[发明专利]一种基于AXI4总线的FCoE协议加速引擎IP核

说明书

技术领域

本发明涉及以太网光纤通道领域（FCoE:Fibre Channel over Ethernet)，具体来说，涉及一种基于AXI4总线的FCoE协议加速引擎IP核。

背景技术

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(SAN:Storage Area Network)和局域网（LAN:Local Area Network）融合而成。SAN主要是基于光纤通道协议（FC:Fibre Channel）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(FCoE:Fibre Channel over Ethernet)可以将光纤通道映射到以太网，将FC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网络适配器CNA卡（CNA:Converged Network Adapter）。在融合网络通信中，由于存在大量的数据交换，主机CPU需要处理的数据量巨大，负担超重，主机CPU的性能会严重的影响网络通信的质量。如果能将部分协议处理的工作卸载到硬件上，利用硬件并行性处理大量数据的优势，将会极大的减轻CPU的负担，提升网络的整体性能，从而起到协议加速的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于AXI4总线的FCoE协议加速引擎IP核，本IP核专门应用于FCoE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帧处理工作放到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，从而有效的提升网络的整体性能。

基于AXI4总线的FCoE协议加速引擎IP核的结构包括发送模块和接收模块，其中发送模块包括发送帧封装单元TFCoE_LEP、发送描述符与寄存器管理单元TD/RM、发送帧FIFO单元TFIFO、发送队列选择单元TQS、发送buffer单元TBUFFER和发送AXI4总线单元TAXI4；接收模块包括接收FCoE帧解封装单元RFCoE_LEP、接收描述符与寄存器管理单元RD/RM、接收帧FIFO单元RFIFO、接收队列选择单元RQS、接收buffer单元RBUFFER和接收AXI4总线单元RAXI4。该IP核建立在AXI4总线基础之上，由FCoE网络适配器CPU进行控制，专门针对融合网络中融合FCoE网络适配器中处理FCoE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。

协议加速引擎IP核位于FCoE网络适配器上，基于AXI4总线，由FCoE网络适配器CPU进行控制。协议加速引擎IP核包括两部分：发送模块和接收模块。发送模块具体包括以下子单元：

TFCoE_LEP用于完成待发送帧的封装；TFCoE_LEP从发送队列选择单元获取帧信息，为待发送帧形成帧头帧尾、CRC校验码，并封装成完整的FCoE帧。

TD/RM用于管理整个发送模块的描述符和寄存器；TD/RM首先向FCoE网络适配器CPU申请预取一定量的描述符，之后监控各发送队列中描述符的使用情况，当满足描述符可用阈值时产生中断，向FCoE网络适配器CPU申请重新获取可用的描述符块和数据块，同时上传帧封装完成的描述符域；FCoE网络适配器CPU会在软件初始化时向TD/RM传递寄存器信息，由TD/RM完成发送模块的寄存器配置，寄存器包括描述符相关寄存器，DMA参数寄存器，发送模块各子单元寄存器等。

TFIFO作为发送模块与xge_mac的缓存，为分别处于协议加速引擎和xge_mac两个时钟域的待发送帧进行同步；TFIFO工作在两个时钟域：xge_mac时钟域和IP核时钟域。

TQS根据各发送队列待发送帧的类型，从多个发送队列中选出一个发送队列进行发送；TQS通过访问TBUFFER的描述符存储域，获取当前FCoE发送描述符的信息，传送给TFCoE_LEP。适合FCoE帧的发送描述符结构主要包括FCoE帧在TBUFFER存储的位置、VLAN信息、帧长度及发送状态等。