基于FPGA的IPV6数据包的拆装实现

基于FPGA的IPV6数据包的拆装实现
王志远, 杜诗武, 曲 晶
(信息工程学院 信息技术研究所,河南 郑州 450002)
 
　　摘　要：介绍了一种运用FPGA将IPV6数据包的包头和数据部分分离并重新封装的方法。利用该方法,可以使IPV6数据包的拆装处理速度达到2Gbit/s以上。
　　关键词：FPGA IPV6数据包 拆装 FIFO

　　笔者在参与国家“863”重大专题项目“高速密码芯片及验证平台系统”的过程中,遇到了将IPV6数据包的包头和数据部分拆开,然后把数据部分送密码芯片进行加/解密处理,最后再将处理后的数据部分与包头重新封装为数据包的课题。以往对IP包进行拆装多利用软件实现,但本项目涉及到配合高速密码芯片(处理速度在2Gbit/s以上)工作的问题,显然利用软件实现IP包的拆装在速度上达不到要求。为此,笔者运用FPGA(型号为Xilinx公司的XC2VP20—FF896CGB0345)来实现IPV6数据包的拆装。该FPGA内部逻辑框图如图1所示。

图1 FPGA内部逻辑框图

　　其工作流程为:2.5GHz的标准IPV6数据包串行差分信号通过ROCKETIO高速通道后转换为16位125MHz并行信号,再经信号转换模块进一步转换为66位62.5MHz并行信号后进入FIFO1缓存,然后对其输出数据进行判断,若是报头则送入FIFO3缓存,若是数据部分则送入FIFO2缓存,最后将FIFO2数据送往密码芯片进行处理;经密码芯片处理的数据首先放入FIFO4进行缓存,然后控制FIFO3和FIFO4将一个数据包的头和数据写入FIFO5中,重新封装成一个完整的数据包;重新封装的IPV6数据包经过信号转换模块变为16位125MHz的并行信号,并通过ROCKETIO高速通道转换为2.5GHz高速串行差分信号送出。
　　可以看出,经过以上流程,实现了一个数据包的拆分和重新封装。
1 IPV6数据包的拆分
　　用FPGA实现IPV6数据包的拆分,主要是通过控制几个FIFO的数据输入输出来实现的。FPGA内部的拆分单元电路的物理连接如图2所示,其中FIFO1的作用是缓存IPV6数据包,FIFO2的作用是缓存IPV6数据包的数据部分,FIFO3的作用是缓存IPV6数据包的包头。

图2 拆分单元电路物理连接图

　　图中的三个FIFO都是由Xilinx公司的开发工具ISE6.1自带的Core IP生成的。其中FIFO1和FIFO3是同步FIFO,工作时钟为频率62.5MHz,输入输出数据宽度都是66bit;FIFO2是异步FIFO,输入时钟频率为62.5MHz,输出时钟频率为50MHz(密码芯片的工作时钟频率为50MHz),输入输出数据宽度都是64bit。
　　FIFO1的输入数据为IPV6数据包,格式如表1所示。可以看出,该数据是以并行的66bit信号传输的,即每一时钟周期并行传送66bit数据。其中每个周期的高两位(即65位和64位)为数据包的头尾标志,这是IPV6路由器内部根据实际处理需要加上的,“10”表示一个完整数据包的第一周期,“11”表示数据包的中间内容,“01”表示一个完整数据包的最后一个周期。因为IPV6数据包的包头是固定长度的,为40字节(等于5