The growing number of players in Massively Multiplayer Online games puts a heavy load on the network infrastructure and the general-purpose CPU of the game servers. A game server’s network stack processing needs equal treatment to the game-related processing ability. It is a fact that the networkcommunication tasks on the CPU reach the same order of magnitude as the game-related tasks, and the computing capability of the CPU can be a factor that limits the maximum number of players. Therefore, CPU offloading is becoming vital. FPGAs play an essential role in dedicated computation and network communication due to their superiority in flexibility and computation-oriented efficiency. Thus, an FPGA can be a good hardware platform to implement a network stack to replace the CPU in processing the network computations. However, most commercial and open-source network stack IPs support only one or few connections. This thesis project explores a network server on FPGA, implemented in RTL, that can handle multiple connections, specialized in the TCP protocol. The design in this project adds a cached memory hierarchy that provides a filter against port numbers of multiple connections from the same application and an Application Layer Controller, based on an open-source Ethernet, to increase the number of TCP connections further. A proof of concept was built, and its performance was tested. As a result, the TCP server on the FPGA was designed to handle a maximum of 40 configurable connections, but only 25 connections could be maintained during operation due to operational latency constraints. This FPGA server solution provides a latency of 1 ms in LAN. The babbling idiot and out-of-order packet transfer tests from clientswere also performed to guarantee robustness. During testing, poor performance in Packet Loss and Packet Error Handling was noted. In the future, this issue needs to be addressed. In addition, further investigations of methods for expanding the cache need to be done to allow handling more clients. / Det växande antalet spelare i Massively Multiplayer Online-spel belastar nätverksinfrastrukturen och spelservrarnas CPU:er. En spelservers förmåga att bearbeta nätverksstacken måste behandlas lika med den spelrelaterade bearbetningsförmågan. Det är ett faktum att nätverkskommunikationsuppgifterna på processorn når samma storleksordning som de spelrelaterade uppgifterna, och processorns beräkningsförmåga kan vara en faktor som begränsar det maximala antalet spelare. Därför blir avlastning av CPU-viktig. FPGA:er spelar en viktig roll i dedikerad beräkning och nätverkskommunikation på grund av dess överlägsenhet vad gäller flexibilitet och beräkningsorienterad effektivitet. Således kan en FPGA vara en bra hårdvaruplattform för att implementera en nätverksstack, för att ersätta CPU:n vid bearbetning av nätverksberäkningsarna. Men, de flesta kommersiella och öppna källkodsnätverksstack- IP:er stöder dock bara en eller ett fåtal anslutningar. Detta examensarbete utforskar en nätverksserver på FPGA, implementerad mha RTL, som kan hantera flera anslutningar, specialiserad på TCP-protokollet. Designen i detta projekt lägger till en cachad minneshierarki som ger ett filter mot portnummer för flera anslutningar från samma applikation och en Application Layer Controller, baserad på öppen källkod för Ethernet, för att öka antalet TCP-anslutningar ytterligare. Ett proof of concept byggdes och dess prestanda testades. Som ett resultat designades TCP-servern på FPGA:n att kunna hantera maximalt 40 konfigurerbara anslutningar, men endast 25 anslutningar kunde bibehållas under drift på grund av driftsfördröjningar. Denna FPGA-serverlösning ger en latens på 1 ms i LAN. Tester inkluderande den babblande idioten och out-of-order paketöverföring från klienter utfördes också för att garantera robusthet. Under testningen noterades dålig prestanda i paketförlust och paketfelshantering. I framtiden måste denna fråga åtgärdas. Dessutom behöver ytterligare undersökningar av metoder för att utöka cachen göras för att kunna hantera fler klienter.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-309334 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Li, Ruobing |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:15 |
Page generated in 0.007 seconds