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。     

一种TCP/IP卸载结构的设计与实现

为了将处理器从繁重的通信任务中解脱出来,解决通信系统中的瓶颈部分,适应高速通信网络,本文研究了一种新的TCP/IP卸载引擎（TOE）的原理和设计方法,并提供了TOE网络接口卡（NIC）的一套参考实现方案,此方案以Intel IOP310 I/O为处理器芯片组,在Linux上搭建自己的软硬件平台并得出实验结果。实验证明,该技术有效地提高了网络的传输性能,降低了计算机的CPU占用率。     

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。     

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。     

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。     

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。     

事半功倍——Adaptec TOENAC7711C

TOE是TCP／IP Offload Engine的缩写。该技术是通过个额外的芯片夹控制TCP／IP的数据传输,从而减少对处理器资源的占用。通过高性能网络，我们可以应付网络上日益增多的数据，但是对服务器端而言大量网络数据传输占用了服务器过多的资源从而造成两络应用程序运行效率的下降。通过TOE技术，IT管理员可以在低成本投入的前提下，减轻服务器承担的网络传输负载．使服务器能谚专注于处理应用程序的运算任务，从而提升网络应用程序的用户请求响应等各种性能指标。     

基于FPGA的TCP/IP协议卸载引擎设计

为解决高速、高并发、大数据量以太网通信中，TCP/IP网络协议处理导致的处理器资源过载、网络延时等问题，本文提出了一种基于FPGA构建TCP/IP卸载引擎的设计方法，采用数据发送通道与接收通道分离的架构，由协议共享模块统一管理连接状态及网络通信事件，控制数据收发过程。同时，设计了一种大数据块自动分片传输机制，有效降低大数据块发送的延时及对处理器资源的占用。实验结果表明，基于FPGA的TCP/IP协议卸载引擎在高并发网络通信场景下，能够高效处理网络通信协议，网络通信带宽保持较为稳定状态，512字节数据量的网络延时小于1μs。     

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.     

应用于iSCSI的TOE技术分析

由于现有的计算机处理能力跟不上网络的高速发展，使众多的网络服务器以及存储设备为处理TCP/IP而不堪重负，于是TOE(TCP IP offload engine)技术被提上了日程。该文分析了基于TOE的iSCSI for initiator的实现。     

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。     

TCP/IP协议卸载技术性能与实现的研究

本文通过分析当前计算机系统主要通信瓶颈,建立模型分析其卸载后的性能,得出协议卸载与节点处理能力、网络带宽、网卡处理能力以及需要处理的应用程序、网络数据包的强度有关的结论,得出了他们之间理想状态下的最优解.建立并初步实现TOE通信平台,实现零拷贝,利用Linux开源特点实现相应的软控制程序并结合ML403开发板实现相应的硬处理功能,实现简单数据包的收发.     

Design and implementation of a protocol offload engine for TCP/IP and remote direct memory access based on hardware/software coprocessing

This paper presents the design and implementation of a protocol offload engine that processes TCP/IP and remote direct memory access (RDMA) protocols by means of hardware/software coprocessing. In the offload engine, time-consuming operations such as TCP/IP header generation are implemented as hardware to improve performance. The software performs control operations and RDMA header generation. In the experiments and analyses, it is proved that the hardware can provide satisfactory performance to process all operations at speeds of over 1 Gbps. Our engine can offload most protocol processing overheads – up to 95% to 100% – from the host CPU. Finally, although the embedded processors operate with a 300 MHz clock that is seven times slower than the clock of the host CPU, our engine shows maximum bandwidths of 673 Mbps for TCP/IP and 551 Mbps for RDMA on a gigabit Ethernet network.     

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。     

TCP Offload系统的设计与实现

网络带宽的迅速发展使主机协议处理开销成为系统整体性能的瓶颈。为了提高网络应用的性能、降低主机系统的资源占用，该文采用网卡子系统分担主机的网络包收发和TCP协议处理，设计实现了一个TCP offload系统，分析了一般TCP offload系统在性能和实施的困难，给出系统设计的基本原则，介绍了系统在通信接口、资源管理、事件管理和用户接口等方面的实现。系统测试结果表明，网卡能处理高速的网络应用，在一些情况下甚至达到线速。     

一种嵌入式TCP/IP协议的设计与实现

本文提出了基于ARM的嵌入式TCP/IP协议在低速处理器中的一种设计方案。并对TCP/IP协议族实现过程中的关键技术进行了分析,通过一个分布式网络监控系统的实际运行,证明该协议族已达到预期的性能。     

Petalinux的网络数据传输性能测试

介绍一种针对MicroBlaze软核处理器特别开发的嵌入式操作系统Petalinux,成功地实现了其在ML507开发板上的移植,并且通过LabVIEW软件在该系统上实现了基于TCP/IP协议的网络数据收发。同时,测试了该嵌入式系统的网络数据传输性能。     

基于TCP/IP协议栈的网络家电家庭网关的设计

提出了一种基于TCP/IP协议栈来实现网络家电网关的方法.利用TCP/IP协议栈中的IP,TCP,DHCP,DDNS等协议来实现一个完整的具备各种功能的家庭网关.这种设计将可以使现有的家庭计算机网络中的网关,如宽带路由器等只需要做少量的改动,就可成为一个网络家电的网关,满足实现未来网络家电远程控制和集中控制的需求.     

TCP/IP协议栈的实现方法

TCP/IP协议是实现网络通信最基本的协议,对网络数据的可靠性传输有很大的影响。随着网络技术的发展,将嵌入式系统中引入TCP/IP协议具有明显的现实意义。然而受到嵌入式系统资源的限制,需要将TCP/IP协议进行简化,从而实现嵌入式系统中TCP/IP协议的有效利用。本文对TCP/IP协议状况进行概述,并对TCP/IP协议的特点和TCP/IP协议的简化进行分析,最后提出TCP/IP协议的实现方法,旨在简化操作,提高嵌入式系统的运行效率。