基于SOC的SDN交換機軟硬件接口設計.pdf

1、傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡主要固件被各設備廠商鎖定與控制，協(xié)議實現(xiàn)也與硬件綁定，各自只是針對某個問題工作，互相獨立互不干擾。這與目前網(wǎng)絡需求非常不符。人們需要能夠?qū)W(wǎng)絡有更大的控制權(quán)，將控制與轉(zhuǎn)發(fā)隔離。在此背景下 SDN技術(shù)提出并得到迅速發(fā)展。面對SDN技術(shù)的發(fā)展，各大廠商公司紛紛推出了自己的SDN交換機，但是現(xiàn)有的交換機處理器系統(tǒng)和FPGA相互獨立，由不同的器件實現(xiàn)，再加上外圍電路，使得交換機體積大，功耗高，這在教學演示和科研中非常不便。對此，

2、本文提出利用具有高集成度,高性能和低功耗特點的SOC實現(xiàn)SDN交換機以滿足教學和科研需求。
　　交換機的實現(xiàn)平臺選用xilinx公司新推出的zynq-7000 SOC芯片。這款SOC不同以往的SOC，它的處理器與FPGA處于同一個架構(gòu)上，所以性能大幅度提升。這有利于突破傳統(tǒng)交換機處理器與 FPGA存在的數(shù)據(jù)傳輸傳輸瓶頸。在設計中，我們選用SOC的高速數(shù)據(jù)通道完成數(shù)據(jù)在可編程邏輯和可編程系統(tǒng)之間的傳輸。選擇芯片上位于可編程邏輯部分的

3、DMA負責數(shù)據(jù)的傳輸控制，因為相比于可編程處理器部分的DMA其性能更加優(yōu)越。交換機的幀類型主要考慮控制幀，實現(xiàn)交換機與控制器的交互。
　　本文首先介紹與SDN交換機實現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)，包括SDN架構(gòu)、OpenFlow交換機組成和工作過程。在設計中，數(shù)據(jù)的傳輸完全依賴基于AXI協(xié)議的DMA，所以會介紹AXI協(xié)議和應用的AXI-DMA核的工作原理。然后給出測試所用的平臺zynq-7000的組成和性能，結(jié)合關(guān)鍵性實驗演示相關(guān)開發(fā)工具的使用。

4、接著根據(jù)OpenFlow交換機的結(jié)構(gòu)，設計利用SOC技術(shù)實現(xiàn)SDN交換機所適合的整體架構(gòu)并規(guī)劃具體的交換機各部分功能實現(xiàn)方式。按照從硬件到軟件，底層到高層的順序逐一介紹。最后，通過對各個功能進行測試，結(jié)果與預計的相符，完成了控制幀傳輸?shù)哪康摹６医粨Q機與控制器可以順利建立連接，完成幾種控制幀的交互。關(guān)于AXI通道的性能，也是測試中比較重要的部分，不過因為方向較新，沒有進行對比，但是測出的性能非常優(yōu)秀，完全可以滿足交換機控制幀的傳輸要求。