基于飞腾平台TOE协议栈的设计与实现

传统TCP/IP协议栈要占用大量计算和访存资源,主要表现在中断上下文切换、协议处理和数据拷贝三方面。为减轻飞腾处理器计算负载,逐步采用软硬件一体化即协议卸载引擎（TCP/IP Offload Engine）技术,用硬件部分或全部实现TCP/IP协议处理。因飞腾平台处理器频率较低,网络负载较重时容易成为网络I/O瓶颈。文中对TCP/IP卸载引擎（TOE）技术及其相关原理进行研究,设计并实现了飞腾平台TOE协议卸载引擎的驱动,利用TOE对飞腾平台的网络性能进行优化。测试表明：飞腾平台使用TCP/IP卸载引擎能提高网络吞吐量并减少CPU利用率。     

TCP/IP卸载引擎在SoC系统中的应用

TCP/IP卸载引擎可以减少操作系统通过中断来处理协议的负担。本文讨论的是如何用硬件方式来处理TCP/IP的协议,从而增加操作系统的效率和网络的速度。本文通过FPGA+NIOS处理器的SoC系统来实现卸载引擎。     

TCP／IP卸载引擎在SoC系统中的应用

TCP／IP卸载引擎可以减少操作系统通过中断来处理协议的负担。本文讨论的是如何用硬件方式来处理TCP／IP的协议．从而增加操作系统的效率和网络的速度：本文通过FPGA＋NIOS处理器的SoC系统来实现卸载引擎。     

网络层协议处理器的设计与研究

吉比特网络下,网络终端CPU处理TCP/IP协议的能力已经成为网络应用的瓶颈。为了使终端用户能充分利用广阔的带宽资源,该文提出了一种硬件实现方法,将原来由软件完成的IP层协议功能完全卸载出来,并通过DMA(直接存储器访问)接口直接进行主存读写,从而减少了CPU的负荷。并且基于FPGA设计流程,通过功能仿真、综合后仿真、布局布线后仿真验证了协议处理器的可行性。该处理器具有灵活的电路接口,所用逻辑资源少,管脚数量少,成本低易于集成,是一种高效的解决方案。     

TOE网络接口卡软件系统的设计

TCP/IP卸载引擎（TOE）技术能够减少处理器的协议处理行为,有效提高网络性能。比较TOE的两种实现方式,并基于部分卸载方式提出Linux下TOE网络接口卡软件系统设计方案。针对提出的软件系统结构,介绍各个部分的功能和接口,阐明了软件系统如何支持TOE功能。     

基于多核处理器的TCP/IP协议栈加速技术

多核处理器已经成为了处理器发展的趋势.在多核处理器上运行Linux操作系统时,由于所有的TCP/IP网络协议处理都以软件的形式在Linux操作系统内核运行,处理效率很低.为了解决这个问题,本文提出了一种基于多核处理器的多核TCP/IP加速协议栈,将多核处理器的处理核心分成两部分.一部分运行Linux操作系统.另一部分处理核心运行实时系统,处理TCP/IP协议栈.由于将TCP/IP协议栈的处理卸载到了实时系统,Linux的中断处理大大减少,并且实时系统直接操作底层硬件资源,没有操作系统的参与,所以多核TCP/IP加速协议栈的处理效率会很高.通实验结果对比,在相同的硬件资源下,多核TCP/IP加速协议栈不仅比Linux TCP/IP协议栈获得了更大的网络处理吞吐率,而且消耗了更低的CPU.     

基于FPGA的网络延时模拟器设计

本文针对在实验室范围内进行网络测量的需要,设计了以FPGA为核心的网络延时模拟器.介绍了网络延时模拟器的硬件电路的设计以及FPGA内主要模块:以太网接口、SDRAM时分复用、延时控制器的设计.给出了一种对多路以太网数据分时进行处理的方法,实现的网络延时模拟器能够完成数据0～200ms的延时处理,在实验室中已经应用于TCP/IP网络的测量与评估研究.     

领域专用低延迟高带宽TCP/IP卸载引擎设计与实现

针对量化高频交易应用场景对数据传输低延迟高带宽的需求,定制一种领域专用的TCP/IP协议栈,并将其卸载到专用硬件加速模块上。采用模块化设计实现专用硬件逻辑,并与FAST协议硬件加速模块共同构成完整的低延迟高带宽高频交易系统。通过调整最大报文长度,实现64 Byte数据对齐,提升内核与高带宽内存（HBM）间的读写速率,并对内存结构进行优化,实现主机端与HBM间的4通道并行读写管理。对各功能模块进行数据流优化,最终构建全流水线架构。模块间统一使用AXI4-Stream接口连接,并绕过内存进行数据传输,实现传输性能的提升。实验结果表明,TCP/IP卸载引擎在Xilinx Alevo U50数据中心加速卡上可获得38.28 Gb/s的网络吞吐率,基础网络通信穿刺延迟最低为468.4 ns,在叠加FAST解码协议后延迟为677.9 ns,与传统软件处理网络堆栈（Intel i9-9900x+9802BF）的方式相比,TCP/IP引擎的吞吐率提升1倍,延迟降低为1/12,且延迟稳定,波动范围在10 ns左右,在满足量化高频交易场景需要的同时,有效减轻了CPU的负载。     

TOE为TCP/IP减负

TCP/IP协议历来是处理网络上数据传输的通用语言,iSCSI和远程直接内存访问(RDMA)等最新标准更使其成为存储和群集领域的首选协议。然而,传统的TCP/IP技术在处理数据传输的过程中需要占用大量的服务器资源,因此,由特定的软件和集成的硬件组合而成的、一种称之为TOE(TCP Offload Engine.TCP负荷缓解引擎)的技术便应运而生了,它能缓解服务器的处理负荷。TOE技术对TCP/IP堆栈进行了软件扩展,使部分TCP/IP功能调用从CPU转移到了网卡上集成的TOE硬件。这种方法使操作系统得以把TCP/IP数据流全部卸载到TNIC的专用硬件上,服务器只负责TCP/IP控制决策。基于数据通路卸载架构的这一方案得到了大多数操作系统厂商的欢迎。     

