可扩展的嵌入式网络平台

时间：07-07 来源：与非网点击：

图 2. 10/100以太网

图 3 –千兆比特以太网

图 4.不同赛灵思网络解决方案性能比较

图4中的表对于前面所给出的三种网络子系统的TCP/IP载荷吞吐能力进行了比较。需要指出的是，由于三种子系统性能差异巨大，因此Y轴采用的是对数坐标。

影响TCP性能的因素

许多因素都会影响到TCP性能，包括硬件和软件。下面列出了这些会影响系统TCP吞吐能力的相关因素：

处理器

a.频率：TCP/IP协议通常需要将载荷从用户缓存拷贝到协议栈控制的缓存，然后再将其拷贝到以太网MAC的FIFO中去。这些存储器拷贝操作有些是以软件方式完成的，因此需要处理器的处理周期。同时处理器还参与TCP校验和的计算，计算过程中需要将整个数据包从存储器读出。更快的处理器配合更快的存储器能在更短的时间内完成这些操作，从而可以保持较高的数据速率。

b.功能：TCP/IP协议栈需要对数据包的头和载荷进行访问处理。做为头处理的一部分，典型的访问包括读取头信息的特定位。因此每个数据包的处理过程都需要一些移位、相加和简洁操作。在可配置的MicroBlaze这样的软处理器中，必须开户完成移位或乘法的指令才能获得更高的性能。

c.缓存：数据包从以太网MAC被拷贝到存储器中之后，将会通过TCP/IP协议栈的不同层。然后TCP/IP栈中的数据包处理代码会被执行。将所有代码和数据包读到缓存中会大大提高处理器效率并提高以太网带宽。
存储器：存储器访问时间和延迟对于系统性能有巨大的影响。典型应用中，TCP/IP协议栈系统并不存储在本地存储器中，程序和数据存储在外部存储器中。存取数据和指令所花费的时间对于性能有很大影响。存储器因素通常与缓存大小有关。提高指令和数据缓存大小有助于减轻外部存储器延迟和存取时间所带来的影响。
以太网MAC：在FPGA中实现的以及网MAC外设提供了很大的灵活性，特别是在工作模式（无DMA与SGDMA）、数据包FIFO深度、DRE支持、CSO支持以及巨型帧（jumbo frame）支持方面。这些功能中的每一项都会影响到MAC所需要的资源，以及其能够从处理器分流的功能多少，从而对整体性能造成影响。
TCP/IP协议栈：灵活的优化TCP/IP协议栈是影响系统性能的重要因素。对硬件CSO和零拷贝API（数据不需要从应用拷贝到协议栈缓存）以及可配置栈选项等TCP/IP栈功能的支持都需要系统性能支持。
消息大小：消息（应用数据）的大小是影响性能的另一个因素。随着消息变小，TCP/IP协议头（如TCP、IP和以太网头）的开销增加，从而会减小总体的数据载荷吞吐能力。

结论

嵌入式性能对网络性能的要求差异很大，这些要求在产品生命周期中也在不断演变。为了让设计满足范围如此宽且在不断变化的要求，需要灵活可扩展的解决方案。

赛灵思公司的包括PowerPC 和 MicroBlaze处理器、全面的设计工具和可定制IP在内的嵌入式解决方案可帮助设计人员构建可扩展的网络子系统，其性能可以满足范围广泛的不同应用的需要。

有关这些网络解决方案的更详细信息，请参考赛灵思应用指南XAPP433、XAPP730、XAPP902和XAPP807。这些应用指南可从 www.xilinx.com/cn/apps下载。

作者：Navanee Sundaramoorthy 赛灵思产品营销经理 @xilinx.com">navanee@xilinx.com
Sathya Thammanur 赛灵思软件总工程师 @xilinx.com">sathyanarayanan.thammanur@xilinx.com

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