[發明專利]一種基于AXI4總線的FCoE協議加速引擎IP核

有效

• 申請號: 201410138005.0
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103885840B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 周文利;段斌斌;肖亭;孫嵩松
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;H04L29/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明涉及以太網光纖通道領域（FCoE:Fibre?Channel?over?Ethernet)，具體來說，涉及一種基于AXI4總線的FCoE協議加速引擎IP核。

背景技術

隨著物聯網、云計算等技術的發展，互聯網公司需要處理的數據呈爆炸式增長，龐大的數據量需要高效的存儲和高速的處理。為了迎合這種趨勢，互聯網公司必須建立企業級的數據中心。

數據中心由存儲網(SAN:Storage?Area?Network)和局域網（LAN:Local?Area?Network）融合而成。SAN主要是基于光纖通道協議（FC:Fibre?Channel）將存儲設備和服務器構成網絡，光纖通道協議的無丟幀、低延遲、高帶寬是存儲網的最優選擇。LAN主要由以太網構成，以太網連接簡單，兼容性強使得其廣泛應用于LAN。在企業級數據中心應用中，需要將SAN和LAN進行融合，否則就會出現設備和電纜數量激增、接口類型繁雜、能源消耗巨大以及管理復雜度高等問題。以太網光纖通道(FCoE:Fibre?Channel?over?Ethernet)可以將光纖通道映射到以太網，將FC幀封裝在以太網幀稱之為FCoE幀在以太網中傳輸，從而將SAN和LAN融合；融合網絡中需要的FCoE網絡適配器也將是新穎的FCoE網絡適配器CNA卡（CNA:Converged?Network?Adapter）。在融合網絡通信中，由于存在大量的數據交換，主機CPU需要處理的數據量巨大，負擔超重，主機CPU的性能會嚴重的影響網絡通信的質量。如果能將部分協議處理的工作卸載到硬件上，利用硬件并行性處理大量數據的優勢，將會極大的減輕CPU的負擔，提升網絡的整體性能，從而起到協議加速的效果。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種基于AXI4總線的FCoE協議加速引擎IP核，本IP核專門應用于FCoE網絡適配器中，利用硬件并行性處理的特點，將需要CPU負責的FCoE幀處理工作放到FCoE網絡適配器硬件上進行，可以加快協議處理的速度，減輕CPU的負擔，從而有效的提升網絡的整體性能。

基于AXI4總線的FCoE協議加速引擎IP核的結構包括發送模塊和接收模塊，其中發送模塊包括發送幀封裝單元TFCoE_LEP、發送描述符與寄存器管理單元TD/RM、發送幀FIFO單元TFIFO、發送隊列選擇單元TQS、發送buffer單元TBUFFER和發送AXI4總線單元TAXI4；接收模塊包括接收FCoE幀解封裝單元RFCoE_LEP、接收描述符與寄存器管理單元RD/RM、接收幀FIFO單元RFIFO、接收隊列選擇單元RQS、接收buffer單元RBUFFER和接收AXI4總線單元RAXI4。該IP核建立在AXI4總線基礎之上，由FCoE網絡適配器CPU進行控制，專門針對融合網絡中融合FCoE網絡適配器中處理FCoE幀的需要，采用全雙工工作模式，工作實時高效，數據吞吐量大，傳輸速率高。

協議加速引擎IP核位于FCoE網絡適配器上，基于AXI4總線，由FCoE網絡適配器CPU進行控制。協議加速引擎IP核包括兩部分：發送模塊和接收模塊。發送模塊具體包括以下子單元：

TFCoE_LEP用于完成待發送幀的封裝；TFCoE_LEP從發送隊列選擇單元獲取幀信息，為待發送幀形成幀頭幀尾、CRC校驗碼，并封裝成完整的FCoE幀。

TD/RM用于管理整個發送模塊的描述符和寄存器；TD/RM首先向FCoE網絡適配器CPU申請預取一定量的描述符，之后監控各發送隊列中描述符的使用情況，當滿足描述符可用閾值時產生中斷，向FCoE網絡適配器CPU申請重新獲取可用的描述符塊和數據塊，同時上傳幀封裝完成的描述符域；FCoE網絡適配器CPU會在軟件初始化時向TD/RM傳遞寄存器信息，由TD/RM完成發送模塊的寄存器配置，寄存器包括描述符相關寄存器，DMA參數寄存器，發送模塊各子單元寄存器等。

TFIFO作為發送模塊與xge_mac的緩存，為分別處于協議加速引擎和xge_mac兩個時鐘域的待發送幀進行同步；TFIFO工作在兩個時鐘域：xge_mac時鐘域和IP核時鐘域。

TQS根據各發送隊列待發送幀的類型，從多個發送隊列中選出一個發送隊列進行發送；TQS通過訪問TBUFFER的描述符存儲域，獲取當前FCoE發送描述符的信息，傳送給TFCoE_LEP。適合FCoE幀的發送描述符結構主要包括FCoE幀在TBUFFER存儲的位置、VLAN信息、幀長度及發送狀態等。