1 序言

　　伴随着互联网经营规模的不断澎涨和新式网络技术应用要求的持续提高，现阶段根据IPv4技术性的互联网在扩展性、IP地址室内空间、安全性、服务水平操纵、移动化、经营管理和运营模式等诸多方面遭遇着挑戰，尤其是详细地址室内空间贫乏、扩展性差等问题比较严重限制了互联网的发展趋势，必须探寻新的新技术来处理这种难题

IPv6根据选用128位的详细地址室内空间取代IPv4的32位系统详细地址室内空间来扩大互联网的详细地址容积，促使IP地址在能够预料的时间内不会再变成限定互联网经营规模的一个要素，与此同时在安全系数、服务水平及移动化等领域拥有很大的改善，使其变成搭建下一代互联网的最好的选择

　　以太网接口是当下最基本上、最受欢迎的局域网络组网技术，为了更好地满足各种各样新进行的业务流程如流视頻等，其速度也在持续提升

千兆以太网是构建在以太网接口规范基本上面的技术性，具备高效率、快速、性能卓越的特性，现阶段的公司局域网络乃至传输网基本建设都是会把千兆以太网技术性做为优先选择的快速互联网技术 为了更好地使适用多协议书的性能卓越无线路由器既能联接到技术骨干、核心路由器，又能联接到当地服务器，必须为无线路由器设计方案可以与千兆以太网联接的插口 当今中国各企业推行的无线路由器和网络交换机等设备都给予千兆以太网路线接口卡，但端口号相对密度也不高，大部分是单端口号或双端口号，极少数可以给予四端口号或八端口号 为了更好地融入T比特犬道路上传输数据的要求，文中设计方案进行密度高的的十插口千兆以太网路线接口卡

　　2 网线端口功能设计

　　千兆以太网原来是当作一种交换技术设计方案的，选用光纤线做为上涨链接，用以房屋中间的联接，以后在云服务器的衔接和物联网平台中，千兆以太网得到了广泛运用

现阶段，千兆以太网早已快速发展成为了流行互联网技术，知名企业和中小企业在建设企业局域网络时都把千兆以太网技术性做为优先选择的快速互联网技术 千兆以太网技术性乃至已经替代ATM技术性，慢慢运用到传输网基本建设中

　　根据千兆以太网的发展趋势状况和较好的应用前景，当今世界各国研发各种各样核心路由器和性能卓越网络交换机的企业不会再能够满足于可以给予密度低(单插口、双插口等)千兆以太网路线接口卡控制模块，陆续发布或逐渐研发密度高的(四插口、八插口等)的路线接口卡控制模块，密度高的千兆以太网路线接口卡的科研已经变成一个网络热点

但各企业出自于技术性信息保密的考虑到，公布的密度高的千兆网卡路线接口卡的参考文献非常少 经剖析，十插口千兆以太网路线接口卡的制定关键具有下列三个难题：

　　1).多种多样数据文件的种类解决：文中探讨的十插口千兆网卡路线接口卡兼容IPv4、IPv6双tcp协议，必须完成三种二层协议书封裝文件格式的拆开与封裝解决、二种三层协议书的查询表解决和一种MPLS协议书的解决，在快速自然环境下完成多种多样协议书的妥善处理是一个难题;

　　2).帧重组成路加快作用的完成：必须完成以太网接口帧的资产重组、十插口数据信息合路生产调度与加快三种作用，这也是千兆网卡路线接口卡达到线束解决作用的重要;

　　3). 十插口数据信息合路生产调度作用的完成：必须科学研究一种具备优良扩展性和延迟特性的生产调度优化算法，完成快速自然环境下十插口数据信息合路生产调度的作用

　　从作用视角看来

以太网接口路线插口首要进行键入解决、輸出解决和服务器维护管理方法等三种作用 如图所示1所显示 键入解决：从千兆以太网上接受编码数据流，编解码修复变成以太网接口帧，再历经详细地址过虑、一致性校检、差错控制、IP地址查询表、MAC帧拆开、內部数据类型封裝等解决后赠给分享解决分系统或板级回收器解决(协议书包) 輸出解决：从端口号生产调度控制模块或板级回收器控制模块接受数据文件或协议书包，历经MAC帧封装，历经编码数据等解决后从恰当的插口发送至千兆以太网上 服务器维护管理方法：主要是接纳板级回收器的操纵指令，对键入归类表项、ARP表项隔壁邻居发觉表项开展维护保养，按时或依照板级回收器的指令将路线接口卡的特性统计数据向板级回收器汇报

