基于NetFPGA的模块化硬件路由器实现

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基于NetFPGA10G的网络组件存储功能设计与实现

Design and Implementation of Storage of Network Component Based on NetFPGA10G 作者：张硕琳罗洪斌
作者机构：北京交通大学下一代互联网互联设备国家工程实验室,北京100044
出版物刊名：电信科学
页码： 18-22页
年卷期： 2014年第9期
主题词：下一代互联网网络组件存储功能 NetFPGAl0G
摘要：以内容为中心的下一代互联网体系结构是目前的研究热点。

其网络组件需要同时具备基本转发功能和内容存储功能。

在NetFPGA10G硬件平台上,设计并实现了具有存储功能的网
络组件,可以同时进行数据转发和内容存储,提高了网络资源的利用率。

netfpga最新介绍学习资料

从初次接触到熟练应用
杨卫 zeweiyang@
/
内容
• 初识初识NetFPGA
– 目标设计平台 – 开发系统搭建
• 近观近观NetFPGA
– 浅出Router架构 – 深入Router软硬件 – Demo1: Reference Router
– 数据字有效
data信号信号
NetFPGA
output_port_lookup外部接口
• To gain a competitive edge • To upgrade a design • To achieve greater margin • To reduce design time and effort
• 再会再会NetFPGA
– – – – 开发实践之路丰富的Projects 皆可NetFPGA Demo 2: 流量检测
NetFPGA2.1开发板
• To gain a competitive edge To upgrade a design To achieve greater margin To reduce design time and effort
• •
NetFPGA
统一的外部接口和内部结构模块化设计思路
Module间的单向操作
•
• To gain a competitive – 请求数据 edge
•
rdy信号信号
• To upgrade a design – 64bits数据字 • To achieve greater • ctrl信号信号 margin – 8bits标记 • To reduce design time • wr信号信号 and effort
NetFPGA

基于NetFPGA的可编程路由器数据平面的设计与实现的开题报告

基于NetFPGA的可编程路由器数据平面的设计与实现的开题报告一、选题背景网络通信已经成为现代社会必不可少的一部分。

但是，随着数字化、信息化的快速发展，网络技术的要求也越来越高，需要提高网络吞吐量及处理效率，降低网络延迟，提高路由稳定性等等。

因此，基于NetFPGA的可编程路由器数据平面的设计与实现显得尤为重要。

NetFPGA可编程路由器平台将会拥有诸多优势，具有高性能、低延迟、高灵活性、可扩展性等特点，可以将硬件性能与软件灵活性合并起来，实现高效的数据包处理。

二、研究意义1. 促进网络流量的高效传输网络流量量的不断增加给网络性能和数据平面设计带来了巨大挑战，而 NetFPGA 可编程路由器可以运用嵌入式处理器与 FPGA 等硬件实现硬件与软件，从而能够更高效地过滤、转发、去重、分类、计算等数据包处理。

2. 提高路由器的灵活性和可扩展性NetFPGA可编程路由器具有高度的可编程性和可扩展性，能够通过修改软件代码和硬件架构以适应不同的网络场景。

这使得路由器可以更容易地适应不同的流量模式和应用场景。

3. 促进网络性能的研究和开发通过基于NetFPGA的可编程路由器的研发，能够探索和验证新型的数据平面技术和算法，为网络性能的进一步提升提供技术支持和解决方案。

三、研究内容本文的研究内容主要包括以下几个方面：1. NetFPGA可编程路由器架构设计分析NetFPGA平台的硬件和软件特点，设计支持高性能数据包处理的可编程路由器硬件架构。

