4. Cấu trúc nội dung của luận án
1.6.3. Công nghệ NetFPGA
Nền tảng NetFPGA [38] cho phép các nhà nghiên cứu xây dựng nguyên mẫu của những hệ thống mạng tốc độ cao, được tăng tốc bằng phần cứng một cách nhanh chóng. Nền tảng này giúp cho các nhà nghiên cứu xây dựng những chuyển mạch Ethernet và các bộ định tuyến IP trên phần cứng thay vì trên phần mềm, có thể sử dụng NetFPGA để thử nghiệm các dịch vụ mạng tiên tiến phục vụ cho các mạng thế hệ tiếp theo.
Hình 1.8. Nền tảng NetFPGA
NetFPGA là một nền tảng mở đối với tất cả các nhà phát triển trên toàn thế giới. Các thiết kế tham khảo bao gồm: Bộ định tuyến IPv4, chuyển mạch Ethernet, NIC 4 cổng, vv và liên tục được cập nhật bởi các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng các thiết kế sẵn có này để xây dựng nên những hệ thống xử lý lưu lượng mạng mới. Mỗi kit NetFPGA có thể xử lý lưu lượng thông qua bốn 4 cổng và nhiều kit có thể cắm trên cùng một máy tính. Trong Mục 1.5.4, bộ chuyển mạch OpenFlow được xây dựng trên nền tảng NetFPGA (Hình 1.8).
Nền tảng NetFPGA bao gồm ba thành phần chính: phần cứng, gateware, phần mềm.
19
Xilinx VirtexTM-II pro 50
4x1 Gbps Ethernet ports sử dụng lõi MAC mềm
4.5 MB SRAM
64 MB DDR2
Một chip FPGA Spartan II dùng để làm khối điều khiển (Control Logic) cho giao tiếp giữa Kit NetFPGA với máy tính thông qua bus PCI. Sơ đồ khối chi tiết các khối phần cứng cũng như cách sắp xếp của chúng trong kit NetFPGA được minh họa trên Hình 1.9.
Hình 1.9. Sơ đồ khối chi tiết các thành phần trong kit NetFPGA
Gateware: là mã nguồn Verilog để tạo ra khối phần cứng trên chip FPGA VirtexTM- II pro. Các thiết kế trên nền tảng NetFPGA được thiết kế theo từng mức với chức năng nhiệm vụ khác nhau như trên Hình 1.10. Trong đó bao gồm:
nf2_top là mức cao nhất chứa các tín hiệu đầu vào, đầu ra nối các thiết bị ngoại vi bên ngoài như thạch anh, cổng mạng, vv.
nf2_core chứa các thành phần quan trọng cần có với mọi dự án làm việc với
NetFPGA như các hàng đợi, bộ điều khiển thanh ghi cpci, vv.
User data path là một thành phần trong nf2_core. Mỗi dự án khác nhau sẽ bao
gồm một cấu trúc khác nhau. Sự khác biệt giữa dự án bộ chuyển mạch OpenFlow với các dự án khác chính là khối này.
20
Mỗi mức trong một dự án đều được thiết kế thành các mô đun nhằm mục đích dễ dàng mở rộng và các mô đun này được kết nối với nhau tạo thành một đường ống (pipeline). Cấu trúc của đường ống được mô tả ở Hình 1.11.
Hình 1.11. Cấu trúc đường ống của các mô đun dự án
Có hai loại bus chính là: bus gói tin (packet bus) và bus thanh ghi (register bus). Bus gói tin sử dụng để xử lý gói tin và bus thanh ghi mang thông tin trạng thái và điều khiển giữa các mô đun phần cứng và phần mềm.
Phần mềm: điều khiển kit NetFPGA, chúng bao gồm hệ điều hành Linux cho PC, driver cho kit NetFPGA, các phần mềm tạo ra giao diện giữa người dùng và thiết bị mạng, các công cụ thiết kế của Xilinx như ISE, XPS. Hình 1.12 mô tả phần mềm điều khiển NetFPGA thông qua bus PCI.
Hình 1.12. Phần mềm điều khiển giao tiếp với NetFPGA thông qua bus PCI