高速Infiniband接口研究与实现

发布时间：2017-11-01 18:17

  本文关键词：高速Infiniband接口研究与实现

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【摘要】：伴随着新一代无线通信系统的研究的深入,基站网络可能出现从传统分布式运算向集中式运算发展。通信网络将面临大数据量,高带宽,低延迟的挑战。传统的互联协议由于其本身的限制已经难以满足日益增长的需求。Infiniband是克服带宽与延迟瓶颈的关键技术。其具有低延迟的通道技术,低开销的通信方式,高可靠的通信特性,这些优势使得Infiniband成为目前受到关注的下一代通信系统的接口技术之一。本文在新一代移动通信系统基站网络的需求背景下,深入研究了IB接口的工作和控制原理,主要研究内容包括:(1)Infiniband协议架构分析,了解其发展概况,协议优势,具体的工作层次分配。(2)HCA的控制机制,包括其命令配置接口机制,通信控制机制,进行了深入的分析和讨论。(3)基于FPGA的IB接口控制器的实现思路,包括其优化的启动序列,自定义参数生成等。在此基础上地构建了一种Infiniband接口系统,该系统由FPGA,HCA设备组成,系统的一侧由HCA连接着Infiniband子网,另一侧为用于缓存通信数据的FPGA板载内存。其工作方式主要是通过构建FPGA内部的控制器对HCA进行初始化,配置和控制。控制器包含AXI4总线模块,HCA控制模块,Queue_buffer模块,ICM模块等,以达到使用Infiniband技术将数据处理中心和分布的基站互联起来的构想。本文在设计过程中使用了规划初始化启动图案,自定义命令编码,多级状态机控制,通信业务调度与中断等多种优化方式从FPGA实现的角度对Infiniband协议架构的部分内容进行了设计实现,然后分别从模块的角度与Vivado集成环境中将功能进行了验证,最后分析了布局布线后的资源消耗报告,时序分析报告。本文的仿真结果表明该系统的各项功能达到了预期目标,时序分析报告表明接口控制器在使用256bit数据总线带宽时,能运行在250MHz时钟频率下,满足40Gb/s级别HCA的吞吐量的需求。整个系统成为一个可用于本文背景下的Infiniband接口。
【关键词】：Infiniband 主机通道适配器 接口控制器 初始化 通信调度
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 缩略词表14-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究背景15-16
• 1.2 Infiniband研究现状16-18
• 1.3 课题目标及意义18-19
• 1.4 本论文内容安排19-21
• 第二章 协议与机制分析21-34
• 2.1 Infiniband协议分析21-24
• 2.2 Infiniband通信机制分析24-27
• 2.2.1 Queue的模型24-25
• 2.2.2 地址转换机制25-26
• 2.2.3 RDMA操作26-27
• 2.3 HCA控制机制分析27-29
• 2.4 初始化控制机制29-31
• 2.4.1 HCR的交互规则30-31
• 2.4.2 HCR的Mailbox机制31
• 2.5 通信控制机制31-33
• 2.5.1 Doorbell机制31-32
• 2.5.2 UAR的交互规则32-33
• 2.6 本章小节33-34
• 第三章 接口控制器架构设计34-43
• 3.1 接口系统规划分析34-35
• 3.2 基于AXI4总线结构的接口控制器设计35-38
• 3.3 地址与Queue分配38-42
• 3.3.1 Queue分配38-39
• 3.3.2 地址分配39-42
• 3.4 本章小节42-43
• 第四章 模块详细设计及验证43-75
• 4.1 HCA_Controller模块43-65
• 4.1.1 控制器的总状态机44-45
• 4.1.2 顶层控制模块45-53
• 4.1.3 命令接口处理模块53-57
• 4.1.4 通信控制调度模块57-64
• 4.1.5 总线接口模块64-65
• 4.2 Queue_Buffer模块65-68
• 4.2.1 设计概览65
• 4.2.2 QP处理模块65-67
• 4.2.3 Eq处理模块67-68
• 4.2.4 CQ处理模块68
• 4.3 关键模块的仿真验证68-73
• 4.3.1 功能仿真基础68
• 4.3.2 顶层控制模块仿真68-71
• 4.3.3 命令接口处理仿真71-73
• 4.3.4 通信控制调度模块仿真73
• 4.4 本章小节73-75
• 第五章 接口控制器集成及验证75-87
• 5.1 系统集成基础75
• 5.2 控制器集成验证方案75-76
• 5.3 HCA配置数据流验证76-79
• 5.3.1 配置数据流的概念76-77
• 5.3.2 HCA配置数据流仿真结果77-79
• 5.4 HCA控制字数据流验证79-81
• 5.4.1 控制字数据流的概念79-80
• 5.4.2 HCA控制数据流仿真结果80-81
• 5.5 HCA通信数据流验证81-85
• 5.5.1 通信数据流概念81-82
• 5.5.2 HCA通信功能仿真结果82-85
• 5.6 资源消耗与时序分析85-86
• 5.7 本章小结86-87
• 第六章 结语87-89
• 6.1 本文工作总结87
• 6.2 未来展望87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-92

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本文编号：1127970