2. 数据平面算法设计通过深入分析现有数据平面算法和降低延迟算法，并结合NetFPGA 平台的特点，设计可适用于NetFPGA可编程路由器的高效数据包处理算法。

3. 算法实现及优化将设计好的算法在NetFPGA平台上进行实现，并进行优化，以达到更高的处理速度和更稳定的路由器工作。

4. 性能测试与对比分析通过对设计的NetFPGA可编程路由器进行性能测试和与现有商用路由器的对比分析，验证设计的优越性，并为路由器的进一步完善提供参考。

毕业设计中期检查安排

第一组：杜晓松（组长）、王涛、袁凯时间：5月7日（周五）上午9:00 地点：二教508教室人员：第二组：谢光忠（组长）、许向东、顾德恩时间：5月6日（周四）上午9:00地点：二教503教室人员：第三组：黄子强（组长）、钟建、徐林时间：5月6日（周四）上午8:30 地点：二教501教室人员：第四组：林祖伦（组长）、蒋泉、曹贵川时间：5月5日（周三）下午2:30地点：二教501教室人员：第五组：陈文彬（组长）、李军建、张磊时间：5月7日（周五）下午2:30地点：二教504教室人员：第六组：祁康成（组长）、蒋向东、陶斯禄时间：5月7日（周五）下午2:30地点：二教408教室人员：第七组：叶玉堂（组长）、杨春平、雍杨时间：5月11日（周二）下午2:40地点：逸夫楼535室人员：第八组：彭真明（组长）、吴云峰、董洪舟时间：5月6日（周四）下午2:30地点：二教504教室人员：第九组：张晓霞（组长）、岳慧敏、陈德军时间：5月7日（周五）下午2:30地点：二教403教室人员：第十组：李和平（组长）、唐雄贵、代志勇时间：5月7日（周五）上午8:30地点：二教107人员：第十一组：刘爽（组长）、李剑峰、李琨时间：5月6日（周四）下午2:30地点：二教501教室人员：第十二组：廖进昆（组长）、张尚剑、张艳时间：5月5日（周三）下午2:30地点：光电楼409会议室人员：第十三组：张义德（组长）、杨洪平、漆强时间：5月6日（周四）上午8:30地点：二教504教室人员：第十四组：周鹰（组长）、杨立峰、高原时间：5月7日（周五）上午8：30地点：二教203教室人员：第十五组：严高师（组长）、唐普英、何其锐时间：5月6日（周四）下午2:30地点：二教108教室人员：第十六组：补世荣（组长）、张天良、宁俊松时间：5月5日（周三）上午8:30地点：二教403教室人员：。

一种基于嵌入式系统和Internet的FPGA动态配置方案

一种基于嵌入式系统和Internet的FPGA动态配置方案在现今的数字系统设计中，以“微控制器+”为核心的体系结构因其强大的处理能力和灵便的工作方式而被广泛采纳。

嵌入式微控制器的优势在于将微处理器内核与丰盛多样的外围接口设备紧密结合，在提供强大的运算、控制功能的同时，降低了系统成本和功耗，因而适合作为数字系统的控制核心；FPGA的优势在于超高速、丰盛的规律资源以及用户可灵便配置的规律功能，适用于规律接口功能多种多样、灵便可变的场合。

将二者结合形成优势互补，如有需要，再配以适当的专用芯片（例如音视频编、数字调制解调器等）。

这种体系结构适用于大多数复杂数字系统的设计。

如系统中包含可编程器件，就必需考虑其功能配置的问题。

然而，传统的FPGA配置计划（例如调试阶段的专用下载电费方式、成品阶段的专用存储器方式）在成本、效率、灵便性等方面都存在着显然的不足。

针对这样的实际问题，基于嵌入式微控制器与FPGA广泛共存于复杂数字系统的背景，考虑到大量数字系统要求接入internet的现状，借鉴软件“一机多能”的思想，提出了一种基于嵌入式系统和Internet的FPGA动态配置计划。

该计划的提出，旨在基于系统现有的、通用的软硬件资源，尽可能地提高FPGA配置的效率和灵便性。

实践证实，该计划可行、有用，达到了设计目的。

1 FPGA配置的期基本问题及现有的解决计划为轮述便利，将基于SRAM工艺的FPGA的配置流程用图1所示的模型表示。

从图1中可以看到，FPGA的配置过程实质上是两次数据的传输过程（分离由配置数据源到时序控制器和时序控制器到目标FPGA）。

因此，将这两次关键的数据传输作为FPGA配置的两个基本问题，并在下文中针对不同的传输方式研究各自的优缺点，从而寻求合理的解决计划。

第1页共5页。

基于FPGA的神经网络硬件实现

基于FPGA的神经网络硬件实现随着和深度学习领域的快速发展，神经网络的规模和复杂性不断增加，对计算能力和效率的要求也越来越高。

传统的基于CPU和GPU的实现方式虽然可以实现大规模神经网络的训练和推理，但是存在着计算资源利用率低、功耗高等问题。

FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有高度的灵活性和并行计算能力，可以被用来实现神经网络硬件加速器。

