[發明專利]一種基于FPGA面向TCP-IP協議棧的TOE加速系統

在審

• 申請號: 202310445260.9
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116546113A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 朱成燕;李黎煌;李建久;張治國
• 申請（專利權）人: 上海金仕達軟件科技股份有限公司
• 主分類號: H04L69/16
• 分類號: H04L69/16;H04L67/141;H04L67/143;H04L61/103;H04L43/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙旭

本發明提供了一種基于FPGA面向TCP?IP協議棧的TOE加速系統。其中，所述系統包括TOE模塊，所述TOE模塊包括ARP/ICMP模塊、TCP握手模塊、TCP數據傳輸模塊共三個功能模塊，以及CPU?interface模塊和FIFO輸出輪巡模塊共兩個配置模塊。本發明使用TOE取代了TCP/IP模塊，使得TCP/IP網絡數據包的處理路徑能夠更加精簡，大大降低CPU和I/O系統網絡數據包的處理負荷，達到消除處理器性能瓶頸的目的。

技術領域

本發明涉及TOE加速技術領域，具體而言，涉及一種基于FPGA面向TCP-IP協議棧的TOE加速系統。

背景技術

近些年，隨著交易體量的指數型增長，金融交易面臨龐大的交易數據量、密集的交易指令和交易時間集中的現狀。海量的數據傳輸對交易所的服務器設備造成了巨大壓力，加速技術的使用需求越來越普遍。在金融市場交易中，只有提升服務器的處理能力，客戶才能更快速地完成交易。然而在數據傳輸過程中，服務器會針對金融數據進行TCP/IP協議棧、加密運算、解密運算和金融協議解析等處理，海量的數據傳輸會對服務器造成巨大的壓力，服務器大量的資源會消耗在這些處理中，導致數據在傳輸過程中常常會出現延遲和丟包現象。因此，隨著用戶對交易延遲要求越來越高，在交易系統中可以使用專用的硬件加速技術代替CPU處理傳輸過程中的TCP/IP協議棧、加密解密及金融協議解析等處理，以滿足交易系統的實時性處理要求。使用專門的硬件架構來實現規模較大且數據較為的密集的計算成為了金融市場能夠快速且穩定完成交易的關鍵。

發明內容

為了至少解決上述背景技術中存在的技術問題，本發明提供了一種基于FPGA面向TCP-IP協議棧的TOE加速系統，使得TCP/IP網絡數據包的處理路徑能夠更加精簡，大大降低CPU和I/O系統網絡數據包的處理負荷，達到了消除處理器性能瓶頸的目的。

一種基于FPGA面向TCP-IP協議棧的TOE加速系統，所述系統包括TOE模塊，所述TOE模塊包括ARP/ICMP模塊、TCP握手模塊、TCP數據傳輸模塊共三個功能模塊，以及CPUinterface模塊和FIFO輸出輪巡模塊共兩個配置模塊；其中，

所述ARP/ICMP模塊，用于ARP報文的主動發送和被動應答、ICMP報文的主動發送和被動應答；

所述TCP握手模塊，用于TCP的握手建立和斷開連接；

所述TCP數據傳輸模塊，用于TCP業務報文的發送、接收、應答及心跳包的維護；

所述FIFO輸出輪巡模塊，用于將4路報文數據輪巡發送到MAC總線。

進一步地，所述ARP報文的主動發送和被動應答，具體包括：

1)通過目的IP地址廣播查詢網關MAC地址，或者局域網對端地址，即根據子網掩碼來確認是網關還是局域網；

2)如果網絡上有收到廣播包的IP和MAC地址對應內容，將其記錄；

3)跨網關必須查詢或者被查詢，因為不會收到局域網內的其他查詢更新；

4)ARP報文應答支持所有來查詢的應答，但只維護一個業務所用的ARP表。

進一步地，ICMP報文的主動發送和被動應答，具體包括：

1)如果ping的IP是局域網，直接組包發送或者被動接受；

2)如果ping的IP是廣域網，直接組包發送給網關。

進一步地，所述TCP的握手建立和斷開連接，具體包括：

1)ARP表沒有時，禁止建聯；

2)ARP表存在時，接受到配置的TCP建聯請求后再進行建聯；

3)在TCP建聯并對方發送斷連請求時，正常進行四次揮手斷開連接；