隨著數據中心網絡基礎設施逐步升級到10Gbps，讓基于以太網的解決方案承載數據業務成為一種經濟可行的方法，并且不會降低性能，延長時延。基于硬件的主機接口（如 PCI Express 和千兆級以太網 （GbE）），為設計面向計算機和數據處理市場的低成本、高性能產品創造了可能性。Xinlinx? Virtex?-5 現場可編程門陣列 （FPGA） 系列，為設計具備更強功能和更低功耗的片上系統 （SoC） 解決方案奠定了基礎。

Virtex-5 架構具有一系列關鍵特性，能夠大大簡化 TCP 和 iSCSI 卸載引擎的 SoC 設計：

內置PCI Express （PCIe） 模塊——一種符合 PCIe 規范的集成端點，支持一至八個通道，能夠提供高達 32Gbps 的全雙工帶寬。

內置千兆位級以太網媒體接入控制器 （GEMAC）——四個硬核GEMAC，為實現多端口千兆位級解決方案創造了條件，從而減少了 SoC 設計的板卡空間要求。

真正的6輸入查找表 （LUT） 技術——提高對單元的利用率，縮短路由時延，從而提高性能。

36-Kb 雙端口 block RAM——帶有糾錯電路、存儲密度更高的存儲器，為實現可靠的計算邏輯結構和增加同步收發操作的片上 TCP 會話數量創造了條件。

DSP48E 單元——支持面向圖像處理和多媒體應用的大規模并行運算模式。

由于 Virtex 系列是一種可編程平臺，您可以根據不斷變化的標準和市場要求調整自己的設計。借助 Virtex-5 系列所提供的資源，設計人員可以為服務器、存儲器、多協議交換機，以及生命周期更長的無線基站創建成本低廉的 TCP 和 iSCSI 卸載解決方案。

TCP卸載引擎 （TOE） 概述

當前的 TCP 卸載解決方案主要依賴于完整的軟件堆棧或基于 ASIC （用于 TCP/IP 協議處理）的專用網卡 （NIC）。軟件解決方案對于低帶寬應用是可行的，但高性能應用會消耗所有 CPU 資源，結果形成了關鍵應用的系統瓶頸。

基于 ASIC 的解決方案一般由初創公司提供，主要面向高性能 10Gbps 市場。這些解決方案的價格仍然不菲，而且提供它們的廠商的財務狀況不甚穩定。

Xilinx 及其第三方IP合作伙伴可提供完全符合 TCP/iSCSI 規范的卸載解決方案。您可以在不加改動的情況下輕松實現這些解決方案，或者按照所要求的功能、尺寸、速度或目標應用對其進行定制設計。

基于FPGA的 TCP/iSCSI 引擎

內置標準化 GEMAC、PCIe核以及容量更大的 Block RAM的 Virtex-5 器件是一種可編程平臺芯片，系統架構設計師可利用它輕松完成 TCP 和 iSCSI 協議處理設計，而不用擔心網絡或主機接口側的串行連接問題。以下是協議處理任務卸載設計中經常遇到的一些難題：

需要支持的 TCP 連接的數量

TCP 數據包重組/重排序

IP 數據包分片和重組

時延

片上和片外 TCP 會話管理之間的關系

有了Virtex-5 器件的獨特功能以及 IP 核，所有這些問題都可以迎刃而解。借助內置GEMAC 和 PCIe 接口，您只需最少的 FPGA 資源即可實現直接內存存取解決方案，從而縮短了內存存取時延，并且在無需調用臨時內存的情況下即可實現 TCP 封包重組。Virtex-5 FPGA 還搭載了一個 36-Kb 雙端口 block RAM，從而使您可以支持的TCP連接數量倍增。借助 Xilinx 的LogiCORE?高速存儲控制器，您可以使用外部 DDR2 內存來擴充 TCP 會話管理功能。讓我們來看看基于 FPGA 的網卡設計可以節約哪些資源。

1Gbps和10Gbps 網卡解決方案

面向 IP 存儲和刀片服務器的集成式多端口 1Gbps 和 10Gbps TCP 卸載網卡（NIC），能夠讓制造商充分利用網絡設備進行業務存儲。圖1提供了一個典型的基于 FPGA 的NIC設計。

圖1：采用傳統 FPGA 設計 TCP 卸載解決方案

取決于所使用的 IP 核的數量，該設計可采用多達 20，000 個單元。Virtex-5 LXT 平臺可將資源占用率降低一半，這樣，您就能在不降低性能的情況下，創建一個低成本的解決方案。除提高硬件效率外，系統架構師還可以降低 NRE 成本，因為在設計 GbE 和 PCIe 高速I/O接口時，無需使用 NRE。圖2提供了一個借助 Virtex-5 系列的內置資源，對 TCP 卸載 NIC 進行重新設計的示例。

圖2：采用 Virtex-5 LXT FPGA 設計 TCP 卸載解決方案

結論

有了第三方廠商提供的在 Xilinx FPGA 上實現的符合 TCP 和 iSCSI 標準的卸載 IP 核，現在您能夠以更低的開發成本，設計出通用或定制化片上系統。利用 Virtex-5 LXT 平臺——搭載增強型 GEMAC 和 PCIe 端點模塊、容量更大的 block RAM，以及6輸入查找表——實現面向服務器、存儲器、多協議交換機，以及無線基站產品的復雜協議處理任務卸載解決方案，可以大大減少 FPGA 資源占用量。