München, Techn. Univ., Diss., 2004. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003. Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Techn. Univ., Diss., 2004. / Computerdatei im Fernzugriff.

Hamburg, Techn. University, Diss., 2005.

München, Techn. University, Diss., 2004. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003.

From the initial implementations for the DEC PDP-11 to those of today done for commodity PICs, the TCP/IP code stack continues to work its way into a smaller and more omnipresent class of devices. One shortcoming of current devices on the leading edge of this trend is that they belong more to the microcontroller categories, which typically lack any appreciable signal processing capability. Applications such as consumer electronics and wireless sensor networks could benefit greatly from single-chip network-capable devices which are based on a Digital Signal Processing (DSP) core rather than a microcontroller. This report details the design and implementation of a partial TCP/IP code stack intended for such a DSP. / text

Techn. Hochsch., Diss., 2000--Aachen.

O aumento da popularidade da Internet e a criação de novos meios de transmissão estimulam um explosivo crescimento da taxa de transmissão de dados sobre a Internet. Assim, o processamento TCP/IP baseado em software torna-se um gargalo por não processar os pacotes na velocidade das linhas de transmissão, em especial os pacotes da camada de transporte. Conseqüentemente, surge a necessidade de implementação em hardware do processamento TCP/IP, o que traria vantagens como aceleração do processamento do fluxo de dados. Neste sentido, este trabalho apresenta a arquitetura do iNetCore, descrita em VHDL, para processamento dos protocolos das camadas de rede e transporte em hardware. Duas implementações desta arquitetura foram elaboradas, buscando explorar o espaço de projeto e analisar os resultados obtidos na síntese para a tecnologia ASIC e FPGA, e o desempenho no processamento de pacotes. Uma arquitetura HW/SW contendo o iNetCore foi prototipada sobre a placa Virtex- II Pro Development System. Em conjunto com essa arquitetura, foi implementada uma interface de comunicação com o barramento OPB, tornando possível a implementação de softwares da camada de aplicação que queiram usar a pilha TCP/IP desenvolvida em hardware. Por fim, foram efetuados experimentos para avaliar o desempenho da arquitetura HW/SW no processamento de segmentos TCP. A arquitetura HW/SW em conjunto com o iNetCore alcançou um throughput de até 1,45 Gbps, possibilitando o uso da arquitetura para processamento de pacotes TCP/IP na plenitude de banda disponíveis em redes gigabit. / The advent of new transmission lines stimulates an explosive increase of the Internet data-transmission rate. Thus, the TCP/IP processing based on software became a bottleneck, because it cannot reach the transmission line speed required, specially in the transmission of transport layer packets. This limitation brings the necessity of implementation of the TCP/IP processing in hardware, what it would bring advantages in the acceleration of data flow processing. In this way, this work presents the iNetCore architecture, described in VHDL, able to process the transport and network layers protocols in hardware. Two implementations of this architecture were implemented. The objective is to explore the design space and to analyze the results in ASIC and FPGA technology synthesis. Also, a simulation environment was built to analyze the performance in the packets computation. A HW/SW architecture containing the iNetcore was prototyped on Virtex-II Pro Development System board. In conjunction with this architecture, it was implemented a communication interface with OPB bus, which makes possible the development of application layer softwares that may use the hardware TCP/IP stack developed. Finally, experiments were realized in order to evaluate the HW/SW architecture performance in the TCP segments processing. The HW/SW architecture together with the iNetCore reached a throughput of about 1.45 Gbps in the TCP/IP packets processing. It proves its potential to use available bandwidth in gigabit networks.

