基于PCIE接口的网卡硬件设计

发布时间：2020-04-21 21:27

【摘要】：随着信息时代的到来,高吞吐量的网络被广泛应用于社会生活、科研工作等各个方面。使用传统网卡收发信息,CPU占有率较高,甚至高达100%,导致系统无法进行其它方面的工作。而且传统的网卡目前普遍采用的是ISA、PCI、PCIX总线接口。总线虽结构简单、成本低、设计简单,但并行总线无法连接更多的设备,当连接多个设备时,总线有效带宽将大幅降低,传输速率变慢;而且频率过高,线间干扰将影响系统的正常工作。目前推出的PCI E总线是一种新型串行点对点I/O总线体系,使用的是双单工、点对点技术,总线数量明显减少,而且采用差分传输方式,使得线间干扰大大降低,速率高可达5.0Gb/s。使用该总线的网卡能适应更高速度、更高带宽网络的需要。本论文详细介绍了网卡的发展、网卡的原理和功能,将网络处理器XLS408与智能化的硬件模块(PCI E总线模块、温度模块、电源模块以及冗余FLASH加载模块等)相结合,设计出PCI E总线千兆网卡。在网卡的硬件设计中,对不同的单元模块提出了多种方案的对比,论述了各自方案的优劣,同时讨论了提高系统信号完整性的阻抗匹配与电源同步管理等关键技术。所设计的网卡通过实际运行,验证其硬件电路具有以下特点: 1.高性能、高密度的XLS408网络处理器,其内置硬件加解密加速器(安全引擎)、压缩解压加速器(压缩引擎)、硬件网络加速器等,增强了系统的安全性能,提高了网卡对数据的处理能力。 2.FLASH加载采用冗余设计思想,增强了系统的可靠性。 3.阻抗匹配技术以及大量的使用电容、电感和磁珠大大提高了系统的信号完整性。 4.电源模块同步工作方式大大减少电源产生的EMI干扰。 5.具有片上温度报警系统,当温度超过限定值,网卡会自动减小业务量或停止工作等,从而使网卡具有过温保护功能。 6.采用PCI E差分串行总线传输,既防止总线之间的串扰,同时又提高了传输速度,而且其供电电压低,降低了功耗。 7.网卡配合不同的版本软件可以支持零拷贝功能、TOE功能等,大大减低了主板CPU的占有率。
【图文】：

网卡,产品图

2(a) ISA接口网卡 (b) PCI接口网卡 (c) PCI E接口网卡图1.1 不同接口的网卡产品图因此，随着采样数据量的增大及信息处理任务的增加,对数据传送的要求也越来越高。如果没有能够实现高速传送数据的接口,极易在数据传送时造成瓶颈堵塞现象,从而影响整个系统对数据的处理能力。为保证数据的实时、可靠传输,设计了一个PCI E总线接口功能齐全的1000M自适应[3]网卡。1.2 网卡发展方向目前，以太网卡有10M、100M、10M/100M及千兆网卡。对于大数据量网络来说，服务器应该采用千兆以太网卡，这种网卡多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。而10M、100M、10M/100M网卡则属于人们经常购买且常用的网络设备，这三种产品的价格相差不大。所谓10M/100M自适应是指网卡可以与远端网络设备（集线器或交换机）自动协商，确定当前的可用速率是10M还是100M。对于通常的文件共享已经足够了，但对于将来可能的语音和视频等应用来说，100M网卡将更利于实时应用的传输。鉴于10M网卡技术已经拥有的基础（如以前集线器或交换机等）

组成框图,网络接口

图3.2 XLS408组成框图3.网络接口方面支持8个GE网口以及1个RGMII接口（使用RGMII接口时，，会有一个SGMII接口多余）。4.2个USB2.0的USB口，可工作在HOST或DEVICE模式。5.2个I2C接口。6.2个UART口。7.可工作在end point和root complex两种模式下的PCI E接口，芯片一共有4条PCI E链路，可以配置为1个4X、或2个2X接口、或2个1X接口。3.2.2 XLS408处理器总线信号由图3.2所示，XLS408具有DDR2、SGMII、RGMII、I2C、USB、UART、用于I/O和ROM的Local bus、PCI E等。而用于XLS408处理器与其他电路的接口信号只使用了网络接口SGMII、DDR2、I2C、UART、用于I/O和ROM的Local bus、PCI E等。下面只对使用的信号作详细说明。(a) SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface )接口
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP334.7

【引证文献】