一种基于硬件逻辑电路的协议可重构万兆通信装置的制作方法

本实用新型涉及网络通信及数据服务器技术领域，尤其是一种基于硬件逻辑电路的协议可重构万兆通信装置。

背景技术：

网络通信的速度在当今时代飞速发展，从百兆、千兆以至万兆，网络数据的流量也大大增加。然而网络通信在网络协议标准下进行，为了符合标准，处理整个网络协议栈需要占用大量的服务器资源，尤其是万兆网络流量下的TCP/IP协议栈，会导致服务器处理核心数据的速度和效率大大降低。为了减轻服务器对于网络协议栈处理的压力，提出了一种TCP协议栈减负引擎的概念，在核心CPU片外硬件逻辑电路上搭建TCP/IP协议栈，把此类的协议处理的过程全部在外硬件逻辑电路上完成，从而达到减轻服务器CPU负担的目的。

目前，企业服务器之间需要万兆网络数据通信，而传输为了保证其可靠性，就需要利用TCP/IP协议，因此就存在万兆网络数据通信和服务器CPU占用率之间的矛盾。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而设计的一种基于硬件逻辑电路的协议可重构万兆通信装置，利用硬件逻辑电路的高速、并行特点，采用模块化集成结构，实现了部分网络数据协议卸载基础上的万兆数据通信，大大降低主机CPU用于万兆网络数据传输时网络协议处理的负载，提高主机CPU的工作效率，较好的解决了服务器之间需要万兆网络数据通信时网络协议处理负载较大的问题，可作为服务器万兆数据通信时的外部协处理模块，完全承担万兆网络数据通信的负担，提高服务器万兆数据通信时的处理器效率，电路逻辑结构简单，抗干扰性能好，性能稳定，可维护性好，生产成本低。

本实用新型的目的是这样实现的：一种基于硬件逻辑电路的协议可重构万兆通信装置，其特点是该装置由万兆以太网输入接口模块、网络协议卸载及解析模块、网络数据缓存模块、网络数据包重构模块、万兆以太网输出模块、PCIE数据接口转换模块、时钟模块和电源模块组成，所述以太网输入接口模块与网络协议卸载及解析模块、网络数据缓存模块、网络数据包重构模块和万兆以太网输出模块依次连接；所述网络协议卸载及解析模块与万兆以太网输出模块连接；所述网络数据缓存模块与PCIE数据接口转换模块连接；所述时钟模块和电源模块分别为万兆以太网输入接口模块、网络协议卸载及解析模块、网络数据缓存模块、网络数据包重构模块、万兆以太网输出模块和PCIE数据接口转换模块提供时钟和电源。

所述万兆以太网输入接口模块由万兆以太网光口连接万兆以太网PHY核构成。

所述网络协议卸载及解析模块由拆包解析模块连接回复生成模块构成，所述拆包解析模块与万兆以太网PHY核连接。

所述网络数据缓存模块由输入数据缓存模块和输出数据缓存模块构成，所述输入数据缓存模块与拆包解析模块连接。

所述网络数据包重构模块由包头拼接模块连接计算模块构成，所述包头拼接模块与输出数据缓存模块连接。

所述万兆以太网输出模块由轮询输出模块连接万兆光口输出模块构成，所述轮询输出模块分别与回复生成模块和校验和计算模块连接。

所述PCIE数据接口转换模块由PCIE数据控制模块连接PCIE数据接收引擎和PCIE数据发送引擎构成，所述PCIE数据控制模块与输入数据缓存模块连接。

本实用新型与现有技术相比具有电路逻辑结构简单，性能稳定、可靠，大大提高了服务器万兆数据通信时的处理器效率和主机CPU的工作效率，较好的解决了服务器之间需要万兆网络数据通信时网络协议处理负载较大的问题，可维护性好，成本低，便于企业推广应用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型运用示意图；