本文将介绍基于FPGA的神经网络硬件实现的相关技术和应用。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可以通过编程来配置其硬件资源的集成电路。

它由大量的可编程逻辑块和可编程互连资源组成，可以用来实现各种数字电路和算法。

与传统的ASIC和GPU相比，FPGA具有以下优点：可编程性：FPGA可以通过编程来配置其硬件资源，实现不同的算法和电路。

并行计算：FPGA由大量的可编程逻辑块和可编程互连资源组成，可以实现并行计算。

灵活性：FPGA不仅可以用来实现数字电路和算法，还可以用来实现模拟电路和信号处理算法。

低功耗：FPGA的功耗比CPU和GPU低得多，可以提高设备的续航能力和可靠性。

基于FPGA的神经网络硬件实现主要可以分为以下几个步骤：算法设计：根据实际应用需求，设计和实现神经网络模型，确定网络结构和参数。

数据流图设计：将神经网络模型转化为硬件可实现的数据流图，确定每个计算单元的计算方式和数据传输方式。

硬件描述语言编程：使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写程序，将数据流图转化为硬件电路。

硬件仿真与验证：使用仿真工具对硬件电路进行仿真测试，验证其正确性和性能是否达到预期。

硬件实现：将硬件电路加载到FPGA上，进行实际测试和性能优化。

基于FPGA的神经网络硬件加速器可以广泛应用于各种领域，如图像处理、语音识别、自然语言处理等。

以下是一个图像处理领域的应用案例：神经网络模型：YOLO（You Only Look Once）算法数据流图设计：将YOLO算法的卷积层、激活层和全连接层等计算单元转化为硬件可实现的数据流图。

基于FPGA的星内高速路由实现方案

基于FPGA的星内高速路由实现方案王翠莲;李寅;周东;吴伟【摘要】针对星内各载荷设备数据交互速率快、接口复杂的现状,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速路由实现方案,解决了星内路由设计中矩阵交换、路由查找、同步动态随机访问存储器(SDRAM)仲裁访问控制、可靠性设计等多个关键问题;该路由方案采用模块化设计,具有便于集成和扩展的特点,可用于控制局域网络(CAN)总线、通用异步收发传输器(UART)、低电压差分信号(LVDS)等多种标准接口的载荷设备构建通信网络;同时,文章给出了该方案在工程中的具体实施和试验验证情况,可为航天器星内和星间路由设计提供参考.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)003【总页数】5页(P164-167,172)【关键词】路由查找;高速;矩阵交换;SDRAM【作者】王翠莲;李寅;周东;吴伟【作者单位】北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;航天东方红卫星有限公司,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V4460 引言随着卫星通信技术的发展，空间探测器载荷设备种类的增多，实时生成的探测数据数量越来越大，传输速率越来越快，数据传输协议也日趋复杂。