基于WinSock的网络通信模块开发

结合 Visual C++程序开发环境 ,利用 Win Sock的网络开发技术 ,采用 TCP/IP协议 ,实现信息组合中心与 DOS下位机的高速数据接收发送。讨论了保证数据接收发送实时性与准确性的几种措施 ,实验结果表明网络通信模块采集数据平均延时 3ms,数据接收成功率达到 99.9995%。提出了基于 Win Sock技术开发网络通信模块需要注意的几点技术细节     

TOE Hash冲突处理设计与实现

随着以太网速率的不断提高，为了处理TCP/IP协议CPU承受了巨大的负担，因此使用单独的TCP卸载引擎处理TCP数据流显得尤为重要。TCP卸载引擎首先需要对链接进行辨认，而Hash函数作为一种发挥映射作用的函数常常被用于TCP链接的辨认。然而使用Hash函数后将不可避免地产生Hash冲突问题。设计实现的孔雀散列冲突解决方式相较传统一冗余与三冗余结构，分别节省4.1%空间与51.57%空间。在使用同种Hash且填充率为106%的情况下，孔雀散列的冲突解决率相较传统一冗余与三冗余结构分别提升21%与降低1%。在综合考虑使用空间与冲突解决率的情况下该方案有显著优势。     

用于TCP/IP减荷的智能网卡的设计与实现

TCP/IP减荷的目的是为了将系统主处理器从用于协议处理的繁重的内核中断服务中解脱出来。从对TCP/IP减荷的需求出发，分析了TCP/IP减荷在设计方面的要求，进而设计并实现了一种用于TCP/IP减荷的智能网卡。     

基于TCP/IP的彩信发送方法

研究了彩信的发送过程,提出了一种基于TCP/IP的彩信发送方法。进而比较了彩信的两种发送方式和数据传输过程中协议的转换。并且在BenQM23上实现了基于TCP/IP的彩信发送方法,该方法无需额外实现WAP协议的WSP/WTP层封装,可以直接使用GSM模块自带的TCP/IP协议,大大降低了嵌入式终端上彩信发送的开发难度。     

基于ARM核的嵌入式TCP/IP协议栈简化实现

结合具体的工程实例,通过分析嵌入式TCP/IP协议栈的设计原理,研究并简化了嵌入式TCP/IP协议栈的通信模型、体系结构和实现方案。开发出基于SAMSUNG S3C44B0X微处理器和RTL8019AS以太网物理层接口的低功耗网络控制器,并通过Socket编程在嵌入式μCLinux系统上实现了网络通信,达到系统设计目标。     

基于ARM的嵌入式Web服务器的设计与实现

本文主要提出一种基于ARM的多线程并发Web服务器的设计方案,详细阐述了Linux下多线程并发Web服务器的实现方法.通过Windows或是Linux浏览器实现对Web服务器的远程访问及控制,实现与Web服务器的动态交互.在TCP/IP协议基础上,论述嵌入式Web服务器中TCP/IP协议的使用;并重点分析嵌入式TCP/IP协议栈的体系结构、动态Web服务器的移植以及在ARM处理器上运行的流程.     

基于TCP/IP的网络通信及其运用分析

网络通信是以物理环境为运行中心的通讯方式,借助链路连接,实现多方信息的传输与交流。网络通信的高效运行必须建立在协议基础上,利用运行协议,控制网络通信。目前,网络通信的协议趋向于TCP/IP,以此来提高网络通信的速度,基于TCP/IP构建网络化的通信系统。本文结合实际工作,以TCP/IP为研究基础,分析网络通信及其运用。     

基于FPGA的TOE网卡设计与实现

为进一步减轻CPU的负担,有效增加系统性能,描述一种基于FPGA的TCP减负引擎系统的设计与实现。该TOE网卡将部分TCP协议软件处理下移到FPGA中实现,以硬件的方法实现报文分类和TCP流还原等流量处理功能。实验数据表明,使用TOE网卡可以大幅降低主机的CPU占用率。     

网络通信协议的分析与实现

网络通信协议是网络通信的基础。TCP/IP协议族是应用最为广泛的一种网络通信协议,无论在局域网、广域网还是Internet,无论是Unix系统、Windows平台都支持TCP/IP协议,是计算机世界的一个通用"语言"。讨论了TCP/IP协议族中传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP和网际控制报文协议ICMP等原理和应用。     

门禁系统中通信平台的应用

传统门禁控制系统不支持网络功能，本文通过引入网络通信平台，给出了一种实现TCP/IP的新方法，通信平台在操作软件客户端和控制器之间架起了TCP通道，通过对串口数据和客户端TCP/IP数据包进行转换可以使任意客户端访问网络节点上的硬件服务器，实现TCP/IP通信。     

虚拟仪器和嵌入式系统的网络通信

在由8位单片机构成的嵌入式系统上实现TCP/IP协议栈,采用虚拟仪器模块设计虚拟仪器网络通信程序,实现虚拟仪器和嵌入式系统基于用户数据包协议(UDP)运输层协议的网络通信.对标准的UDP端到端通信加以改进,增加握手通信过程,以实现测控命令的可靠传输.对标准TCP/IP底层网络协议进行简化和改进,以减轻单片机的处理负担,提高网络速度,同时保证数据通信的可靠性.通过大量数据的网络传输实验,验证了协议简化和改进的有效性.