一、 概述

   件還 TCP/IP協議已經成為(wèi)互聯網應用最基本的協議。傳統知通方式下，TCP/IP協議由中央處理器(q多些ì)、微處理器(qì)以軟件的形式處理。然而，随着以太網速率從1000Mbi暗什ts/s提高到10Gbits/s再到40Gb通公its/s、100Gbits/s，CPU已經很難滿足TCP/IP協好舊議處理的需要了。因此，為(wèi)了減輕去畫CPU的協議處理負擔，TCP/IP協議處理技術顯得(d冷了e)越來越重要。其中，TCP/IP卸載引擎北答(TCP/IP Offload Engine，ToE)技術成為(wèi)研究雨紙的熱點。

二、 傳統TCP的處理

   &nbs我愛p;在傳統的以太網環境中，TCP/IP協那司議的處理都是通(tōng)過軟件方式在中央處理器(qì)上實制輛現。如(rú)圖1所示，網絡數據由網卡進入計算機系統，傳統網卡主要實現木術網絡協議物理層和數據鍊路層功能，然後将口數據包交付CPU操作系統 ，CP你從U操作系統首先對數據進行TCP/IP協議光些處理，最後将數據交付應用程序。由于CPU是一個通(tōng)用的部件，光吧它不(bù)是專門針對TCP/IP協議處理而設計，因而它處理協議的能力不(b又喝ù)強。在吉比特網絡中，如(rú)果TCP學飛/IP協議處理仍在CPU中執行，不(bù)生友但協議處理的效率不(bù)高，而且占用大(dà)量的CPU資(zī)業話源，浪費存儲空間和大(dà)量的功耗。同時(shí)紙東，還使其它的應用程序得(de)不(bù)到充分的C很雪PU資(zī)源，從而影響整個系統性能，導緻高速的帶寬資醫坐(zī)源得(de)不(bù)到充分的利用。由于網絡帶寬增加的速度遠超過處車道理器(qì)速度的增長(cháng)，在今後網絡和快應用的瓶頸不(bù)再是帶寬資(zī)源，電學而是處理器(qì)的速度面對網絡帶寬和速度的飛速增長(cháng)，傳統的通土你(tōng)過軟件進行TCP/IP協議處理的方式已經越來越成為(w少也èi)高性能網絡計算的瓶頸。

三、 ToE的處理流程

    T區見oE(TCP/IP Offload Engine)是一門鐘時使用硬件代替軟件來處理TCP/IP協議的技術，從而将系統微處理器明去(qì)從TCP/IP協議處理負擔中解放出光中來，提高了網絡性能；同時(shí)也為(樹劇wèi)沒有TCP/IP協議處理能力的系統提供了一種解決方案。傳統方式下，TC遠訊P/IP協議由操作系統處理，ToE技術将TCP/lP協議的處理分離到網卡，短錢如(rú)圖2所示。

四、 ToE的實現

   &n見件bsp;本設計主要通(tōng)過硬件實現TCP/IP協議傳輸機制，資國支持TCP/IP的建立、釋放握手機制；同時(shí)支持TCP的超時(s吃畫hí)重傳、慢開(kāi)始、快重傳的機制。實現将T人答CP/IP協議完全卸載到硬件實現，軟件負責一些狀态的管理及配快物置任務，大(dà)大(dà)減軟的軟件的任務量爸有同時(shí)提升TCP/IP數據的處理效率得車。
    在ToE的體吧功能實現時(shí)，本設計基于FPGA實現的網絡接口音道卡功能，除此之外基于FPGA還可以後期添加交換、Q森雪oS、安全等功能，從而支持更加靈活的功能實現。具體的ToE功相拿能實現結構如(rú)圖3所示。     主要由接收側處書河理模塊RX，發送側處理模塊TX和連接控制模塊CC組信森成，三部分的邏輯關系如(rú)3圖所示。
    CC模塊家我主要完成是TCP/IP流的狀态管理，主要負責連接及釋務校放的握手機制，并維護建立連接的TCP/I中森P流狀态表。
    RX模塊負責數據的接從如收處理，包括TCP/IP的頭部校(xiào)驗和校(xiào)驗、去MAC頭以生黑及接收緩存管理以及接收數據的窗口管理等操作。
    TX模塊場金負責數據的發送數據，包括添加TCP/IP的頭部校(x行但iào)驗和、添加MAC頭、發送窗口控制、超時(shí)重傳控制、慢中鄉開(kāi)始、快重傳控制以及數據輸出緩存管理及數據分請金段的管理等。
    通(tōng)過測畫媽試本設計的在1G接口的處理速率可以達960Mbps，10G接口的速率可達9G紙科bps。