基于Spartan-6的多路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計與實現(xiàn)

　　引言

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的需求日益迫切。為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控，有必要及時全面地收集、分析網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，準確獲取網(wǎng)絡(luò)信息，對網(wǎng)絡(luò)的信息進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)可能會出現(xiàn)的問題。然而隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加和規(guī)模的擴大，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集面臨著數(shù)據(jù)規(guī)模龐大和數(shù)據(jù)到達速度過快的挑戰(zhàn)。為了克服上述困難，通常采用硬件實現(xiàn)完成數(shù)據(jù)采集功能。

　　隨著FPGA的發(fā)展，其內(nèi)部資料日益豐富，速度和性能大大提高，特別是內(nèi)部嵌入了大量IP核，使得FPGA上進行高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集成為可能。本文涉及的多路網(wǎng)絡(luò)采集卡系統(tǒng)采用Xilinx的Spartan 6系列中XC6SLX45T FPGA，獲取8路10/100M RJ45端口送來的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到PC機進行分析和監(jiān)控，最終根據(jù)分析結(jié)果來判斷網(wǎng)絡(luò)中的異常情況。

　　系統(tǒng)概述

　　系統(tǒng)框圖

　　圖1所示為系統(tǒng)的原理框圖。8路10/100M網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過RJ45接口送入到PHY芯片，PHY芯片完成轉(zhuǎn)換之后，通過MII接口送到FPGA。FPGA中集成了8路MAC核，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸出到隊列管理;隊列管理對每路MAC的數(shù)據(jù)包進行管理，并輸出到PCIe的DMA模塊;DMA模塊將數(shù)據(jù)包發(fā)送到PCIe硬核，直接寫入到PC機的內(nèi)存，以便PC機進行分析。

　　隊列管理

　　由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的包大小不同，在一個包沒有讀完之前有可能第二個包到來，因此有必要對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進行隊列管理，避免數(shù)據(jù)包丟失的情況。

　　本系統(tǒng)中的隊列管理采用雙口RAM和FIFO聯(lián)合構(gòu)成，其中雙口RAM用來存儲數(shù)據(jù)包，F(xiàn)IFO用來存儲數(shù)據(jù)包的起始地址和結(jié)束地址。當FIFO有數(shù)據(jù)時說明RAM中有數(shù)據(jù)包，如果此時并沒有數(shù)據(jù)包在向DMA中寫數(shù)據(jù)，那么就可以讀出當前數(shù)據(jù)包寫入到DMA模塊;如果此時正在向DMA模塊寫數(shù)據(jù)，則等待寫完后再讀下一個包。

　　由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和PCIe DMA模塊的時鐘處于兩個時鐘域，所以采用雙口RAM和FIFO也可以起到數(shù)據(jù)同步的作用。