一、概述      “我Op事街enBox又回來了！” 沉寂了16個月，終劇的于又提筆開(kāi)始寫《硬件二層交換設計與實現》。從軟件暗車設計到硬件設計需要這麼長(cháng)時(shí)間嗎？答(dá)案是肯定的窗空，不(bù)僅需要，而且這點時(shí)間還隻能初入Verilog代碼編程之門老照。 但從網絡實驗教學的角度來看，這是不(bù)可接受的。故我們(m訊不en)想換個思路，走走捷徑。然而這一走，便走了整玩白整16月有餘。 所幸略有小成，與君分享子可，共勉自學、自研、自證之艱辛與快樂。 二、支持P4的FAST架構軟硬件全可編程平台      高商A）P4與Tofino    &nb就兵sp; 書上或網上能找到的内容請大(dà)家(刀長jiā)自行查找了解。見：https://p4.org 錢線      B匠商）FAST全軟件可編程平台   &nbs技影p;  FAST架構在我們(men)之前的文章輛音中有介紹，該平台也是一種典型的SDN架構設計，硬麗睡件數據平面主要包括FPGA OS和UM兩部分，核心邏輯處務和理在UM模塊中。UM又分成了5個不(bù)同邏輯功能志章流水線， 用戶可以針對此流水線進行改造升級或擴展新的流水級功能。然要黃而，使用Verilog語言來開(kāi)發FPGA芯片功能着實技靜是一件比較有難度的事情，至少在成為(wèi)一個合近理格的Verilog代碼工(gōng)程師之前來說(shuō)，确實暗生有比較漫長(cháng)和艱辛的路程要走。
     受微拿P4編程思想的啟發，我們(men)決定将FAST架構購來中的UM部分更換成具備P4開(kāi)發能力的硬件邏輯部件。故路開該平台依然采用多核CPU加FPGA架構，務玩P4邏輯全采用FPGA編寫，所有功能和指令很算邏輯全在硬件實現。    &訊河nbsp; C）基本功能     水服; 1.分組前96字節内，小于1這畫28的任意bit位，任意多個PHV對象定義；
     2中路.支持32字節Metadata對象編程，含16字節用戶自定義Metadata内麗海容；
     3.這大分組前60字節内，任意bit位對象查表匹配，精确匹配與帶掩碼匹配，匹配字段支筆很持輸入端口等Metadata字段；
    &n為又bsp;4.每動作支持14條指令，支持加、減、與、或、異或數劇、取反等操作；
     5.每個指雜山令執行器(qì)中含16個臨時(shí)寄存器(qì)，支持文得臨時(shí)變量暫存與讀取，位寬支持1到64位；
    年區 6.支持有狀态的存儲寄存器(qì)對象照放定義與操作，存儲寄存器(qì)位寬支持1到64位，最大(dà)個數支持1秒站28個。支持多個寄存器(qì)對象編程；
     秒裡;7.支持對分組進行協議插入與删除，長(cháng)度支持1到16字節；
   &nb街微sp; 8.動作與指令均支持參數化配坐坐置，即可運行前實例化，也可運行時(shí)調整；
   會空;  9.支持32種不(bù)同邏輯業務處理功能雜電在線編譯、在線加載、在線配置、在線卸載，不(bù)影響其他(tā)業務場煙邏輯；
   &nbs電用p; 10.提供P4後端編譯器(qì)，支持老腦用戶P4代碼編譯；
     11.提大件供P4運行時(shí)配置管理工(gōn些紙g)具，支持用戶流表配置、動作配置和寄存器(qì)初始配置。 飛這 三、硬件設計      請醫擁有上述平台編程功能後，對硬件的設計要求便會(huì問的)變得(de)較為(wèi)簡單。原來要花較長(cháng)時關時(shí)間，寫較多代碼的功能,現在可以簡單、快速的實現。     &n報場bsp;A）設計原理     &nb村來sp;從交換機的幾個功能步驟開(kāi)始，先實現源M金農AC地址的學習。從平台功能分析，使用寄存器(qì)部件比較合街信适。 拟定義一個端口與MAC地址的映射表，存儲在寄存器(聽雨qì)對象中，使用源MAC地址作為(wèi)寄存器(對低qì)對象的索引，分組輸入端口号作為(wèi)該索引位置的值。在使放錯用目的MAC查表時(shí)，亦使用MA弟志C地址作為(wèi)索引進行查找，即可獲取該地址學習存儲的端子影口号。
     由于MAC樂資地址為(wèi)48位，本平台支持寄存器(qì)的深度有限，故本案例中僅見友取MAC地址的後4位作為(wèi)索引。故實驗演示時(shí)，要求測試主機草開的MAC地址尾數不(bù)同。
   &nb票請sp; 單播地址可以采用上述思路進行藍能設備，那組播與廣播地址呢，我們(men)本問們案例拟采用全泛洪的方式先來實現一個基礎版本厭嗎。 想要做組播功能可以将組播協議配置規則送CPU處理，CP南用U學習到入組和退組信息後，通(tōng)過P4的運行時(shí)工(gōng)看廠具進行組播MAC與相應端口号的規則配置即可暗制。     &他匠nbsp;B）代碼實現

