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基于PCIE接口的网卡硬件设计

侯志春  
【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。


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