[發明專利]一種基于FPGA的多虛擬隊列數據存儲的方法

有效

• 申請號: 200910083892.5
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101599294A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 曾宇;方信我;鄭臣明;白宗元
• 申請（專利權）人: 曙光信息產業(北京)有限公司
• 主分類號: G11C7/00
• 分類號: G11C7/00;G11C11/401;G11C16/06
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明設計基于FPGA中實現高速網卡數據讀寫技術，特別是涉及一種多虛擬隊列的數 據存儲方法。

背景技術

虛擬化技術是當前市場的一個熱點，采用虛擬化技術可以節省了高達70％的硬件成本。 因為虛擬化技術可以幫助用戶合并多種應用工作負荷，在單個系統上運行多種操作環境； 優化應用開發，在單一系統上進行測試和開發；提高系統可用性，在系統之間遷移虛擬環 境。當前設計主要是通過邏輯存儲和外部存儲，外部存儲主要是采用DDR2_SDRAM、FLASH 等存儲。

邏輯存儲的情況下：在FPGA中實現高速虛擬網卡設計就是采用的虛擬化技術，在虛擬 網卡設計過程中需要用到大量的隊列，如2048個，每個隊列中又存在大量的32-bit的寄 存器，圖1是虛擬網卡芯片按照2048、512、128和64隊列設計的資源需求表。為節約設 計成本，FPGA采用Xilinx的XC5VLX50T芯片，該芯片的Slices大小為7200Clbs，經過 計算總共是28Kb的FF。如果按照要求設計2048個虛擬隊列，某些寄存器與隊列一一對應 的，需要2048個32-bit的寄存器，所占用的總資源大小為1047.6Kb，見圖1所示；邏輯 存儲適用于占用資源量不多的情況，很顯然，這些寄存器若完全使用邏輯單元進行存儲， 將會占用全部的邏輯資源，最終會使設計無法實現。

在外部存儲的情況下：如果采用DDR2_SDRAM對大量數據進行存儲，時鐘333MHz，對 DDR2存儲器進行寫操作，命令字為0，地址維持兩個周期有效，寫使能維持一個周期有效， 數據在兩個周期內給出(每個周期128bits)，這樣實現了burst?length＝4的操作，4x 64bit＝2x128bit。地址是按照4的倍數給出，也就是說每個64bit一個地址，一次寫 操作要使用4個地址。讀取命令字為1，地址維持1個周期有效，讀使能維持一個周期有 效，地址也是4的倍數，在讀數據有效時，數據出現在讀數據輸出端口上，每128bit維 持1個周期；但是從發出讀取命令字到讀出數據則需要8個周期，并且DDR2?SDRAM控制 器比較復雜，數據存儲周期長、數據存儲速度慢且不靈活。

因此，需要設計一種能夠提供數據存儲速度快、控制便捷靈活、可用于大量數據的存 儲的存儲機制，以解決上述現有技術的缺陷。

發明內容

為了解決上述邏輯資源不足、存儲速度慢、存儲周期長等問題，本設計采用一種巧妙 的設計方法對所有大量的(如2048個)隊列中的寄存器使用FPGA中的塊RAM進行存儲和處 理，實現對同一隊列的相關寄存器進行同時讀寫。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于FPGA的多虛擬隊列數據存儲的方法，包括 網卡、FPGA，所述FPGA包括塊狀存儲器(塊ram)、MAC控制器模塊、DMA控制器、PCIe 控制器模塊，其特殊之處在于：

所述FPGA中設有接收引擎模塊(Rx?engine)、發送引擎模塊(Tx?engine)、讀寫模塊 (Reg_Rd_Wr)，接收引擎模塊(Rx?engine)通過讀寫模塊(Reg_Rd_Wr)與發送引擎模塊 (Tx?engine)連接，接收引擎模塊(Rx?engine)實現從主機發送過來的數據包進行處理 分類，發送引擎模塊(Tx?engine)實現將用戶發往主機的數據打包，按照相應的時序發 送給核接口，讀寫模塊(Reg_Rd_Wr)實現數據的存儲與提取；

所述接收引擎模塊(Rx?engine)包括接收有限狀態機模塊(Rx?FSM)、接收Posted 包模塊(Rx?posted)、接收NonPosted包模塊(Rx?Nonposted)、接收Completion包模塊 (Rx?Completion)；

所述發送引擎模塊(Tx?engine)包括發送有限狀態機模塊(Tx?FSM)、發送Completion 包模塊(Tx?Completion)；

所述塊狀存儲器(塊ram)內虛擬設有已編址的多個寄存器組，多個寄存器組包括發 送端寄存器組(TX?reg)，接收端寄存器組(RX?reg)，中斷頻率控制寄存器組，每個寄存 器虛擬設有多個隊列；

一種基于FPGA的多虛擬隊列數據存儲的方法步驟如下：

a、主機將數據包發送到PCIe模塊，由PCIe模塊傳遞到接收引擎模塊(Rx?engine)， 由接收引擎模塊(Rx?engine)進行處理，執行b操作；