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碎碎思 · 2022年09月05日 · 北京市

为你的FPGA设计加加速,NIC、Router、Switch任意实现

副标题:优秀的IC/FPGA开源项目(二)-NetFPGA

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《优秀的IC/FPGA开源项目》是新开的系列,旨在介绍单一项目,会比《优秀的 Verilog/FPGA开源项目》内容介绍更加详细,包括但不限于综合、上板测试等。两者相辅相成,互补互充~

这几年DPU的概念越来越火,有和CPU、GPU并驾齐驱的势头,通俗的讲DPU分担的工作为虚拟化、网络、存储以及安全。

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从上面的工作可以看出DPU的核心是:网络。所以我们今天讲一个未来的发展核心之一:用FPGA实现NIC(network interface controller,网络接口控制器),从该项目出发可以实现数据可控制化,进而实现DPU功能。

当然,本项目的基本就是一个NIC、router、switch等子项目的集合,可以看做目前ASIC-Intel 82580、BCM8724、BCM5396的功能的FPGA实现。

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基于Intel 82580网卡

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BCM8724特点

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BCM5396内部架构图

今天项目的核心项目地址如下:

https://github.com/NetFPGA

www.netfpga.org

这个项目已经发展了很多年了,从V5 FPGA到现在V7 FPGA,从官方板卡到各种自制板卡,应有尽有。

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netfpga官方V7 板卡

核心的架构都可以在上面的板卡上实现。

整个项目包括如下几个平台的子项目:

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上面的项目是根据不同板卡实现的功能类似的项目。

接下来我们以AMD Xilinx VC709位核心,简单说明一下怎么移植NetFPGA到我们的板卡上,本次实现的参考项目为NetFPGA-SUME(架构类似)。

NetFPGA移植

开发环境:

  • win10+Ubuntu虚拟机
  • vivado 2016.4

第一步在下面链接下载源码:

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

可以使用下面命令:

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

PS:是不是觉得奇怪,为啥不是官方源码?这是因为官方库是私有库,需要通过官网申请,上面链接应该源开发者上传的,能使用。

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

主要修改一些路径,方便调用工具,主要修改SUME\_FOLDER(库的路径)、XILINX\_PATH(vivado的安装路径)、NF\_PROJECT\_NAME(测试的demo,可选nic,route,swich)

进入$SUME_FOLDER(库的路径)执行:

make

如果使用上面的版本vivado,应该不会出什么问题,其他版本需要修改tcl里的IP版本(出错命令行会详细提示问题,按照提示修改即可,但是IP间的差异会导致综合失败,建议先按照源vivado版本编译,后续GUI界面再修改)。

上面步骤时间较久,根据电脑性能需要一个小时左右。

第三步进入Reference_nic目录再次执行下面命令:

make

就会生成reference_nic.bit

PS:SDK部分官方提供了源码,可以自己新建SDK工程,把源码拷贝进去也是可以的。

第四步固化文件到FPGA。

第五步就是将板卡插到测试主板上,在主板主控上加载驱动。

第六步加载驱动(驱动源文件在),在主控系统下进入DRIVER_FOLDER目录下,执行

make all

make make install

修改驱动文件权限。

接下来:

lcpsi -vxx | grep Xilinx

查找系统有没有找到PCIe设备,正常会出现下面:

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注意ID:7028 0007,如果不是证明FPGA下载的文件有问题。

载入sume_riffa模块

modprobe sume_riffa

查看有没有加载成功

lsmod 

查看有没有识别到网卡:

ifconfig -a

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接下来就按照自己需求进行测试了。

最后总结一下这个架构:

sume_riffa的这个nic架构PCIe部分使用了基于Scatter-Gather DMA的riffa PCIe开源模块,其他IP基本都是xilinx官方IP,使用AXI-stream和AXI-lite的比较广泛的架构,值得学习。

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总结

今天的项目简单优化后基本就可以应用到项目里了,开头说的可能比较“绕”,简单说就是如果你想用FPGA实现网络相关的功能(包括但不局限于NIC、Route、Swich、OSNT等),那么你就可以到这个项目里找一个相接近的子项目移植即可,这样这个项目的功能就清晰明了了。

最后说一下,项目整体移植非常非常简单,几天时间就能让你快速实现一个网络相关项目的功能验证,同时这个该项目的架构也是比较先进的,也是值得学习的。还想什么?动手干吧~

最后,还是感谢各个大佬开源的项目,让我们受益匪浅。后面如果大家想要分享什么项目,可以在后台留言或者加微信留言,沟通转载事宜。今天就到这,我是爆肝的碎碎思,期待下期文章与你相见。

原文:OpenFPGA
作者:碎碎思

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