現在,已經有用于平臺FPGA的網絡處理核心和數據包處理參考設計。此外,Virtex-II Pro FPGA支持所有流行的并行（單端和差分）和串行系統接口標準,從而使其可容易地實現與所有協議的接口,可連接線路卡上的任何器件。
您如何為您的系統選擇正確的器件或器件組合？您首先需要確定系統要求并對其進行優(yōu)先排序。我們下面討論您應當考慮到的一些通用參數。
二、選擇正確的解決方案
對于任何數據包處理解決方案,為了選擇正確的解決方案都需要考慮幾個因素。盡管有些因素依賴于具體應用,但也有一些需要考慮的共同因素。
網絡位置
根據數據包處理設備在網絡中的位置,處理速度和線速度要求都有不同。核心設備線路卡工作在非常高的線速度（40 Gbps,有時為 10 Gbps）,因此除了數據轉發(fā)外幾乎沒有為數據包處理留下多少時間。另一方面,邊緣設備工作在相對較低的線速率（約 1 Gbps）,這兒的處理任務比較密集,主要完成內容相關的處理和深度數據包處理。此外,邊緣設備經常還需要處理TCP/IP端接。總的來說,設備離消費者越近,處理任務就越密集。
事實證明,包括NP和FPGA在內的可編程解決方案對核心設備和邊緣設備都是很理想的。在網絡核心,它們在連接不同協議提供所需要的性能方面具有優(yōu)勢。FPGA支持邊緣設備和存儲網絡,為它們提供多種協議支持,以及進行內容相關（content-aware）的處理的能力。
上市時間和在市場生存時間
由于存在眾多不同的競爭廠商,產品第一個進入市場意味著獲得更好的營收。靈活性不應該有代價 —— 如果靈活性需要更長的設計時間和次于最優(yōu)的性能,那么它就反而違背了其最初保證更短的上市時間的承諾。
產品在市場生存時間是另一個重要的參數�？删幊探鉀Q方案的可擴展能力支持隨著時間對產品進行升級,從而可延長產品在市場生存的壽命。這可使供應商在更長的時間內從其產品中獲得營收,同時通過向其客戶提供新的服務甚至有可能創(chuàng)造一種新的營收產生機制。
雖然FPGA和NP提供了類似的靈活性,但FPGA提供可擴展能力的同時并沒有犧牲性能。這是由于其硬件為中心的可編程能力。例如,Xilinx Virtex-II Pro FPGA基于標準的平臺架構,并以其邏輯結構為基礎集成了嵌入式收發(fā)器和處理器等部件�？蛻艨梢钥焖購�1G 以太網擴展為10G以太網,以及未來的40Gbps (OC-768)標準。
深度數據包處理
雖然第2層和第3層處理可利用ASIC容易地完成,但更深的第4層或第5層的數據包處理則需要區(qū)分相似業(yè)務類型的數據包優(yōu)先級別。例如,如果您需要根據業(yè)務類型決定提供的服務級別,那么深度數據包處理就非常關鍵。服務供應商不僅需要區(qū)分一個視頻數據包流和一個數據數據包流的優(yōu)先級,還需要區(qū)分兩個不同視頻數據包流的優(yōu)先組—其中A公司付費較低,而B公司付費較高。
可編程邏輯解決方案可以對此類數據包進行深度處理。ASIC不能很好地完成深度數據包處理是因為它們不能很好地處理變化的參數。例如,如果有新型業(yè)務需要處理,ASIC不能適應這些新的要求。在NP和FPGA之間,NP可以很好地以低成本處理非經常的深度處理,而FPGA則特別適合直到更高層的高性能數據處理。此外,如果采用NP進行深度數據包處理則需要多個NP,但單塊FPGA即可完成這一工作。NP是將需要深度處理的特殊數據包做為異常來處理的,這一過程通常需要大量處理器資源。異常處理的速度只能通過采用多個NP來改善。這主要是因為NP處理是基于RISC的,而FPGA則采用硬件并行處理。多個NP帶來硬件和軟件劃分的挑戰(zhàn),并增加了軟件復雜性,更不用說系統延遲和功耗了。
接口標準
在網絡行業(yè),新的協議和接口標準每天都在涌現�？匆幌逻^去5年,我們可以發(fā)現為了提高帶寬和性能,接口標準從共享總線接口向源同步并行接口,再向基于時鐘數據恢復的串行接口的轉變。此外,電子和光學系統接口和協議也在變化。事實上,每幾個月都有一種新標準出現。這些變化極大影響了設備的壽命。
