支持DMA多队列的PCIE高速网卡设计与实现

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近年来,随着物联网、5G网络、云计算、大数据等新型应用不断出现,数据中心服务器的吞吐量需求已经达到万兆级别,同时要求微秒级的处理时延,传统的网卡由于数据处理和带宽的限制难以满足上述需求。高速智能网卡作为解决网络瓶颈的关键技术应运而生。本文根据目前高速智能网卡研究趋势,基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)设计了支持万兆以太网的高速智能网卡,本文具体工作如下:对目前产业界的高速智能网卡进行总体分析,并对其中三个关键技术——64b/66b编码技术、硬件卸载加速技术、DMA多队列技术——进行深入研究,并确定了本文的技术解决方案。结合上述解决方案对网卡的关键模块展开设计与实现:设计了基于64b/66b编码技术的物理编码子层(Physical Coding Sublayer,PCS),重点解决了接收时同步头的锁定问题;在介质访问控制层(Media Access Control,MAC)设计了基于MAC目的地址的硬件卸载加速方式,完成了基于内容可寻址存储器(Content-addressable Memory,CAM)的匹配查找功能;在PCI-Express总线接口设计了基于描述符的直接内存访问(Direct Memory Access,DMA)工作方式,完成了数据的快速搬移功能。最后,基于Vivado+Modelsim软件完成了各个部分以及系统的功能仿真,并给出仿真结果。结果表明各个部分的基本功能都已达到预定的设计要求,这对国内关于高速智能网卡的关键技术实现提供了新思路,具有良好的工程应用价值。
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