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NetFPGA SUME - ein Xilinx Virtex 7 FPGA-Board für Hochleistungsrechnen und Vernetzungssysteme

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Einführung

Das NetFPGA-Projekt ist eine Gruppe, die Open-Source-Hardware und Software für schnelle Prototypenentwicklung von Hochgeschwindigkeits-, Hardware-beschleunigten Vernetzungssystemen entwickelt. Das NetFPGA-Projekt wird von der Field Programmable Gate Array (FPGA)-Technologie ermöglicht, so dass die Benutzer Pakete auf Zeilenrate bearbeiten können.

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Dieses Einführungshandbuch deckt Systemanforderungen, Infrastruktur, Hardwaretest, Referenzdesigns und erste Referenz Schaltprojekt.

Systemanforderungen

1. Betriebssysteme

1. 1. Sie können alle Betriebssysteme, die Xilinx Vivado Design Suite unterstützt, benutzen.

   2. Das NetFPGA-Team entwickelt strikt auf Linux, also die Software-Bestandteile werden für components Linux entwickelt. Wir empfehlen den Benutzern über Ubuntu 16.04 zu verfügen.

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1. Eigenständig: Sie brauchen ein mikro-USB-Kabel für JTAG-Kette und serielle Kommunikation.

2. Host: Das Mainboard muss PCI Express Gen3 x8 unterstützen. Ausführliche Informationen finden Sie unter https://github.com/NetFPGA/NetFPGA-SUME-public/wiki/Motherboard-Information . 

Infrastruktur

Das NetFPGA-SUME-Set beinhaltet

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• Wiederverwendbare Verilog-Module (IP Cores)
• Überprüfungsinfrastruktur
  • Designsimulierung (von der AXI-Schnittstelle)
  • Durchführung von Tests gegen Hardware
  • Testdatengenerierungsbibliotheken
  • Bauen mit xSim und Scapy
  • Benutzung von Python-Skripten für Stimulikonstruktion und Überprüfung
• Infrastruktur bauen
  • Bitstream-Generierung durch die Verwendung von Xilinx-Instrumenten
  • Registrierungssystem, das Adresse für alle Register und Speicher in einem Projekt generiert. Es benutzt Python- und tcl-Skripte, um HDL-Code und Header-Datei zu generieren.
• Hilfsprogramme
  • Registrierung I/O
• Softwarebibliotheken

Hardware-Test

NetFPGA-Gruppe entwickelte einige Hardware-Teste, so dass der Benutzer die Hardware sofort überprüfen kann.

Referenzdesigns

Die NetFPGA-Gemeinschaft bietet eine Reihe von Open-Source-Projekten oder Referenzdesigns. Alles kann direkt vom git-Repository heruntergeladen werden. Um Zugang zu den Referenzdesigns haben zu können, müssen Sie sich unter http://netfpga.org/site/#/SUME_reg_form/ erfolgreich anmelden. Alle Projekte setzen grundlegende Funktionalitäten eines Schalters, Routers und Netzwerk-Interface-Steuereinheit (NIC) um und können auf dem Board hochgeladen werden.

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• HDL-Quellen (Verilog/VHDL)
• Simulationstesten
• Hardware-Testen
• Optionaler Software

Erste Referenz Schaltprojekt

Einige nützliche Referenzdesigns beinhalten Referenz-NIC, Referenzrouter, Referenzschalter und Schalter-Lite. Zum Beispiel, NetSUME-FPGA wird als ein Lernschalter agieren, wenn das Referenzschlatprojekt auf dem Board geladen wird. Die eingehenden Pakete werden zu den entsprechenden Ausgabeporten basierend auf MAC-Adresse übertragen. Bild 1 zeigt die interne Struktur.

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Sobald die Benutzer das Design durch Simulation validieren, können sie den Bitstrom generieren und auf das Board hochladen. Dieses Vorgehen ist für digitale Designers geeignet, die Verilog oder VHDL kennen und ein Hochleistungssystem als Ziel haben. Ein Software-Ingenieur oder jemand, der die eingehenden Daten analysieren will und aufgrund des Paketheaders oder der Nutzlast handelt, sollte er P4 verwenden. P4 ist eine hochrangige Programmiersprache, die benutzt wird, um die Paketbearbeitungslogik zu beschreiben und Weiterleitungsebene von Netzelementen umzusetzen. Die Benutzer können die Logik in P4 beschreiben und Xilinx SDNet benutzen. Der Code kann unter Xilinx SDNet erarbeitet werden und das erarbeitete Design kann in NetSUME-FPGA hochgeladen werden. Es gibt ein einfaches Schaltbeispiel für NetFGPA SUME in Xilinx SDNet (/opt/Xilinx/SDNet/<version_number>/data/p4include/sume_switch.p4). Bild 3 zeigt die Schaltarchitektur.

Bild 3

Bild 3

Referenzen

• NetFPGA Sommerschulkurse: https://www.cl.cam.ac.uk/research/srg/netos/projects/netfpga/workshop/summer-school-2017/

• NetFPGA Wiki: https://github.com/NetFPGA/NetFPGA-SUME-public/wiki

• NetFPGA SUME repo: https://github.com/NetFPGA/NetFPGA-SUME-live

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