一(yī)、概述    &nb花開sp; “我(wǒ)(wǒ)OpenBox又(yòu)回來了！” 朋金 沉寂了16個月，終于又(yòu)提筆員樂開(kāi)始寫《硬件二層交換設計與實現》。從軟件設計到硬件設計需要這低空麽長時間嗎(ma)？答案是肯定的，不僅需要，而且這點時間還刀機隻能初入Verilog代碼編程之門。 但從網絡實車月驗教學的角度來看，這是不可接受的。故我(wǒ)(wǒ)們想換個思路，走走答吃捷徑。然而這一(yī)走，便走了整整16月有餘。 所幸略有小靜麗(xiǎo)成，與君分(fēn)享，共勉自學、自研、自證之艱辛科從與快樂。 二、支持P4的FAST架構軟硬件全可編程平台     &nb上坐sp;A）P4與Tofino     兒哥 書(shū)上或網上能找到的内容請大(dà)家自行查找了坐影解。見：https://p4.org      高遠B）FAST全軟件可編程平台     知制; FAST架構在我(wǒ)(wǒ)們之前的文章中(z喝子hōng)有介紹，該平台也是一(yī)種典型的SDN匠媽架構設計，硬件數據平面主要包括FPGA OS和UM兩部分(fēn)習路，核心邏輯處理在UM模塊中(zhōng)。這師UM又(yòu)分(fēn)成了5個不同邏輯功能流水線， 用戶可紅民以針對此流水線進行改造升級或擴展新的流水級功能。然而資身，使用Verilog語言來開(kāi)發FPGA芯片功能着實是一(yī)件還鐘比較有難度的事情，至少在成爲一(yī)個合到和格的Verilog代碼工(gōng)程師之前來說，确實有比較漫長和艱辛的路程兵唱要走。
   街窗  受P4編程思想的啓發，嗎冷我(wǒ)(wǒ)們決定将FAST架構中(zhōng放黑)的UM部分(fēn)更換成具備P4開(kāi)紅年發能力的硬件邏輯部件。故該平台依然采用多核CP鄉土U加FPGA架構，P4邏輯全采用FPGA編寫，所有功能和指令邏輯全在金靜硬件實現。    下農  C）基本功能 數們   &nbs嗎動p;  1.分(fēn)組前9熱會6字節内，小(xiǎo)于128的任意bit位，任意多個PHV秒月對象定義；
   地兒  2.支持32字節Meta熱火data對象編程，含16字節用戶自定義Metadata内容；
     3.街人分(fēn)組前60字節内，任意bit位對象查表匹配，精确匹配房高與帶掩碼匹配，匹配字段支持輸入端口等Metad員體ata字段；
     4.廠技每動作支持14條指令，支持加、減、與、或、異或、取反等操作；
    &nb姐我sp;5.每個指令執行器中(zhōng)含16個臨時寄存器，支購筆持臨時變量暫存與讀取，位寬支持1到64位；
     6.鐘電支持有狀态的存儲寄存器對象定義與操作，存儲寄存器位寬支持1到64音上位，最大(dà)個數支持128個。支持多個寄存器對象編程；
     7費制.支持對分(fēn)組進行協議插入與删除，長度支持1到16字節；
    &n懂我bsp;8.動作與指令均支持參數化配置，即可運行前實例化，也可運行友會時調整；
     間些9.支持32種不同邏輯業務處理功能在線編譯、子個在線加載、在線配置、在線卸載，不影響其他業務邏輯；
    跳路 10.提供P4後端編譯器，支持用戶P離間4代碼編譯；
     厭作11.提供P4運行時配置管理工(gōng)具，支持用戶流表配置、媽唱動作配置和寄存器初始配置。 三、硬件設計     &nbs水南p;擁有上述平台編程功能後，對硬件的設計要求便會變得較爲簡單。原遠區來要花較長時間，寫較多代碼的功能,現在可以簡單、快速的實現。    &nbs村綠p; A）設計原理     鐘討; 從交換機的幾個功能步驟開(kāi)始計作，先實現源MAC地址的學習。從平台功能分(遠花fēn)析，使用寄存器部件比較合适。 子嗎 拟定義一(yī)個端口與MAC地址的映射表，時雜存儲在寄存器對象中(zhōng)，使用源MAC地址作爲寄存器對象的索引，話舞分(fēn)組輸入端口号作爲該索引位置的麗海值。在使用目的MAC查表時，亦使用MAC地址作爲索引進行查樹章找，即可獲取該地址學習存儲的端口号。
    &nbs身會p;由于MAC地址爲48位，本平台支持寄存器冷車的深度有限，故本案例中(zhōng)僅取MAC地址的後4位作爲索計資引。故實驗演示時，要求測試主機的MAC地址尾數不同空區。
   &nbs科年p; 單播地址可以采用上述思路進行設備，那組播與廣播地址呢，我(白算wǒ)(wǒ)們本案例拟采用全泛洪的方式先來實現一(yī)個基哥問礎版本。 想要做組播功能可以将組播協議配置作可規則送CPU處理，CPU學習到入組和退組信息友弟後，通過P4的運行時工(gōng)具進行組播MAC與相應端口号的規則配置即可。風大    &n日著bsp; B）代碼實現

action learn_forward廠一()
{
     M相雜AC_PORT.regwrite((u8)hdr.eth.上飛smac&0xF,std_meta.ioport);
   &nbs有到p; std_meta.ioport = MAC_子南PORT.regread((u8)hdr.身又eth.dmac&0xF);
}

action mb_cast()
{
    &nbs習什p;MAC_PORT.regwrite((u8)hdr.eth.smac&0笑呢xF,std_meta.ioport);
     std在刀_meta.ioport = ~std_meta.ioport;
}

四、演示驗證    &nbs笑頻p;  A）軟件核心代碼       日家 B）編譯器結果    &nbs家美p;  C）硬件配置     技司  D）Ping通測試

C:\Users\Administ白話rator>ping 192.168.1.198
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五、總結與下(xià)一(yī)步     &業老nbsp;物(wù)質守恒、能力守恒，苦難亦然守恒。 什年
     爲了讓學生(路高shēng)們在我(wǒ)(wǒ)們平台編男吧寫硬件邏輯少些痛苦，我(wǒ)(wǒ)們兵媽艱苦奮鬥了16個月，對P4的原理、代碼和編譯器進行了仔細琢磨、分(fēn)析和讀答領悟。我(wǒ)(wǒ)們認爲P4是一(yī)門較爲優秀的編程語言，飛票更是一(yī)種硬件編程的創新思路和具體(tǐ)書看表達形式。我(wǒ)(wǒ)們無法去(qù)破解P4的硬件實現也妹，固然也無從參考，而是領悟P4編程方式的精髓理念後，采用了原有FA說算ST架構和部分(fēn)邏輯調整，并配置P4後端編譯适配，打造了現黑司如今的支持P4的FAST架構可編程平台。
    這愛; 本平台結合了FAST架構與P4可編程的雙重優勢。支持慢男用戶在最底層硬件到最高層軟件全方便的編程海樹與驗證，而且編程語言均使用C語言和類似C的P4語言去煙，進一(yī)步降低了學習與使用難度。
    又數; 下(xià)一(yī)步，做個硬件路由器？或者您有更美好的想法，人習我(wǒ)(wǒ)們可以試一(yī)試！   &nbs窗我p;  有需要開(kāi)發可編程硬件（FPGA、A放說SIC等）的P4後端編譯器，或獲得本平台介紹相關源碼的客戶，請與行物15116127200(微信同号）聯系，閱讀更多FAST相如還關文章請進入以下(xià)公衆号。