图3为本实用新型工作流程图。

具体实施方式

参阅附图1，本实用新型由万兆以太网输入接口模块1、网络协议卸载及解析模块2、网络数据缓存模块3、网络数据包重构模块4、万兆以太网输出模块5、PCIE数据接口转换模块6、时钟模块7和电源模块8组成，所述以太网输入接口模块1与网络协议卸载及解析模块2、网络数据缓存模块3、网络数据包重构模块4和万兆以太网输出模块5依次连接；所述网络协议卸载及解析模块2与万兆以太网输出模块5连接；所述网络数据缓存模块3与PCIE数据接口转换模块6连接；所述时钟模块7和电源模块8分别为万兆以太网输入接口模块1、网络协议卸载及解析模块2、网络数据缓存模块3、网络数据包重构模块4、万兆以太网输出模块5和PCIE数据接口转换模块6提供时钟和电源。

所述万兆以太网输入接口模块1由万兆以太网光口11连接万兆以太网PHY核12构成。

所述网络协议卸载及解析模块2由拆包解析模块21连接回复生成模块22构成，所述拆包解析模块21与万兆以太网PHY核12连接。

所述网络数据缓存模块3由输入数据缓存模块31和输出数据缓存模块32构成，所述输入数据缓存模块31与拆包解析模块21连接。

所述网络数据包重构模块4由包头拼接模块41连接计算模块42构成，所述包头拼接模块41与输出数据缓存模块32连接。

所述万兆以太网输出模块5由轮询输出模块51连接万兆光口输出模块52构成，所述轮询输出模块51分别与回复生成模块22和校验和计算模块42连接。

所述PCIE数据接口转换模块6由PCIE数据控制模块61连接PCIE数据接收引擎62和PCIE数据发送引擎63构成，所述PCIE数据控制模块61与输入数据缓存模块31连接。

下面以两台主机服务器之间进行万兆网络数据通信的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

参阅附图2，本实用新型工作时需两台，其中一台与A主机服务器9为发送端，另一台与B主机服务器10连接为接收端，利用万兆以太网91连接发送端和接收端，进行万兆网络数据的通信。

本实用新型是这样工作的：发送端工作流程，A主机服务器9将万兆网络数据以TLP包的形式通过PCIE数据接收引擎62接入PCIE数据控制模块61，PCIE数据控制模块61将接收的PCIE数据整形为128bit AXI Stream数据流后接入输出数据缓存模块32，进行缓存与位宽变换，并匹配进出网络数据缓存模块32数据的速率，经缓存与位宽变换后的数据流一次输入包头拼接模块41和计算模块42 ，对万兆网络数据进行组包、加头计算校验等操作，把裸万兆网络数据组成网络数据包，然后通过TCP或者UDP协议把网络数据包传输入轮询输出模块51，经轮询机制把相应的回复包和万兆网络数据包传输入万兆光口输出模块52，将网络数据包利用万兆以太网91进行万兆网络数据的发送。

接收端工作流程，接收端利用万兆以太网91将网络数据流接入万兆以太网光口11，经万兆以太网PHY核12将其整形为64bit AXI Stream数据流后输入拆包解析模块21进行拆包和包头解析，拆包解析模块21将解析后的信息（包括IP地址、MAC地址、端口地址和协议类型等）分两路输出，拆包解析模块21的一路输出接入回复生成模块22，回复生成模块22把网络数据包信息经过重组，形成相应的回复包通过轮询输出模块51和万兆光口输出模块52的输出进行回复；拆包解析模块21的另一路输出是将去网络数据包包头后的裸文件数据接入输入数据缓存模块31进行缓存、长度变换和速度匹配，经数据缓存模块31处理的裸文件数据流输入PCIE数据控制模块61进行PCIE协议的组包，组包后的数据经PCIE数据发送引擎63以TLP包的形式传输给B主机服务器10。

参阅附图3，本实用新型的万兆通信是这样进行操作的：在发送端和接收端的主机和设备都打开后，在发送端依次进行UDP传输文件名，TCP握手，TCP传输文件数据，TCP挥手等操作后，可以将万兆文件数据传输给接收端，接收端只需要打开接收程序，等待接收即可。本实用新型利用硬件逻辑电路的高速、并行的特点，实现了部分网络数据协议卸载基础上的万兆数据通信，可作为服务器万兆数据通信时的外部协作处理模块，承担万兆网络数据通信，较好的解决了服务器之间需要万兆网络数据通信时网络协议处理的较大负载问题，大大提高了服务器万兆数据通信时的处理器效率。

以上只是对本实用新型做进一步说明，并非用以限制本专利，凡为本实用新型等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。