　　

　　图1 千兆以太网路线接口卡作用平面图

　　3 硬件开发与完成

　　历经对十插口千兆以太网路线接口卡作用和性能测试方案开展用心剖析，依照作用清楚、插口简易、完成非常容易的标准，设计方案了其完成计划方案，并依照方案设计对千兆以太网路线接口卡开展了子控制模块区划，共分成光电转换子控制模块、MAC层解决子控制模块、键入解决子控制模块、輸出解决子控制模块、键入IP地址表子控制模块、輸出IP地址表子控制模块和协议书报文格式缓存文件子控制模块等七个子控制模块

千兆网卡路线接口卡各子控制模块和外界插口关联如图2所显示

　　

　　图 2 十插口千兆以太网路线接口卡控制模块框架图

　　在其中MAC层解决子控制模块是千兆网卡路线接口卡设计方案的关键，采用PMC-Sierra企业的PM3388集成ic为MAC层解决集成ic， PM3388集成ic是现在市場上唯一适用十插口的千兆以太网控制板，其作用特点以下：

　　十路千兆以太网控制板(与此同时进行PHY层和MAC层作用);

　　根据內部十个SERDES插口立即与光电转换控制模块相接

每一个SERDES插口兼容IEEE 802.3-2000 PMA(PhysICal Medium Attachment)物理层标准;

　　从互联网上接受8B/10B文件格式码率

进行数据信息立即钟修复;

　　每一个插口给予多播详细地址过虑及八个单播详细地址过虑;

　　给予规范的IEEE 802.3 以太网接口帧文件格式一致性检测

并具备过虑作用;

　　內部给予224K字节数接受FIFO和64K推送FIFO，可在十路插口上灵便配备;

　　给予SATURN规范的PL4(POS-PHY Level 4)规范16位LVDS系统总线插口，速度可达700Mbps;

　　给予规范IEEE 1149.1 JTAG测试端口;

　　给予微控制器插口;

　　给予路线侧环回和系统软件侧环回的体系级调节作用;

　　给予充足的配制及统计分析存储器

　　PM3388工作内容包含接受解决和推送解决两一部分

1.接受通道：PM3388从光电转换子控制模块接受串行通信差分信号电子信号 历经串/并变换、8B/10B编解码后 开展以太网接口帧一致性检测和详细地址过虑，

　　假如该以太网接口帧准确无误

则载入为该插口分派的PL4控制模块中的FIFO 不然丢掉 为了更好地灵活运用网络带宽，PL4插口把MAC帧区划为数据信息片(以64字节或MAC帧尾以前数据信息为一片)生产调度輸出，并选用带内操纵字的方式标示帧头、数据信息、帧尾、路线接口号、添充字节、空余操纵字等信息内容 接受安全通道还根据俩位的讯号标示接受设施的缓存文件情况(空、满、半满) 2.推送通道：推送安全通道的PL4插口与接受安全通道的工作模式同样，数据信息从PL4插口进到PM3388后，历经8B/10B编号 并/串转换等解决流程 以串行通信音频信号的方式輸出到光电转换子控制模块

　　为了更好地确保PL4插口做到十路1Gbps的速度，PM3388的参照数字时钟脚位接160MHz数字时钟晶振电路，I/O插口的取样数字时钟根据将该数字时钟内存超频得到320MHz数字时钟，I/O数据信息各自在数字时钟双沿取样，能够得到640Mbps的数据信息数率，总网络带宽达10.24Gbps，能够达到0网络丢包特性对网络带宽的规定

　　除此之外，键入解决FPGA是千兆以太网路线接口卡控制模块设计方案的要点之一，关键的功用是将各种各样规范的MAC帧数据类型变换为传输层统一的数据类型，为传输层解决屏蔽最底层物理学插口

