实现多端口1Gbps 和10Gbps TCP/iSCSI 协议处理任务卸载解决

2007-07-18 16:22:02来源: Xcell Journal

方案:Virtex-5 LXT 平台为创建占位空间更小的系统级多端口1Gbps 和10Gbps TCP卸载引擎 (TOE) 奠定基础

作者:Sriram R. Chelluri
高级经理
存储和服务器产品部
Xilinx公司
sriram.chelluri@xilinx.com

随着数据中心网络基础设施逐步升级到10Gbps,让基于以太网的解决方案承载数据业务成为一种经济可行的方法,并且不会降低性能,延长时延。基于硬件的主机接口(如 PCI Express 和千兆级以太网 (GbE)),为设计面向计算机和数据处理市场的低成本、高性能产品创造了可能性。Xinlinx Virtex-5 现场可编程门阵列 (FPGA) 系列,为设计具备更强功能和更低功耗的片上系统 (SoC) 解决方案奠定了基础。

Virtex-5 架构具有一系列关键特性,能够大大简化 TCP 和 iSCSI 卸载引擎的 SoC 设计:

·内置PCI Express (PCIe) 模块——一种符合 PCIe 规范的集成端点,支持一至八个通道,能够提供高达 32Gbps 的全双工带宽。
·内置千兆位级以太网媒体接入控制器 (GEMAC)——四个硬核GEMAC,为实现多端口千兆位级解决方案创造了条件,从而减少了 SoC 设计的板卡空间要求。
·真正的6输入查找表 (LUT) 技术——提高对单元的利用率,缩短路由时延,从而提高性能。
·36-Kb 双端口 block RAM——带有纠错电路、存储密度更高的存储器,为实现可靠的计算逻辑结构和增加同步收发操作的片上 TCP 会话数量创造了条件。
·DSP48E 单元——支持面向图像处理和多媒体应用的大规模并行运算模式。

由于 Virtex 系列是一种可编程平台,您可以根据不断变化的标准和市场要求调整自己的设计。借助 Virtex-5 系列所提供的资源,设计人员可以为服务器、存储器、多协议交换机,以及生命周期更长的无线基站创建成本低廉的 TCP 和 iSCSI 卸载解决方案。

TCP卸载引擎 (TOE) 概述

当前的 TCP 卸载解决方案主要依赖于完整的软件堆栈或基于 ASIC (用于 TCP/IP 协议处理)的专用网卡 (NIC)。软件解决方案对于低带宽应用是可行的,但高性能应用会消耗所有 CPU 资源,结果形成了关键应用的系统瓶颈。

基于 ASIC 的解决方案一般由初创公司提供,主要面向高性能 10Gbps 市场。这些解决方案的价格仍然不菲,而且提供它们的厂商的财务状况不甚稳定。

Xilinx 及其第三方IP合作伙伴可提供完全符合 TCP/iSCSI 规范的卸载解决方案。您可以在不加改动的情况下轻松实现这些解决方案,或者按照所要求的功能、尺寸、速度或目标应用对其进行定制设计。

基于FPGA的 TCP/iSCSI 引擎

内置标准化 GEMAC、PCIe核以及容量更大的 Block RAM的 Virtex-5 器件是一种可编程平台芯片,系统架构设计师可利用它轻松完成 TCP 和 iSCSI 协议处理设计,而不用担心网络或主机接口侧的串行连接问题。以下是协议处理任务卸载设计中经常遇到的一些难题:

·需要支持的 TCP 连接的数量
·TCP 数据包重组/重排序
·IP 数据包分片和重组
·时延
·片上和片外 TCP 会话管理之间的关系

有了Virtex-5 器件的独特功能以及 IP 核,所有这些问题都可以迎刃而解。借助内置GEMAC 和 PCIe 接口,您只需最少的 FPGA 资源即可实现直接内存存取解决方案,从而缩短了内存存取时延,并且在无需调用临时内存的情况下即可实现 TCP 封包重组。Virtex-5 FPGA 还搭载了一个 36-Kb 双端口 block RAM,从而使您可以支持的TCP连接数量倍增。借助 Xilinx 的LogiCORE?高速存储控制器,您可以使用外部 DDR2 内存来扩充 TCP 会话管理功能。让我们来看看基于 FPGA 的网卡设计可以节约哪些资源。

1Gbps和10Gbps 网卡解决方案

面向 IP 存储和刀片服务器的集成式多端口 1Gbps 和 10Gbps TCP 卸载网卡(NIC),能够让制造商充分利用网络设备进行业务存储。图1提供了一个典型的基于 FPGA 的NIC设计。

取决于所使用的 IP 核的数量,该设计可采用多达 20,000 个单元。Virtex-5 LXT 平台可将资源占用率降低一半,这样,您就能在不降低性能的情况下,创建一个低成本的解决方案。除提高硬件效率外,系统架构师还可以降低 NRE 成本,因为在设计 GbE 和 PCIe 高速I/O接口时,无需使用 NRE。图2提供了一个借助 Virtex-5 系列的内置资源,对 TCP 卸载 NIC 进行重新设计的示例。

结论

有了第三方厂商提供的在 Xilinx FPGA 上实现的符合 TCP 和 iSCSI 标准的卸载 IP 核,现在您能够以更低的开发成本,设计出通用或定制化片上系统。利用 Virtex-5 LXT 平台——搭载增强型 GEMAC 和 PCIe 端点模块、容量更大的 block RAM,以及6输入查找表——实现面向服务器、存储器、多协议交换机,以及无线基站产品的复杂协议处理任务卸载解决方案,可以大大减少 FPGA 资源占用量。

欲获得更多关于 Virtex-5 LXT FPGA 的信息,敬请登录www.xilinx.com/virtex5。欲获得更多关于协议卸载解决方案的信息,敬请登录www.xilinx.com/esp/storage/。欲了解 Xilinx 的FPGA 如何帮助您设计其他应用,敬请登录www.xilinx.com/esp

图1:采用传统 FPGA 设计 TCP 卸载解决方案


图2:采用 Virtex-5 LXT FPGA 设计 TCP 卸载解决方案

关键字:双工  存储  同步  收发

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200707/14728.html
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