1或2所述的網卡，其特征在于:所述插槽連接器為PC1-E2.0金手指連接器。
5.根據權利要求1或2所述的網卡，其特征在于，FPGA內部包括:網絡接口模塊、三速以太網模塊、SDN Openflow主模塊、DMA模塊、可擴展接口 AXI總線、PC1-E模塊； 網絡接口模塊外接所述多個網絡接口，經過三速以太網模塊后連接到SDN Openf low主模塊；DMA模塊外接動態/靜態存儲器，與SDN Openflow主模塊相連接進行數據通訊；可擴展接口 AXI總線分別與三速以太網模塊、SDN Openflow主模塊、DMA、PC1-E模塊相連；PCI_E模塊內部與先進可擴展接口 AXI總線相接，并外接PC1-E 2.0金手指，與外部主機CPU相連，將外部主機CPU發來的PC1-E數據解析成內部數據經可擴展接口 AXI總線分發到各模塊。
【專利摘要】一種全可編程SDN高速網卡。它以可編程邏輯單元為核心,配備高速網絡接口,插在主機主板PCI-E插槽上使用，為主機提供多端口高速網絡連接，更進一步地,可以全可編程硬件的形式實現SDN數據通路，在卡上實現SDN網絡交換，使主機成為SDN交換機。
【IPC分類】H04L12-02
【公開號】CN204392269
【申請號】CN201520128006
【發明人】胡成臣, 楊驥, 龔志敏, 楊衛, 趙泓博, 喬思祎, 張麗山, 徐友慶, 呂偉男
【申請人】南京疊鍶信息技術有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月5日