一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核制造技术

本发明专利技术公开了一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，属于以太网光纤通道领域，应用于FCoE融合网络适配器中。本发明专利技术包括发送模块、接收模块和控制模块。本发明专利技术建立在AXI4总线架构基础之上，利用AXI4-Lite总线对本发明专利技术IP核配置寄存器，利用AXI4总线进行发送/接收描述符的读写，利用AXI4-Stream高速通道传送发送/接收的数据。本发明专利技术可以由FCoE融合网络适配器CPU进行控制，专门针对以太网光纤通道领域中硬件处理FCoE数据帧的需要，采用全双工工作模式，工作实时高效，数据吞吐量大，传输速率高，并且能够实现无损传输。本发明专利技术支持FCoE数据分段/合并处理、无损以太网功能和单根虚拟化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核
本专利技术属于以太网光纤通道
，更具体地，涉及一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核。
技术介绍
随着物联网、云计算等技术的发展，互联网公司需要处理的数据呈爆炸式增长，庞大的数据量需要高效的存储和高速的处理。为了迎合这种趋势，互联网公司必须建立企业级的数据中心。数据中心由存储网(StorageAreaNetwork，以下简称SAN)和局域网(LocalAreaNetwork，以下简称LAN)融合而成。SAN主要是基于光纤通道协议(FibreChannel，FC)将存储设备和服务器构成网络，光纤通道协议的无丢帧、低延迟、高带宽是存储网的最优选择。LAN主要由以太网构成，以太网连接简单、兼容性强，使得其广泛应用于LAN。在企业级数据中心应用中，需要将SAN和LAN进行融合，否则就会出现设备和电缆数量激增、接口类型繁杂、能源消耗巨大以及管理复杂度高等问题。以太网光纤通道(FibreChanneloverEthernet，以下简称FCoE)可以将光纤通道映射到以太网，将光纤通道协议帧封装在以太网帧称之为FCoE帧在以太网中传输，从而将SAN和LAN融合。融合网络中需要的FCoE网络适配器也将是新颖的FCoE融合网络适配器CNA卡(ConvergedNetworkAdapter，CNA)。在现有的网络适配器方案中，网络协议数据流量的处理主要是通过主机CPU进行，网络适配器只是起到了收发帧或者数据的作用。由于融合网络通信中存在了大量的不同流量类型的数据交换，主机CPU需要处理的数据量巨大，使得主机CPU负担超重，导致了CPU性能严重降低，严重影响了网络通信的质量以及主机的性能。协议硬件加速是指利用硬件并行性计算的优势，有选择的将部分需要主机CPU完成的协议处理工作放到硬件上进行，这样可以简化CPU的负担，提高工作效率。目前用于网络适配器的硬件协议处理主要是针对TCP/IP协议的，其技术和产品都比较成熟。针对于融合网络专用于FCoE协议硬件处理处于起步阶段，现有的IP核方案也存在以下不足：1、融合网络适配器是将原先不同的网络融合为一个网络，因而在数据链路层不能再使用传统的以太网协议，新型融合网络需要增强型的无损以太网协议(DataCenterBridge，以下简称DCB)的支持。现有的IP核方案必须与第三方带有DCB功能的以太网MAC控制器对接，而目前带有DCB功能的MAC控制器还未得到广泛应用，导致了现有的IP核应用范围狭窄，可兼容性差，不能满足实际需求；2、现有的IP核方案只是进行了循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，以下简称CRC)的处理和帧头帧尾的处理，协议处理力度小。