隨著5G通信、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的廣泛興起,數(shù)據(jù)流量爆炸式增長,網(wǎng)絡(luò)帶寬也隨之快速增長,目前萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)普及。CPU如何來處理速度越來越快、流量越來越大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)成為一個(gè)難點(diǎn),其重要解決方案為TCP/IP卸載引擎技術(shù)（簡稱TOE技術(shù)）,即通過專用的硬件設(shè)備來處理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),以釋放CPU資源,降低其處理壓力。然而現(xiàn)有萬兆以太網(wǎng)的TOE解決方案還不夠成熟,存在速度慢、未兼容標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等缺陷。針對(duì)當(dāng)前研究現(xiàn)狀并結(jié)合市場需求,本文設(shè)計(jì)了一套基于FPGA的萬兆以太網(wǎng)TCP/IP卸載引擎與硬件系統(tǒng),通過FPGA硬件邏輯實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議棧卸載,并融合數(shù)字鑒權(quán)等安全算法實(shí)現(xiàn)高速安全的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與通信。硬件系統(tǒng)采用Xilinx XC7Z045為核心處理器,包含4路萬兆光口SFP+和1路PCIe 2.0×8接口,并搭載4片DDR3@1866Mbps和4片DDR3@1066Mbps存儲(chǔ)顆粒;整板包含1190個(gè)電子元器件,4118個(gè)連接,17路電源,并有8對(duì)最高速度達(dá)10.3125Gbps的SFP+差分走線,16對(duì)最高速度達(dá)5GTps的PCIe差分走線,以及共180余根DDR3高速走線... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

系統(tǒng)應(yīng)用框圖

華東師范大學(xué)碩士學(xué)術(shù)論文14圖2-2系統(tǒng)總體功能框圖系統(tǒng)方案硬件設(shè)計(jì)及指標(biāo)論證根據(jù)上述系統(tǒng)總體功能框圖，本系統(tǒng)硬件電路板需要完成的核心功能如下：提供萬兆網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口；提供海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的緩存和處理能力；提供與主機(jī)交互數(shù)據(jù)接口；提供安全加密算法處理能力。依據(jù)上述核心功能，擬解決的核心問題列舉如下，并依次進(jìn)行論證和設(shè)計(jì)：硬件框架方案；網(wǎng)絡(luò)接口方案；與主機(jī)互聯(lián)方案；數(shù)據(jù)緩存方案；核心處理器方案；高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

華東師范大學(xué)碩士學(xué)術(shù)論文152.2.1硬件框架方案圍繞TOE核心技術(shù)的解決方案，目前有三種主流的解決方案：ASIC方案、嵌入式軟核方案、FPGA硬件邏輯方案[13]。ASIC方案的優(yōu)勢在于性能高，可靠性好；缺陷在于設(shè)計(jì)周期長，流片風(fēng)險(xiǎn)高，成本高，不夠靈活和不易拓展。嵌入式軟核方案的優(yōu)勢在于設(shè)計(jì)周期短，靈活；缺陷在于本質(zhì)上仍然依賴于軟件平臺(tái)的協(xié)議棧，因此吞吐率低，延時(shí)高，且性價(jià)比不高，不適合規(guī)�；PGA硬件邏輯方案，開發(fā)周期適中，可重復(fù)編程，靈活性高，且FPGA高速并發(fā)的特性保證了其高吞吐率和低延時(shí)；缺陷在于其技術(shù)開發(fā)難度大。體現(xiàn)在，需要通過硬件描述語言對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行重構(gòu)，考驗(yàn)開發(fā)人員的FPGA硬件邏輯編程能力。目前，該方案為國內(nèi)外大多數(shù)科研人員努力的方向。本系統(tǒng)采用的也是該解決方案�？紤]到項(xiàng)目需求中還要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置、管理，以及對(duì)設(shè)備安全和傳輸安全的控制，因此還需要更加靈活的微處理器輔助完成這些功能。目前主流的微處理器架構(gòu)為ARM架構(gòu)。因此，系統(tǒng)的硬件框架方案如圖2-3所示：整體采用FPGA+ARM的框架，F(xiàn)PGA處理高速的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口，ARM處理器完成配置管理、鑒權(quán)和加密等功能。圖2-3硬件框圖

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3410423