基于FPGA智能网卡的高性能DPDK驱动设计

作     者：王可 王鑫硕 郭志川 WANG Ke;WANG Xinshuo;GUO Zhichuan

作者机构：中国科学院声学研究所国家网络新媒体工程技术研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《网络新媒体技术》 (Network New Media Technology)

年 卷 期：2023年第12卷第5期

页      面：57-64页

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：中科院战略先导项目:SEANET技术标准化研究与系统研制(编号:XDC02070100) IACAS前沿探索项目(编号:QYTS202006) 

主　　题：FPGA 智能网卡 轮询模式驱动 高可扩展性 高传输效率 网络 I/ O 虚拟化 

摘      要：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。