因此需要设计星内高速路由转发器，完成各星内载荷设备数据的实时转发。

在传统的航天器设计中，一般由星载数据管理软件实现各载荷数据的协议处理、数据转换、路由转发等功能。

在数据交互速率快，传输协议复杂的情况下，软件实现复杂度大幅提升；此外，星载数据管理软件可用资源有限，在处理能力接近极限时，可靠性显著下降。

文献[1]中提到的星内路由框架采用分层设计，将协议处理、数据转换和路由转发等功能分开处理。

数据路由功能由底层的独立模块完成，无需考虑数据帧协议、类型等信息，实现数据帧的透明转发。

星内载荷设备交互数据内容包括科学观测与工程参数、遥控命令、遥测数据、软件重配置数据等，峰值数据吞吐量不小于1 Gbps。

FPGA的模块化设计方法

板式家具模块化设计的技术要求包括材料选择、部件精度和组装工艺等方面。首先，材料选择是关键，需要考虑材料的环保性、耐用性、加工性能和经济性等因素。其次，部件精度是保证家具质量的基础，各个模块之间的配合精度需要进行严格控制。最后，组装工艺也是至关重要的，合理的组装工艺可以提高家具的稳定性、可靠性和使用寿命。
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2、制定测试计划
为了确保FPGA模块化设计的正确性和可靠性，需要制定全面的测试计划。测试计划应包括单元测试、集成测试以及系统测试等不同级别。在测试过程中，需要记录测试结果，对于不合格的模块需要进行改进和优化。
3、反复调试和改进
在完成详细设计和测试计划后，需要进行反复调试和改进。通过不断的调试和改进，可以使模块的性能和整个系统的可靠性得到提高。在调试过程中，应模块之间的接口和数据传输问题，以确保模块之间的协调工作。
5、参数调整和代码优化
对于每个选用的模块，需要根据具体的应用场景进行参数调整和代码优化。通过调整参数和优化代码，可以提高模块的性能和可靠性，使其更加适应实际应用需求。
开发流程
1、详细设计流程
在确定FPGA的模块化设计方案后，需要进行详细设计。首先，要针对每个模块进行详细设计，包括功能定义、接口设计、数据流分析等。然后，需要将各个模块集成到整个系统中，进行系统级别的测试和调试。最后，进行整体优化，确保整个系统的性能达到最佳。
3、未来发展前景的展望
在未来，FPGA的模块化设计发展前景广阔。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，FPGA的模块化设计将更加普及，同时将更加注重设计的效率和性能的提高。另外随着等新技术的不断发展预计FPGA的模块化设计将成为一种新的设计思路与方向在、物联网、5G等领域得到广泛应用。同时随着硬件加速器的不断发展预计FPGA的模块化设计将加速推动硬件加速器的普及和应用从而为相关领域的发展带来更加广阔的前景。

