吕民强等

[摘 要]本文分析了高速网卡与主机的通信方式——基于描述符的DMA通信机制，研究了提高网卡与主机通信性能的技术——提高总线带宽和减少中断开销。

[关键词]中断；描述符；DMA

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.059

随着网络技术，尤其是光纤技术的快速发展，互联网通信带宽不断提升。网络应用的性能需求表现为高吞吐率、低延迟、低主机开销和低存储开销等特点[1]。这些特点对网络接口卡与主机的通信性能提出了更高的要求。

1 高速网卡整体结构

高速网卡的硬件结构如图1所示，包括：IO接口部分、DMA引擎部分、接收和发送FIFO、以太网MAC协议处理部分和物理层（PHY）模拟信号处理部分，此外，还有一些辅助模块，如EEPROM接口模块，扩展BootROM接口模块，LED控制和整个芯片的命令状态寄存器（CSR）部分。IO接口主要负责和主机进行通信；DMA引擎模块主要负责数据包的具体控制，包括配合IO接口的控制动作、DMA访问起始地址的控制；MAC模块则负责处理以太网CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议；物理层（PHY）负责处理网卡与网卡之间的信号连接以及对信号进行恢复，配置寄存器CSR负责对网卡的特性进行设置。

高速网卡硬件结构

网卡有两路数据通道：一是数据发送过程：从主机网络协议栈传来的数据包，通过IO接口，由TxDMA控制到达TxFIFO先暂存起来，当TxFIFO暂存的数据包到达一定阈值时，TxMAC将TxFIFO中的数据包按CSMA/CD协议发送到具有自适应选择功能的PHY层，再由双绞线或者光纤发送到外部网络上。一是数据接收过程：网络上的数据信号被物理层捕获，转换为并行数据后传送到接收MAC，接收MAC判断数据包是否接被接收，将接收的数据包送进接收FIFO先暂存起来，当接收FIFO数据达到一定阈值后，RxDMA会通过IO模块，将数据传送到主机内存，完成数据包的接收[2，3]。……