在融合网络中，存在大量数据交换的一般为原存储网的数据流量FCoE帧。现有IP核由于没有针对FCoE帧的专用处理模块，使得主机CPU依旧要担负很大的网络协议处理责任，从而导致主机CPU性能依旧效率低下，融合网络整体性能很低；3、现有的IP核方案支持AXI4-Lite轻量总线和AXI4总线架构，在进行大量数据传输时速率不高，不能满足融合网络大量数据高速传输的要求，会导致链路数据无法及时传送到主机进行处理，从而造成数据滞留和拥塞，降低网络性能；4、现有的IP核方案不支持基于硬件形式的虚拟化，而基于硬件的单根虚拟化(SR-IOV)可以使虚拟机环境直接访问硬件，有效提高性能；具有单根虚拟化的功能还有节能、适配器减少、简化布线、减少交换机端口的优点。现有的IP核方案无法提供以上优点，并且如果完全使用软件虚拟化也会加重主机系统的负担。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，应用于FCoE融合网络适配器中。利用硬件并行性处理的特点，将需要CPU负责的FCoE数据处理工作全部放到FCoE网络适配器硬件上进行，可以加快协议处理的速度，减轻CPU的负担，并辅以流量控制、拥塞控制和单根虚拟化(SR-IOV)支持，从而有效的提升网络的整体性能。本专利技术提供一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，包括发送模块、接收模块以及控制模块，其中：所述发送模块包括：发送描述符控制单元，用于传输发送描述符；发送高速通道控制单元，用于接收待发送数据，其中所述待发送数据包括普通数据和FCoE数据块；发送数据缓存单元，用于缓存待发送的所述普通数据；发送FCoE数据分段单元，用于分割和封装待发送的所述FCoE数据块形成FCoE待发送数据帧；发送无损以太网单元，用于完成PFC帧生成和ETS调度；发送队列选择单元，用于根据所述ETS调度选择发送所述普通数据及所述FCoE待发送数据帧；发送数据封装单元，用于根据所述发送描述符封装待发送的所述普通数据和所述PFC帧，并对封装后的数据帧和所述FCoE待发送数据帧进行CRC添加形成待发送帧；发送描述符管理单元用于存储和管理所述发送描述符；以及发送帧缓存单元，用于缓存并发送所述待发送帧；所述接收模块包括：接收帧缓存单元，用于缓存待接收帧；接收帧解析单元，用于完成对所述待接收帧的校验、解析以形成普通数据、类型判别信号、PFC帧和FCoE数据帧；接收队列选择单元，用于根据所述接收帧解析单元生成的所述类型判别信号选择接收解析后的所述普通数据；接收数据缓存单元，用于缓存所述普通数据；接收FCoE数据合并单元，用于合并和缓存所述FCoE数据帧形成FCoE数据块；接收无损以太网单元，用于解析PFC帧和生成发送暂停矢量，以暂停特定流量类型数据的发送调度；接收描述符管理单元，用于缓存和填充接收描述符；接收描述符控制单元，用于预取和写回所述接收描述符；以及接收高速通道控制单元，用于写回所述接收数据缓存单元缓存的普通数据和所述接收FCoE数据合并单元缓存的FCoE数据块；以及所述控制模块包括：寄存器配置单元，用于配置应用于所述FCoE协议加速引擎IP核的控制寄存器，以及寄存器管理单元，用于管理所述控制寄存器，当所述控制寄存器需要配置所述发送模块或所述接收模块的某个单元时，所述寄存器管理单元将所述控制寄存器的值传送至相应单元。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本专利技术是专门针对以太网光纤通道领域中应用的融合网络适配器而开发的协议加速引擎IP核，最大的特色是将需要主机CPU处理的FCoE数据交换放到融合网络适配器中IP核的专用FCoE处理模块进行处理，有效的降低了主机的负担。所有的FCoE融合网络适配器都可以采用本专利技术IP核进行基于硬件的FCoE数据交换处理。