O aumento da popularidade da Internet e a criação de novos meios de transmissão estimulam um explosivo crescimento da taxa de transmissão de dados sobre a Internet. Assim, o processamento TCP/IP baseado em software torna-se um gargalo por não processar os pacotes na velocidade das linhas de transmissão, em especial os pacotes da camada de transporte. Conseqüentemente, surge a necessidade de implementação em hardware do processamento TCP/IP, o que traria vantagens como aceleração do processamento do fluxo de dados. Neste sentido, este trabalho apresenta a arquitetura do iNetCore, descrita em VHDL, para processamento dos protocolos das camadas de rede e transporte em hardware. Duas implementações desta arquitetura foram elaboradas, buscando explorar o espaço de projeto e analisar os resultados obtidos na síntese para a tecnologia ASIC e FPGA, e o desempenho no processamento de pacotes. Uma arquitetura HW/SW contendo o iNetCore foi prototipada sobre a placa Virtex- II Pro Development System. Em conjunto com essa arquitetura, foi implementada uma interface de comunicação com o barramento OPB, tornando possível a implementação de softwares da camada de aplicação que queiram usar a pilha TCP/IP desenvolvida em hardware. Por fim, foram efetuados experimentos para avaliar o desempenho da arquitetura HW/SW no processamento de segmentos TCP. A arquitetura HW/SW em conjunto com o iNetCore alcançou um throughput de até 1,45 Gbps, possibilitando o uso da arquitetura para processamento de pacotes TCP/IP na plenitude de banda disponíveis em redes gigabit. / The advent of new transmission lines stimulates an explosive increase of the Internet data-transmission rate. Thus, the TCP/IP processing based on software became a bottleneck, because it cannot reach the transmission line speed required, specially in the transmission of transport layer packets. This limitation brings the necessity of implementation of the TCP/IP processing in hardware, what it would bring advantages in the acceleration of data flow processing. In this way, this work presents the iNetCore architecture, described in VHDL, able to process the transport and network layers protocols in hardware. Two implementations of this architecture were implemented. The objective is to explore the design space and to analyze the results in ASIC and FPGA technology synthesis. Also, a simulation environment was built to analyze the performance in the packets computation. A HW/SW architecture containing the iNetcore was prototyped on Virtex-II Pro Development System board. In conjunction with this architecture, it was implemented a communication interface with OPB bus, which makes possible the development of application layer softwares that may use the hardware TCP/IP stack developed. Finally, experiments were realized in order to evaluate the HW/SW architecture performance in the TCP segments processing. The HW/SW architecture together with the iNetCore reached a throughput of about 1.45 Gbps in the TCP/IP packets processing. It proves its potential to use available bandwidth in gigabit networks.

O aumento da popularidade da Internet e a criação de novos meios de transmissão estimulam um explosivo crescimento da taxa de transmissão de dados sobre a Internet. Assim, o processamento TCP/IP baseado em software torna-se um gargalo por não processar os pacotes na velocidade das linhas de transmissão, em especial os pacotes da camada de transporte. Conseqüentemente, surge a necessidade de implementação em hardware do processamento TCP/IP, o que traria vantagens como aceleração do processamento do fluxo de dados. Neste sentido, este trabalho apresenta a arquitetura do iNetCore, descrita em VHDL, para processamento dos protocolos das camadas de rede e transporte em hardware. Duas implementações desta arquitetura foram elaboradas, buscando explorar o espaço de projeto e analisar os resultados obtidos na síntese para a tecnologia ASIC e FPGA, e o desempenho no processamento de pacotes. Uma arquitetura HW/SW contendo o iNetCore foi prototipada sobre a placa Virtex- II Pro Development System. Em conjunto com essa arquitetura, foi implementada uma interface de comunicação com o barramento OPB, tornando possível a implementação de softwares da camada de aplicação que queiram usar a pilha TCP/IP desenvolvida em hardware. Por fim, foram efetuados experimentos para avaliar o desempenho da arquitetura HW/SW no processamento de segmentos TCP. A arquitetura HW/SW em conjunto com o iNetCore alcançou um throughput de até 1,45 Gbps, possibilitando o uso da arquitetura para processamento de pacotes TCP/IP na plenitude de banda disponíveis em redes gigabit. / The advent of new transmission lines stimulates an explosive increase of the Internet data-transmission rate. Thus, the TCP/IP processing based on software became a bottleneck, because it cannot reach the transmission line speed required, specially in the transmission of transport layer packets. This limitation brings the necessity of implementation of the TCP/IP processing in hardware, what it would bring advantages in the acceleration of data flow processing. In this way, this work presents the iNetCore architecture, described in VHDL, able to process the transport and network layers protocols in hardware. Two implementations of this architecture were implemented. The objective is to explore the design space and to analyze the results in ASIC and FPGA technology synthesis. Also, a simulation environment was built to analyze the performance in the packets computation. A HW/SW architecture containing the iNetcore was prototyped on Virtex-II Pro Development System board. In conjunction with this architecture, it was implemented a communication interface with OPB bus, which makes possible the development of application layer softwares that may use the hardware TCP/IP stack developed. Finally, experiments were realized in order to evaluate the HW/SW architecture performance in the TCP segments processing. The HW/SW architecture together with the iNetCore reached a throughput of about 1.45 Gbps in the TCP/IP packets processing. It proves its potential to use available bandwidth in gigabit networks.

published_or_final_version / abstract / Electrical and Electronic Engineering / Doctoral / Doctor of Philosophy