action learn_forward()
{
    明事 MAC_PORT.regwrit花商e((u8)hdr.eth.smac&0xF,std_meta.鄉山ioport);
   &nbs如筆p; std_meta.ioport =明這 MAC_PORT.regread((u8)hdr.eth.dmac&0xF拍刀);
}

action mb_cast()
{
     M劇人AC_PORT.regwrite((u8)hdr.et草銀h.smac&0xF,std_meta.ioport);
    &nbs兵我p;std_meta.ioport = ~std_meta.iopo作話rt;
}

四、演示驗證      子國; A）軟件核心代碼     如線  B）編譯器(qì)結果       用對C）硬件配置     微月;  D）Ping通(tōng)測試

C:\Users\Administra問外tor>ping 192.168.1.198
正在 Ping 192.168.1.198 具有 32 字頻很節的數據:
來自 192.168.1.198 的回複: 字節視道=32 時(shí)間<1ms TTL=127
來自 192.168.1.198 的回複: 字節=3件飛2 時(shí)間<1ms TTL=12可拍7
來自 192.168.1.198 的回複: 字節=32金報 時(shí)間<1ms TTL=127
來自 192.168.1.198 的回複: 字節=32 時跳還(shí)間<1ms TTL=127 醫答

五、總結與下一步      黑說物質守恒、能力守恒，苦難亦然守恒。
     為(w水劇èi)了讓學生們(men)在我們(men)平台編寫硬件邏輯少些痛苦，我們舞體(men)艱苦奮鬥了16個月，對P4的原理、代碼刀在和編譯器(qì)進行了仔細琢磨、分析和領悟。我們(men)認冷什為(wèi)P4是一門較為(wèi)優秀的編程語言討光，更是一種硬件編程的創新思路和具體表達形式。我們(men窗章)無法去破解P4的硬件實現，固然也無從參考，而是領悟P4編數為程方式的精髓理念後，采用了原有FAST架構和部分邏輯調整，并配置P4輛廠後端編譯适配，打造了現如(rú)今的支持P4的FAST架構可編程平台。 器老
     資也本平台結合了FAST架構與P4可編程的雙重優勢。支持用戶在最底層硬件到最高通鐘層軟件全方便的編程與驗證，而且編程語言均使用C喝吧語言和類似C的P4語言，進一步降低(dī)了學習與使用難度。 草算
   &nb女相sp; 下一步，做個硬件路由器(qì)？或者您有更美好(h少話ǎo)的想法，我們(men)可以試一試！    了森  有需要開(kāi)發可編程硬件（FPGA、問吧ASIC等）的P4後端編譯器(qì)，或獲得(de)本船購平台介紹相關源碼的客戶，請與15116127200(微信同号）聯系的風，閱讀更多FAST相關文章請進入以下公衆号。