如何用FPGA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的功能

《優(yōu)秀的IC/FPGA開源項(xiàng)目》是新開的系列，旨在介紹單一項(xiàng)目，會(huì)比《優(yōu)秀的 Verilog/FPGA開源項(xiàng)目》內(nèi)容介紹更加詳細(xì)，包括但不限于綜合、上板測(cè)試等。兩者相輔相成，互補(bǔ)互充~

這幾年DPU的概念越來越火，有和CPU、GPU并駕齊驅(qū)的勢(shì)頭，通俗的講DPU分擔(dān)的工作為虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)以及安全。

從上面的工作可以看出DPU的核心是：網(wǎng)絡(luò)。所以我們今天講一個(gè)未來的發(fā)展核心之一：用FPGA實(shí)現(xiàn)NIC（network interface controller，網(wǎng)絡(luò)接口控制器），從該項(xiàng)目出發(fā)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可控制化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DPU功能。

當(dāng)然，本項(xiàng)目的基本就是一個(gè)NIC、router、switch等子項(xiàng)目的集合，可以看做目前ASIC-Intel 82580、BCM8724、BCM5396的功能的FPGA實(shí)現(xiàn)。

基于Intel 82580網(wǎng)卡 BCM8724特點(diǎn) BCM5396內(nèi)部架構(gòu)圖

今天項(xiàng)目的核心項(xiàng)目地址如下：

https://github.com/NetFPGA

www.netfpga.org

這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)展了很多年了，從V5 FPGA到現(xiàn)在V7 FPGA，從官方板卡到各種自制板卡，應(yīng)有盡有。

netfpga官方V7 板卡

核心的架構(gòu)都可以在上面的板卡上實(shí)現(xiàn)。

整個(gè)項(xiàng)目包括如下幾個(gè)平臺(tái)的子項(xiàng)目：

上面的項(xiàng)目是根據(jù)不同板卡實(shí)現(xiàn)的功能類似的項(xiàng)目。

接下來我們以AMD Xilinx VC709位核心，簡(jiǎn)單說明一下怎么移植NetFPGA到我們的板卡上，本次實(shí)現(xiàn)的參考項(xiàng)目為NetFPGA-SUME(架構(gòu)類似)。

NetFPGA移植

開發(fā)環(huán)境：

win10+Ubuntu虛擬機(jī)

vivado 2016.4

第一步在下面鏈接下載源碼：

https://github.com/junganghu/NetFPGA-SUME-live

可以使用下面命令：

gitclonehttps://github.com/junganghu/NetFPGA-SUME-live

PS:是不是覺得奇怪，為啥不是官方源碼？這是因?yàn)楣俜綆?kù)是私有庫(kù)，需要通過官網(wǎng)申請(qǐng)，上面鏈接應(yīng)該源開發(fā)者上傳的，能使用。

第二步修改/NetFPGA-SUME-live/tools/settings.sh：

主要修改一些路徑，方便調(diào)用工具，主要修改SUME_FOLDER（庫(kù)的路徑）、XILINX_PATH（vivado的安裝路徑）、NF_PROJECT_NAME（測(cè)試的demo，可選nic，route，swich）

進(jìn)入$SUME_FOLDER（庫(kù)的路徑）執(zhí)行：

make

如果使用上面的版本vivado，應(yīng)該不會(huì)出什么問題，其他版本需要修改tcl里的IP版本（出錯(cuò)命令行會(huì)詳細(xì)提示問題，按照提示修改即可，但是IP間的差異會(huì)導(dǎo)致綜合失敗，建議先按照源vivado版本編譯，后續(xù)GUI界面再修改）。

上面步驟時(shí)間較久，根據(jù)電腦性能需要一個(gè)小時(shí)左右。

第三步進(jìn)入Reference_nic目錄再次執(zhí)行下面命令：

make

就會(huì)生成reference_nic.bit

PS：SDK部分官方提供了源碼，可以自己新建SDK工程，把源碼拷貝進(jìn)去也是可以的。

第四步固化文件到FPGA。

第五步就是將板卡插到測(cè)試主板上，在主板主控上加載驅(qū)動(dòng)。

第六步加載驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)源文件在DRIVER_FOLDER目錄下，執(zhí)行

makeall

makemakeinstall

修改驅(qū)動(dòng)文件權(quán)限。

接下來:

lcpsi-vxx|grepXilinx

查找系統(tǒng)有沒有找到PCIe設(shè)備，正常會(huì)出現(xiàn)下面：

注意ID：7028 0007，如果不是證明FPGA下載的文件有問題。

載入sume_riffa模塊

modprobesume_riffa

查看有沒有加載成功

lsmod

查看有沒有識(shí)別到網(wǎng)卡：

ifconfig-a

接下來就按照自己需求進(jìn)行測(cè)試了。

最后總結(jié)一下這個(gè)架構(gòu)：

sume_riffa的這個(gè)nic架構(gòu)PCIe部分使用了基于Scatter-Gather DMA的riffa PCIe開源模塊，其他IP基本都是xilinx官方IP，使用AXI-stream和AXI-lite的比較廣泛的架構(gòu)，值得學(xué)習(xí)。

總結(jié)

今天的項(xiàng)目簡(jiǎn)單優(yōu)化后基本就可以應(yīng)用到項(xiàng)目里了，開頭說的可能比較“繞”，簡(jiǎn)單說就是如果你想用FPGA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的功能（包括但不局限于NIC、Route、Swich、OSNT等），那么你就可以到這個(gè)項(xiàng)目里找一個(gè)相接近的子項(xiàng)目移植即可，這樣這個(gè)項(xiàng)目的功能就清晰明了了。

最后說一下，項(xiàng)目整體移植非常非常簡(jiǎn)單，幾天時(shí)間就能讓你快速實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)項(xiàng)目的功能驗(yàn)證，同時(shí)這個(gè)該項(xiàng)目的架構(gòu)也是比較先進(jìn)的，也是值得學(xué)習(xí)的。還想什么？動(dòng)手干吧~

最后，還是感謝各個(gè)大佬開源的項(xiàng)目，讓我們受益匪淺。后面如果大家想要分享什么項(xiàng)目，可以在后臺(tái)留言或者加微信留言，溝通轉(zhuǎn)載事宜。今天就到這，我是爆肝的碎碎思，期待下期文章與你相見。