基于多核处理器设计网络接口卡

网络接口卡的硬件设计

Axxia兼备灵活的数据处理和强大的主控CPU，单芯片方案提供丰富的高速接口和低速调试接口，由此非常适合应用于嵌入式的单板设计。图2为基于Axxia芯片的网络接口卡方案框图。Axxia芯片的快速处理引擎可以用来实现数据层面的加速，PowerPC核可以用来实现附加功能以及主控层面的处理。

图2：基于AXXIA芯片的网络接口卡方案框图。

单板设计采用Axxia系列中中端的ACP3423，配置了2G DDR3 SDRAM，背板侧PCIe x4 Gen2用做管理，6个SGMII和XAUI用做数据交换；网络侧为10GE SFP+；支持IEEE1588和同步以太网。

Axxia通信处理器为支持SGMII、XAUI、sRIO和PCIe等高速接口，芯片内部包含有多条SerDes PHY接口，这些协议可配置接口根据不同的发送和接收数据对被分成两大组：SGMII/XAUI和sRIO/PCIe。对单板的硬件设计来讲，这些高速接口的信号完整性非常重要，在设计过程中要保证PCB板、背板、线缆等有干净的供电，良好的接地，在布线过程中要对走线做阻抗匹配。LSI公司提供了详细的硬件设计文档和SerDes设计文档。

软件开发

如前文所述，Axxia确定性的性能来自于优良的硬件架构，同时，作为整个接口卡方案的"灵魂"，LSI公司还为Axxia系列处理器的软件开发提供基于各种操作系统的软件包，包括Axxia运行开发环境RTE，Axxia软件环境ASE等。对于网络接口卡开发还提供完整的Linux BSP实现以及Axxia应用开发套件(ADK)。ADK由一系列针对特定协议的数据层和控制层软件模块组成，有了这些模块软件开发者无需关注底层细节，可以很灵活方便的直接用高级语言如C进行应用程序开发。软件基本框架如图3所示。

图3：Axxia软件开发框架。

应用案例

1．ARP(地址解析协议)处理加速

以太网中的数据帧从一个主机到达网内的另一台主机不是根据32位的IP地址而是根据48位的以太网地址即硬件地址来确定接口。内核如驱动必须知道目的端的硬件地址才能发送数据。由RFC826我们知道，ARP地址解析协议就用于将计算机的网络地址即IP地址转化为物理地址即MAC地址。由于传统的物理网络接入的是物理服务器，并且整个网络只能为一个用户使用，普通CPU就可以处理报文的ARP请求，但随着服务器的虚拟化，以及云计算多租户的出现，网络对ARP处理的性能需求也大幅提升。采用纯CPU方案不仅大量耗费CPU资源，而且无法提供可确定的性能，无法防范可能的网络攻击。采用ACP3423的网络接口卡方案就可以很好的解决这个问题。