NetFPGA開發平台的介紹

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介紹

NetFPGA是一款低功耗的開發平台，作為網路硬體教學和路由設計的設計工具。NetFPGA可以很方便的使得研究人員或者高校的學生搭建一個高速、硬體加速的網路系統。興起於北美，最初只是斯坦福大學課堂教學使用的Project。NetFPGA把FPGA的可配置的特性帶入了網路通訊領域，可以為更多的研究人員研究下一代網路提供了一個開放的平台。愈來愈多的人開始關注到NetFPGA的特性，並有很多人蔘與了基於NetFPGA的開源項目。

NetFPGA的參數

NetFPGA平台（1）包含了一個Xilinx Virtex-2 Pro 50 的FPGA，運行在125MHz的時鐘頻率下，用於使用者自訂邏輯的設計；還包含了Xilinx Spartan-II FPGA，運行PCI介面控制器的控制邏輯，用於與主處理器的通訊。兩個2.25MB的外部SDRAM以及擴充的64MB的DDR SDRAM作出資料存放區介質。平台還提供了四個千兆乙太網路介面，以配合在FPGA中的四個千兆乙太網路控制器軟核。NetFPGA還包含了兩個SATA連接器，使得在一個系統中多個NetFPGA板直接交換資料，而不需通過PCI匯流排。

圖1 . NetFPGA的硬體組成

板上的主要資源：

• 用於邏輯設計的Xilinx Virtex-2 Pro FPGA
• 用於PCI主介面的Xilinx Spartan
• 2*2.25MB ZBT SRAM
• 64MB DDR2 DRAM
• 物理層上的4個千兆乙太網路口

開發環境

NetFPGA的系統架構（2所示）。在研究開發的過程中主要包括硬體層的設計（FPGA的邏輯層的設計）以及軟體層的開發（對應硬體層的驅動開發以及應用程式的開發）。

硬體

購置的主機（配置越高越好），注意主板需留一個PCI-E給網卡使用，所以選主板的時候最好選擇整合顯卡。

圖2. NetFPGA的系統架構

軟體

作業系統推薦的是CentOS 4.4，CentOS 4.5 CentOS 5.1；使用者需要對Xilinx的FPGA進行配置，所以需要安裝ISE9.1i軟體；還有相關FPGA的工具，如ModelSim（FPGA邏輯模擬），ChipScope（片上邏輯分析）等。還需要安裝NetFPGA Base package，在安裝之前還需要Java和RPMforge yum工具包的支援。需要注意安裝的每個軟體的版本問題，因為彼此存在很大的依賴。

開源項目

在http://www.netfpga.org/上可以找到一些開源項目，羅列如下：

1. NetFlow Probe
2. Hardware Accelerated Linux Router
3. NetFPGA Ethernet Switch
4. Quad-Port Gigabit NIC
5. NetFPGA OpenFlow Switch

在國內也有多個團隊在開發使用NetFPGA，在http://www.openhw.org/上可以找到的開源項目，如：

1. 基於NetFPGA的可重構科學計算平台（寧夏大學）
2. 基於NetFPGA的網路流量採集器（濟南大學）
3. 基於NetFPGA的網路處理器設計與實現（山東大學）
4. 基於NetFPGA的包過濾防火牆的設計與實現（哈爾濱工程大學）

從各種開源項目中可以看到NetFPGA的實際應用，相信能促進下一代網路的發展。

註：最近本人在學習和應用FPGA，無意中在網上發現NetFPGA的一些資料，雖然這種技術才剛剛起步，關於NetFPGA的項目很多都是開源的，適合高校的學生、老師、研究人員開發研究，相信在不久的將來肯定會帶來更過的驚喜。在中國NetFPGA也已經引起了很多高校、公司的興趣，如北京交通大學、華為，但尚屬起步階段，所以對NetFPGA做一些簡單的介紹。詳細的開發指南請見參考文獻1。

參考資料

1. NetFPGA開源官方網站http://netfpga.org/static/guide.html#Install_Software

2. NetFPGA開發初探，http://www.eefocus.com/myspace/blog/show_155829.html

3. 開放源碼硬體社區 http://www.openhw.org/activity/opproject/