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由器。本文中用Ｃｉｌｋ软件转发与硬件转发进行性能比较。ｃＮｔＰＡ是一种由美国斯坦福大学开发的低成本、ｅＧＦ可重用
硬件转发层面是一个ＰＩＣ板卡。其包含２个ＦＧ１核ＰＡ（个
心时钟频率为１５ＭＨ，２ｚ基于用户自定义的逻辑来编程的Ｖｒｉ・ｔｘＩＰｏ０ＦＧ１个用来实现连接主机ＣＵ的ＰＩ口控制ｅ．ｒ５ＰＡ；ＩＰＣ接逻辑的ＸｌｘＳａｔｉｎｐｒｎ的小型ＦＧ；ｉａＰＡ）４个作为ＦＧＰＡ软核的千
的硬件平台。其设计目标是开发出模块化程度高、开放性强、可重构的网络处理器，最大限度地减少网络研究的任务量。它的模
块化设计理念，允许网络研究者在ＮｔＰＡ平台上设计实现千ｅＧＦ
兆位以太网ＭＡＣ控制器；内存由２个与ＦＧＰＡ核心逻辑同步运
不可改变，一般只用于小型网络。目前，大部分路由器都采用模
块化结构进行研究设计。
图ｌＮｔＰＡ平台框架ｅＦＧ
Ｃｉ标是开发出具有高效性和灵活性，易于配置与管理的软件路
ＨｎｉｉｇＱｎＹｊａＺｏａｈｎｏｇＹｑｎｉａｕｎｈｕＨｕｃｕ
（ｃｏｌｆＥｅｔｎｎｆｒａｉｎｉｅｉＢｌｇＪｏｏｇｌＳｈｏｏｌｒｉａｄＩｏｍｔｎＥｇｎｒｇ，ｅｉｉｔｃｏｃｎｏｅｎｌｎａｎ
图１示。所
０引言
从结构上分，由器可分为模块化结构与非模块化结构。路
模块化路由器的接口类型及扩展功能可以根据用户的实际需求来配置，以适应用户在不同应用环境下扩容的需求和业务的发展，用于大型网络；适非模块化结构只能提供固定的接口，功能
ａｐｉａｉｎ．ＩｈｓｐｐｒｔｅａｔｏｓｄｓｒｅｉｅｍｌａｍｅｈｄｔｍｐｅｎｄｌａｄａｅｒｕｅｎＮｅＦＧＡｐａｆｒ，ｄｓｎａｄｐｌｔｓｎｔｉａｅｕｈｒｅｃｂｎｄｔｔｏｏｉｌｍｅｔｍｏｕａｈｒｗｒｏｔｒｏｔＰｌｔｍｃｏｈｉｒｏｅｉｎｇｃｔｕｅｅｆｅｐｒｍｅｔｏｖｌａｅｉｒｒｉｇｆｎｔｎａｄｐｒｏａｃｅｔｇａａｙｉ．Ｅｐｒｎｅｕｓｐｏｅｔｅｃｒｅｔｅｓａｔｏｔｓｒｓｏｘｅｉｎｓｔａｉｔｔｆｗａｄｎｕｃｉｎｅｒｎｅｔｓｉｎｌｓｓｘｅｍｅｔｓｈｒｖｈｏｒｃｎｓｙａｉｄｓｏｏｆｍｎｉｒａｄｆａｉｉｔｆｓｃｐｒａｈ，ｔｕｎｉａｅａｎｗａｍｐｅｎｉｇｔｅｍｏｕａａｄｒｏｔｒｎｅｓｂｌｙｏｕｈａｐｏｃｉｈｓｉｄｃｔｅｗｙｔｉｌｍｅｔｈｄｌｈｒｗａｅｒｕｅ．ｏｎｒＫｅｗｏｄｙｒｓＮｅＦＧＡＭｏｕａｏｔｒＲｅｏｓｒｃｉｎｂｅＰｒｏｍａｃｅｔｇｔＰｄｌｒｕｅｒｅｎｔｕｔａｌｅｒｎｅｔｓｉｏｆｎ
Ａｂｔａｔｓｒｃ
，ｅｇ１０４，ｈｎ）Ｂｉｎ００４Ｃｉａ
ＮｅＦＧｉａｒｕａｌ，ｈｓｌｄｌｒａｄｏｅａｄｒｅｐａｆｒｔＰＡｓｅｓｂｅｉｈｙｍｏｕａｎｐｎｈｗａｌｔｍ．Ｉｍｅｔｖｒｕｅｎｄｆａｖｒｅｙｏｅｗｏｋｒｏｔｅｓａｉｓｄｍａｓｏａｉｔｆｎｔｒｏ
第２８卷第８期
２１０１年８月
计算机应用与软件
ＣｍｐｔｒＡｐｌａｉｎｎｏｔｒｏｕｅｐｉｔｓａｄＳｆｃｏｗａｅ
Ｖ０．１２８Ｎｏ．８
Ａｕｇ２１．０１
基于ＮｅＦＧＡ的模块化硬件路由器实现ｔＰ
测试分析。实验结果验证了该方法的正确性及可行性，为模块化硬件路由器的实现提供了一种新的方法。
关键词ＮｔＰＡ模块化路由器ｅＧＦ可重构性能测试
中图分类号
Ｔ３４Ｐ３
文献标识码
Ａ
ＮＥＴＦＰＧＡ－ＢＡＳＥＤＯＤＵＬＡＲＭＨＡＲＤＷＡＲＥＲｏＵＴＥＲＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＩｏＮ
洪毅清秦雅娟周华春
（北京交通大学电子信息工程学院北京１０４）００４
摘要
ＮｔＰＡ是一种可重用的、ｅＧＦ模块化程度高的开放性硬件平台，以根据需要实现多种网络应用。详细介绍在ＮｔＰＡ可ｅＦＧ
平台上，用硬件实现模块化路由器的方法，实施了一系列实验对ＮｔＧ使设计ｅＰＡ硬件路由器进行转发功能的验证以及路由性能的Ｆ