netFPGA开源项目调研
专栏:行业调研(FPGA相关的未来) March 16, 2024, 9:44 p.m. 109 阅读
NetFPGA 是一个低成本、可重用硬件平台,可用于网络系统的研究和测试

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在平时的搜索中发现有个netFPGA平台,它是斯坦福大学的开源平台,比较早了,大概零几年就有,有官网netfpga.org ,还在不断更新,感觉主要是学生在用,适应SDN(软件定义网络,这个概念之前比较火,最近几年不太火了),新的资料不是太多。在csdn上有找到一些资料,比较详细的一个文档是NetFPGA-10GOpenFlowSwitch,拿来研读了一些。

NetFPGA 是一个低成本、可重用硬件平台。它的出现使研究人员可以在硬件级别的开发环境上搭建 Gb/s 级高性能网络系统模型,从而进行网络系统的研究和测试。NetFPGA平台的软件系统包括操作系统、作为软件接口的驱动程序、实现各种硬件功能的逻辑代码、执行控制功能的软件程序、系统测试的脚本程序,以及计算机辅助设计软件工具。

netFPGA的开发包括硬件和软件的开发,硬件部分是逻辑设计,软件部分是驱动的开发和软件的开发,在前人的基础上可以搭建自己的系统,不需要重复搭建外围模块、开发驱动和GUI,只需要添加自己的模块

NetFPGA概述性的资料如下:

1.NetFPGA设计与架构

NetFPGA平台由四部分组成:硬件开发板、软件驱动程序、开发套件和社区支持。硬件开发板基于Xilinx Virtex-4 FX FPGA,拥有四个千兆以太网端口和一个PCI接口,可以用于设计和测试各种网络应用程序。软件驱动程序提供网络接口和传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)协议栈等功能,使应用程序能够直接访问网络硬件。开发套件则为用户提供了一套完整的开发工具链,包括RTL语言编译器、仿真器、调试器和应用程序模板等。最后,NetFPGA社区支持提供了丰富的资源和文档,帮助用户更好地了解和使用NetFPGA平台。

基于Linux内核的设备驱动程序是NetFPGA开发板与主机操作系统的软件接口。

首先,驱动程序对NetFPGA的四个千兆以太网口进行配置,在系统内添加了四个命名为nf2c0、nf2c1、nf2c2、nf2c3的网络连接,从而使得PC主机上的用户空间软件可以通过NetFPGA开发板上的以太网端口来收发数据分组,就像使用普通的以太网口一样。

其次,驱动程序给安装在主机上的每个NetFPGA板子预留了128MB的主机内存空间,开发板的片上寄存器、SRAM、DRAM被映射到内存中,应用程序通过对这些寄存器映像进行读写,从而控制NetFPGA的运行模式,监视数据通道的分组处理状态。

再者,驱动程序使主机和NetFPGA之间按照DMA方式传送这个以太网帧,从而使主机在I/O进行的同时能够并行运算而不必等待I/O结束。

实现各种硬件功能的逻辑代码是由Verilog硬件设计语言编写的,这些代码通过仿真来测试和改进逻辑功能,之后生成bit文件下载到FPGA中,执行相应的硬件功能。NetFPGA作为一个开放平台,其研究者们已经贡献出了很多Verilog模块,这为我们的研究开发提供了很大的便捷。

完成控制功能的软件程序主要是由C语言编写,包括读写寄存器、网络协议的执行等功能。为了使操作简单和便捷,NetFPGA平台还提供了Java程序开发的图形用户界面(Java GUI)。

此外,Linux操作系统下的Shell脚本程序,可以用来调用C语言程序,从而对系统进行测试,评估其网络性能等。这些脚本程序通常是在Shell终端里,以命令行的方式运行的。

用于NetFPGA平台开发的计算机辅助设计(CAD)工具,对硬件设计进行仿真和调试。设计方案通过Mentor Graphics ModelSim来仿真,确保逻辑能够正确地执行。

2.NetFPGA应用领域

NetFPGA平台可以应用于多个领域,如网络安全、网络测量、网络处理和数据中心等。其中,网络安全是一个重要的应用领域。利用NetFPGA平台,可以设计和实现高效、灵活和可定制的网络安全系统,如入侵检测系统、入侵防御系统和流量监控等。此外,NetFPGA平台还可以用于研究和开发新型网络协议和技术,如软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)等。

3.NetFPGA社区贡献

NetFPGA平台的成功离不开全球各地的开发者和用户的积极参与和贡献。NetFPGA社区提供了丰富的资源和文档,为用户提供了良好的交流平台。同时,NetFPGA平台也得到了众多学术机构和产业界的支持和认可。如今,NetFPGA已经成为一种广泛应用的网络硬件创新平台,并在网络技术和应用领域取得了巨大的成功。

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