2、本专利技术集成了无损以太网单元以实现无损以太网的功能，能够高性能的满足融合网络中传输的不同流量对带宽、延时和丢包的要求。带有DCB功能的本专利技术IP核能够与现有的传统以太网MAC控制器兼容，使得本专利技术IP核应用范围变广，兼容性及扩展性好。3、本专利技术利用了硬件的并行性计算优势，将FCoE交换中大量的数据处理放到硬件上进行，有效的减轻了主机CPU的负担，能够明显提升协议处理的速度和网络的整体性能。4、本专利技术能够支持单根虚拟化形式的虚拟化，基于硬件的单根虚拟化可以使虚拟机环境直接访问硬件，有效提高性能；I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，其特征在于，包括发送模块、接收模块以及控制模块，其中：所述发送模块包括：发送描述符控制单元，用于传输发送描述符；发送高速通道控制单元，用于接收待发送数据，其中所述待发送数据包括普通数据和FCoE数据块；发送数据缓存单元，用于缓存待发送的所述普通数据；发送FCoE数据分段单元，用于分割和封装待发送的所述FCoE数据块形成FCoE待发送数据帧；发送无损以太网单元，用于完成PFC帧生成和ETS调度；发送队列选择单元，用于根据所述ETS调度选择发送所述普通数据及所述FCoE待发送数据帧；发送数据封装单元，用于根据所述发送描述符封装待发送的所述普通数据和所述PFC帧，并对封装后的数据帧和所述FCoE待发送数据帧进行CRC添加形成待发送帧；发送描述符管理单元用于存储和管理所述发送描述符；以及发送帧缓存单元，用于缓存并发送所述待发送帧；所述接收模块包括：接收帧缓存单元，用于缓存待接收帧；接收帧解析单元，用于完成对所述待接收帧的校验、解析以形成普通数据、类型判别信号、PFC帧和FCoE数据帧；接收队列选择单元，用于根据所述接收帧解析单元生成的所述类型判别信号选择接收解析后的所述普通数据；接收数据缓存单元，用于缓存所述普通数据；接收FCoE数据合并单元，用于合并和缓存所述FCoE数据帧形成FCoE数据块；接收无损以太网单元，用于解析PFC帧和生成发送暂停矢量，以暂停特定流量类型数据的发送调度；接收描述符管理单元，用于缓存和填充接收描述符；接收描述符控制单元，用于预取和写回所述接收描述符；以及接收高速通道控制单元，用于写回所述接收数据缓存单元缓存的普通数据和所述接收FCoE数据合并单元缓存的FCoE数据块；以及所述控制模块包括：寄存器配置单元，用于配置应用于所述FCoE协议加速引擎IP核的控制寄存器，以及寄存器管理单元，用于管理所述控制寄存器，当所述控制寄存器需要配置所述发送模块或所述接收模块的某个单元时，所述寄存器管理单元将所述控制寄存器的值传送至相应单元。...

【技术特征摘要】
1.一种基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，包括发送模块、接收模块；其中，所述发送模块包括：发送描述符控制单元，用于传输发送描述符；发送高速通道控制单元，用于接收待发送数据，其中所述待发送数据包括普通数据和FCoE数据块；发送描述符管理单元用于存储和管理所述发送描述符；以及发送帧缓存单元，用于缓存并发送待发送帧；所述接收模块包括：接收帧缓存单元，用于缓存待接收帧；接收描述符管理单元，用于缓存和填充接收描述符；接收描述符控制单元，用于预取和写回所述接收描述符；以及接收高速通道控制单元，用于写回接收数据缓存单元缓存的普通数据和接收FCoE数据合并单元缓存的FCoE数据块；其特征在于，所述发送模块还包括：发送数据缓存单元，用于缓存待发送的所述普通数据；发送FCoE数据分段单元，用于分割和封装待发送的所述FCoE数据块形成FCoE待发送数据帧；发送无损以太网单元，用于完成PFC帧生成和ETS调度；发送队列选择单元，用于根据所述ETS调度选择发送所述普通数据及所述FCoE待发送数据帧；发送帧封装单元，用于根据所述发送描述符封装待发