基于FPGA智能网卡的高性能DPDK驱动设计

FPGA智能网卡由于其硬件可编程和高吞吐等特性,被广泛的用于网络功能卸载和硬件加速。其作为一种PCIe端点设备,FPGA智能网卡一般通过操作系统驱动程序连接上层应用。然而,目前通用的内核驱动方案存在诸多性能限制,导致FPGA加速处理后的数据包不能被高效的送达应用程序。而其他已有内核旁路解决方案主要针对扩展性和吞吐性能要求较低的FPGA平台开发。面向高性能、高灵活性的网络应用场景,本文提出了一种支持FPGA智能网卡虚拟化I/O传输的多队列DPDK轮询模式驱动程序。该设计提供了在用户空间进行FPGA虚拟端口初始化和对可扩展多队列配置的操作函数功能,并提供了支持轮询模式收发的零拷贝数据传输策略。该设计实现了FPGA和应用程序之间90 Gbit/s的高性能数据收发,并能够提供具有稳定时延的网络通信服务。

多队列MSI-X引擎设计与实现

智能网卡是业界和学术界的研究热点之一,Corundum基于FPGA提供了一种开源的智能网卡软件,获得了广泛应用,但存在着队列管理不够灵活,中断处理逻辑可伸缩性较差的问题。为此,该文在Corundum基础上实现了一种支持中断、轮询混合模式的MSI-X引擎,大幅提高了Corun⁃dum的多队列管理能力,并同时具备高性能吞吐能力。该文给出了MSI-X中断申请至中断事件处理的整个流程,实验表明,该设计在不影响吞吐性能的基础上,可支持2048个中断向量,支持中断向量和传输队列的多对多绑定,支持直接中断和间接中断,同时可通过动态缓冲区监测的方式降低中断触发频率。该设计在Xilinx FPGA平台上实现了MSI-X引擎,在智能网络虚拟化中具有广泛的应用前景。