基于ASIC的解決方案不能適應接口和協議的任何變化。盡管NP可處理較小的協議變化,但它們卻不能隨著接口標準的變化而擴展。另一方面,平臺FPGA支持眾多并行和串行標準,如RapidIO、HyperTransport、 XSBI、 SFI-4、 XAUI、 Serial RapidIO、Infiniband等。如此大的靈活性使系統供應商可橋接現有標準和新興標準,提供更長的產品壽命和可擴展能力。
軟件
軟件是網絡設備的一個整體部分,主要完成數據平面和控制平面處理功能。針對網絡設備而設計的ASIC器件通常由嵌入式PowerPC或MIPS處理器組成。采用以處理器為中心的設計其主要優(yōu)點在軟件方面點。控制平面軟件是許多OEM的主要增值點所在,它可幫助OEM與競爭廠商區(qū)別開來。因此,代碼重利用能力對于上市時間和老產品支持是必須的。C代碼相對更容易開發(fā),并可更容易地擴展/移植到新的處理器。DSP（數字信號處理）設計人員和系統設計師非常理解這一點,并在代碼重利用而不是性能更為關鍵的時候優(yōu)先采用DSP處理器。
不幸的是,由于NP的代碼大多數是不可移植的,要么是專用的匯編代碼或者是太簡化的不適合移植的定制C。匯編代碼是面對特定的處理器的,并需要較長的開發(fā)時間,而且還帶來被鎖定在某一供應商的風險。事實上,針對某一供應商的NP設計的代碼可能甚至都無法移植到來自同一供應商的未來NP產品中。NP行業(yè)已充分意識到這一點,并正在致力地通過標準化工作重新贏得設計人員的信任。另一方面,利用FPGA時您獲得了軟件可擴展能力,但卻面臨用HDL或C編寫數據平面處理和利用C代碼進行控制平面處理的挑戰(zhàn)。采用專用的匯編代碼來實現功能是危險的,這比利用業(yè)界標準的HDL和C進行設計更為困難。通過在象Virtex-II Pro器件這樣的平臺FPGA器件中集成業(yè)界標準的嵌入式IBM PowerPC處理器,保證代碼移植性變得更容易。一些FPGA供應商（如Xilinx）提供基于一個平臺、一級工具集的設計方法,從而支持軟件在所有FPGA器件間的無縫移植。
功耗
根據設備在網絡中的位置,功耗可能會成為一個很大的問題。線路器上器件（包括NP、FPGA、協處理器ASSP、高性能存儲器等）數量的增加都會導致總體功耗的累積增加效應。就系統可擴展性和性能來說,這可能會變成真正的夢魘。對于給定的要求來說,ASIC可提供更好的功耗表現,可編程解決方案無法與之相比。然而,考慮到ASIC在所有其他方面的限制,可變的可調和解決方案是必須的�；贜P的系統需要多個協處理器ASSP和超快速存儲器來解決處理器為中心的模式所帶來的內在限制,這大大增加了功耗�；贔PGA的解決方案需要極小的協處理器并采用低功耗的SDRAM存儲器,因此可以滿足大多數系統的要求,并保證系統功耗比較低。
數據安全性
加密是安全數據網絡的關鍵,而在日益強調安全性的今天更是如此。IPSec在VPN中用于網絡安全性,它同時需要控制通道和數據通道支持�？刂破矫婧完P鍵的交換可以利用運行在RISC引擎（如PowerPC處理器）上的軟件來實現。但數據通道需要以Gbps線速度進行處理的AES和三次DES加密/解密方案,而這是軟件所不可能達到的。
雖然數據安全性可在ASIC中實現,但關鍵的問題是跟上不斷改進的密鑰方案和新算法的變化。NP可以處理安全性問題,但速度難以忍受地慢。因為NP無法進行高性能網絡安全性處理,市面上出現了幾款安全性協處理器（ASSP）,但卻只是增加了器件數量而無法提供所需要的性能或靈活性。平臺PFGA器件為線速度數據處理和針對網絡安全性的靈活控制處理提供了一個單芯片解決方案。嵌入的PowerPC處理器和FPGA中數學功能友好的可編程陣列結構是實現高性能安全性處理的關鍵要素。來自FPGA和IP供應商的AES和三次DES算法知識產權（IP）核心可使設計更為簡單。
表1 線路卡入口號－出口通道上的基礎決策流程