送的所述普通数据和所述PFC帧，并对封装后的数据帧和所述FCoE待发送数据帧进行CRC添加形成待发送帧；所述PFC帧是指基于优先级的流量控制帧，所述ETS调度是指增强型传输选择调度；所述接收模块还包括：接收帧解析单元，用于完成对所述待接收帧的校验、解析以形成普通数据、类型判别信号、PFC帧和FCoE数据帧；接收队列选择单元，用于根据所述接收帧解析单元生成的所述类型判别信号选择接收解析后的所述普通数据；接收数据缓存单元，用于缓存所述普通数据；接收FCoE数据合并单元，用于合并和缓存所述FCoE数据帧形成FCoE数据块；接收无损以太网单元，用于解析PFC帧和生成发送暂停矢量，以暂停特定流量类型数据的发送调度；所述FCoE协议加速引擎IP核还包括控制模块，该控制模块包括：寄存器配置单元，用于配置应用于所述FCoE协议加速引擎IP核的控制寄存器，以及寄存器管理单元，用于管理所述控制寄存器，当所述控制寄存器需要配置所述发送模块或所述接收模块的某个单元时，所述寄存器管理单元将所述控制寄存器的值传送至相应单元。2.如权利要求1所述的基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，其特征在于，所述FCoE协议加速引擎IP核建立在AXI4总线、AXI4-Lite总线和AXI4-Stream高速通道基础之上，由FCoE网络适配器CPU进行控制。3.如权利要求1或2所述的基于AXI4总线架构的FCoE协议加速引擎IP核，其特征在于，所述发送模块各单元具体用于：所述发送描述符控制单元用于传输所述发送描述符，当需要发送数据时，FCoE网络适配器CPU会先将所述发送描述符传送至所述发送描述符控制单元，所述发送描述符控制单元将不同流量类型数据的发送描述符传送至所述发送描述符管理单元进行分类存储；所述发送高速通道控制单元用于接收所述待发送数据，AXI4-Stream高速通道将需要发送的数据发送至所述发送高速通道控制单元，所述发送高速通道控制单元根据所述待发送数据的流量类型，将所述普通数据和功能流量类型指示信号传送给所述发送数据缓存单元，将所述FCoE数据块传送给所述发送FCoE数据分段单元；所述发送数据缓存单元用于缓存待发送的所述普通数据，所述发送数据缓存单元根据所述功能流量类型指示信号将属于不同的流量类型的普通数据放到不同的子单元缓存，以实现单根虚拟化和流量划分；所述发送FCoE数据分段单元专用于合并和缓存所述FCoE数据帧形成所述FCoE数据块，所述发送FCoE数据分段单元根据以太网协议最大帧的要求将所述FCoE数据块切割成合适大小，并按照顺序为每一段分割数据块添加合适的帧头帧尾形成所述FCoE数据帧，并在收到所述发送队列选择单元发来的队列选择信号时将所述FCoE数据帧传送至所述发送队列选择单元；所述发送无损以太网单元用于完成所述PFC帧的生成和所述ETS调度，当所述发送无损以太网单元收到来自所述接收模块的接收门限信号时，会根据所述接收门限信号为PFC数据生成合适的定时值，并添加PFC帧头形成所述PFC帧传送至所述发送帧封装单元部分；当所述发送无损以太网单元收到来自所述接收模块的发送暂停矢量时，会根据所述发送暂停矢量暂停相应流量类型数据的发送，并将所述发送暂停矢量指示的数据从ETS调度器中移除；所述发送队列选择单元用于根据所述ETS调度选择发送所述普通数据及所述FCoE待发送数据帧，在每次发送完成后，会将所发送的数据类型及大小反馈给所述发送无损以太网单元；所述发送帧封装单元用于根据所述发送描述符封装待发送的所述普通数据和所述PFC帧，并对封装后的数据帧和所述FCoE...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文利，孙嵩松，肖亭，冯猛，闵文斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42