如何用FPGA实现网络相关的功能

《优秀的IC/FPGA开源项目》是新开的系列，旨在介绍单一项目，会比《优秀的 Verilog/FPGA开源项目》内容介绍更加详细，包括但不限于综合、上板测试等。两者相辅相成，互补互充~

这几年DPU的概念越来越火，有和CPU、GPU并驾齐驱的势头，通俗的讲DPU分担的工作为虚拟化、网络、存储以及安全。

 

从上面的工作可以看出DPU的核心是：网络。所以我们今天讲一个未来的发展核心之一：用FPGA实现NIC（network interface controller，网络接口控制器），从该项目出发可以实现数据可控制化，进而实现DPU功能。

当然，本项目的基本就是一个NIC、router、switch等子项目的集合，可以看做目前ASIC-Intel 82580、BCM8724、BCM5396的功能的FPGA实现。

基于Intel 82580网卡 BCM8724特点 BCM5396内部架构图

今天项目的核心项目地址如下：

https://github.com/NetFPGA

www.netfpga.org

这个项目已经发展了很多年了，从V5 FPGA到现在V7 FPGA，从官方板卡到各种自制板卡，应有尽有。

netfpga官方V7 板卡

核心的架构都可以在上面的板卡上实现。

整个项目包括如下几个平台的子项目：

上面的项目是根据不同板卡实现的功能类似的项目。

接下来我们以AMD Xilinx VC709位核心，简单说明一下怎么移植NetFPGA到我们的板卡上，本次实现的参考项目为NetFPGA-SUME(架构类似)。

NetFPGA移植

开发环境：

win10+Ubuntu虚拟机

vivado 2016.4

第一步在下面链接下载源码：

https://github.com/junganghu/NetFPGA-SUME-live

可以使用下面命令：

 

git clone https://github.com/junganghu/NetFPGA-SUME-live

 

PS:是不是觉得奇怪，为啥不是官方源码？这是因为官方库是私有库，需要通过官网申请，上面链接应该源开发者上传的，能使用。

第二步修改/NetFPGA-SUME-live/tools/settings.sh：

主要修改一些路径，方便调用工具，主要修改SUME_FOLDER（库的路径）、XILINX_PATH（vivado的安装路径）、NF_PROJECT_NAME（测试的demo，可选nic，route，swich）

进入$SUME_FOLDER（库的路径）执行：

 

make

 

如果使用上面的版本vivado，应该不会出什么问题，其他版本需要修改tcl里的IP版本（出错命令行会详细提示问题，按照提示修改即可，但是IP间的差异会导致综合失败，建议先按照源vivado版本编译，后续GUI界面再修改）。

上面步骤时间较久，根据电脑性能需要一个小时左右。

第三步进入Reference_nic目录再次执行下面命令：

 

make

 

就会生成reference_nic.bit

PS：SDK部分官方提供了源码，可以自己新建SDK工程，把源码拷贝进去也是可以的。

第四步固化文件到FPGA。

第五步就是将板卡插到测试主板上，在主板主控上加载驱动。

第六步加载驱动（驱动源文件在DRIVER_FOLDER目录下，执行

 

make all

make make install

 

修改驱动文件权限。

接下来:

 

lcpsi -vxx | grep Xilinx

 

查找系统有没有找到PCIe设备，正常会出现下面：

注意ID：7028 0007，如果不是证明FPGA下载的文件有问题。

载入sume_riffa模块

 

modprobe sume_riffa

 

查看有没有加载成功

 

lsmod 

 

查看有没有识别到网卡：

 

ifconfig -a

 

接下来就按照自己需求进行测试了。

最后总结一下这个架构：

sume_riffa的这个nic架构PCIe部分使用了基于Scatter-Gather DMA的riffa PCIe开源模块，其他IP基本都是xilinx官方IP，使用AXI-stream和AXI-lite的比较广泛的架构，值得学习。

总结

今天的项目简单优化后基本就可以应用到项目里了，开头说的可能比较“绕”，简单说就是如果你想用FPGA实现网络相关的功能（包括但不局限于NIC、Route、Swich、OSNT等），那么你就可以到这个项目里找一个相接近的子项目移植即可，这样这个项目的功能就清晰明了了。

最后说一下，项目整体移植非常非常简单，几天时间就能让你快速实现一个网络相关项目的功能验证，同时这个该项目的架构也是比较先进的，也是值得学习的。还想什么？动手干吧~

最后，还是感谢各个大佬开源的项目，让我们受益匪浅。后面如果大家想要分享什么项目，可以在后台留言或者加微信留言，沟通转载事宜。今天就到这，我是爆肝的碎碎思，期待下期文章与你相见。

　　

      审核编辑：彭静