　　键入解决FPGA选用Altera企业StraTIx GX系列产品的EP1SGX25F集成ic，该集成ic具备25660个思维模块，16个快速光端机安全通道，39个源同歩IO和数量为1944576比特犬的RAM，能够达到完成輸出解决作用对自然资源的规定

　　键入解决子控制模块首要进行键入解决和配备统计分析两大作用：第一、接受MAC层解决子控制模块推送回来的数据信息片，进行MAC帧资产重组和十路数据信息合路解决，再依据MAC帧封装的三层协议类型完成数据文件的种类解决，依照差异的处置规定把数据文件各自送B插口、F插口或是与此同时送2个插口

送到B口的数据文件历经MAC帧文件格式拆开和B口文件格式封裝后导出到分享控制模块，送到F口的信息历经数据信息总宽和时钟频率的转换后导出到协议书FIFO 第二、路线接口卡通电复位时，键入FPGA根据板级回收器获得本路线接口卡所属的声卡机架号和端口等信息内容，并把这种信息内容插进到送到分享解决控制模块的数据文件的B口文件格式字中 键入解决FPGA还需要完成很多的统计分析作用，统计分析项包含每一个插口接受到的总帧率、不正确帧率、丢掉帧率、IPv4单组播包数、IPv6单组播包数、MPLS单播包数、送到B口包数和送到协议书FIFO包等数，并依据指令把统计数据送到板级回收器

　　4 系统软件调节

　　FPGA的调节包含键入FPGA和輸出FPGA两一部分，关键查验FPGA的电焊焊接、数字时钟和系统软件下载等是不是恰当，调节方式是用VHDL撰写一个电子计数器的程序流程，用JTAG免费下载到FPGA中，运用SignalTap手机软件和显示灯检测FPGA是不是工作中一切正常

完成系统软件I/O解决作用的规模性VHDL程序流程的调节放到全部路线接口卡的调节中开展

　　PM3388集成ic是千兆网卡路线接口卡进行MAC层操纵作用的集成ic，其调节是全部千兆网卡路线接口卡调节的关键

PM3388集成ic的调节必须板级回收器手机软件、板级回收器、I/OFPGA和网络测试仪相互配合，调节內容先后为存储器配备、PL4系统软件侧环回、SERDES系统软件侧环回、SERDES路线侧环回、PL4路线侧环回

　　PM3388集成ic存储器配备的校准全过程为：最先往一个可读写能力存储器(挑选详细地址为0x6的存储器)中载入一个数，再读出较为是不是恰当，假如有误，根据SignalTap手机软件各自抓輸出FPGA与PM3388集成ic的微处理器插口的读写能力操纵数据信号，明确不正确是出现在写实际操作或是读实际操作上，清除不正确

单独存储器的配备调节经过后，再开展好几个存储器的持续配备，调节方式是配备PM3388进到不一样工作模式，根据查验情况存储器的值判定是不是配备取得成功，假如失败，查验邻近存储器的硬件配置是不是发生了影响，根据SIGNALTAP手机软件查询逻辑性和时钟频率难题 再加以解决

　　而PL4系统侧环回主要是因为认证輸出FPGA与PM3388的键入PL4插口、键入FPGA与PM3388的輸出PL4插口是不是一切正常，调节方式是应用板级回收器向輸出解决FPGA推送协议书包，輸出解决FPGA再把该数据文件发送至PM3388的PL4插口的接受侧，接受侧把该数据文件环返回PL4插口的推送侧，从推送侧发送至键入解决FPGA，最终该数据文件被板级回收器读回家开展较为

调节中产生的问题能够根据PM3388內部的统计分析存储器和SIGNALTAP手机软件实现精准定位，再采取有效的方法清除不正确;

　　5 汇总

　　文中的创新点取决于选用适宜的设计和调试方案，完成了十插口千兆网卡路线接口卡的制定与完成，研发的千兆网卡路线接口卡彻底达到了T比特犬无线路由器新项目对十插口千兆网卡路线接口卡设计方案的作用与特性规定

选用FPGA设计方案并建立了十插口千兆以太网路线接口卡设计方案与完成中的帧资产重组与加快作用，可以保证高些的网络带宽，具备更强的提速特性

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