FAST的目標是面向SDN的教學與科研，基于開源方式開發出一套以FPGA為核心的SDN交換機實現代碼，包括FPGA硬件源碼以及交換機中CPU上運行的相關軟件源碼。

參與SDN科研與教學的研究人員、教師和學生不但能夠直接利用這些源碼，在FAST支持的FPGA交換平臺上生成可運行的SDN交換機，并與通用SDN控制器，如floodligjt，ODL等，互連組建自己的SDN網絡；而且能夠直接參與到FAST交換機的開發中，編寫并提交自己的FPGA功能模塊或軟件程序，擴充現有FAST交換機的功能。

一、FAST的代碼組成

FAST項目代碼主要有三個來源。一是2011-2015年期間，國防科大計算機學院研究生參加《路由器原理與設計》實驗課中基于NetMagic08平臺的課程設計成果；二是2012年以來，國防科大、香港理工大學、北京郵電大學、東南大學、中科院計算所等單位基于NetMagic08和NetMagic Pro平臺進行的互聯網測量、SDN交換和軟件定義的實驗床等相關開發成果；三是湖南新實網絡科技有限公司基于NetMagic08開發的網絡教學案例NetEXP的設計代碼。

這些來自多個FPGA交換項目的代碼包括FPGA硬件設計代碼（Verilog程序），交換機上CPU運行的控制軟件代碼，以及組成相關demo需要的其他代碼（如基于RESTAPI編寫的APP代碼），詳細組成如下表所示。

硬件代碼

IPv4/IPv6/LISP協議報文的分析代碼；?
精確匹配查表算法實現代碼；?
支持掩碼的查表匹配算法（Stride BV算法）實現代碼；?
靜態/動態緩沖區管理代碼；?
基于令牌桶的流量控制代碼；?
優先級調度代碼；?
分組分片和重組代碼；?
LISP隧道實現代碼；?
Netmagic訪問控制協議（NMAC）硬件實現代碼；?
可靠傳輸協議（OpenVAS）硬件實現代碼；

軟件代碼

交換機側的openflow通道代碼；?
交換機側的流表管理代碼；?
BV算法的規則變換代碼；?
令牌桶控制器代碼；?
本地配置界面代碼；?
計數器顯式代碼；?
虛擬網絡接口代碼；?
NMAC控制端代碼；?
可靠傳輸協議（OpenVAS）控制端代碼；

實現的典型交換機和網絡設備

自學習L2交換機?
支持Openflow1.0的SDN交換機?
支持openflow1.3的SDN交換機?
IPv4路由器?
LISP XTR路由器?
軟件定義隧道交換機（用于軟件定義實驗床構建）?
支持NETEXP網絡教學案例的NetLabs平臺

雖然目前這些代碼只在NetMagic08和NetMagic Pro平臺上，但實際上大多數代碼都是與平臺無關的。因此FAST軟硬件架構中都顯式區分了平臺的相關代碼和平臺無關的代碼，便于SDN交換機的軟硬件實現代碼的跨平臺移植。

二、FAST代碼樹結構

FAST項目在github（ https://github.com/FAST-Switch/fast ）上的代碼樹結構如下，在頂級目錄中，主要包含lib、Project、docs三個子目錄和按照github要求提供的README和LICENSE文件。

Lib目錄中包含所有平臺相關及與平臺無關的軟硬件代碼，其分類組成如代碼樹各目錄后面的注釋所示。所有FPGA設計代碼被分為pipeline和platform兩類。pipeline是平臺無關的代碼，對應openflow轉發流水線的實現邏輯，包括轉發動作action、buffer、keygen、match、parser和other幾個目錄，分別放入相應額代碼。例如Stride BV算法實現放在match目錄中，IPv6協議分析放在Parser目錄中，令牌桶實現放在action中。平臺相關代碼包括網絡接口分組收發代碼，接口CRC校驗實現代碼，FPGA與CPU通信代碼，FPGA訪問外圍存儲器，如DDR、TCAM等的控制器代碼等。在NetMagic08和Pro平臺中，用戶模塊（UM）之外的代碼都是平臺相關代碼。

Lib目錄中software子目錄包含交換機CPU上執行的軟件代碼，同樣分為平臺無關代碼和平臺相關代碼。平臺無關代碼包括openflow控制通道實現代碼，表管理代碼，算法相關代碼，數據平面服務擴展（如實現的有狀態防火墻）代碼等；平臺相關代碼包括NetMagic08控制終端Cpu上運行的NMAC協議軟件，NetMagic Pro自帶Cpu上運行的PCIe驅動軟件，多接口虛擬驅動軟件等。平臺相關軟件對上層應用采用相同的API接口，使用虛擬地址空間的思想對軟件可訪問的硬件資源進行抽象和標識。虛擬地址空間是FAST實現的重要概念，在后續文章中會有詳細介紹。

Project中包含了目前實現的各種FPGA交換機的實例，包括L2交換機，軟件定義的隧道交換機（用于軟件定義實驗床構建），各類SDN交換機等。Doc目錄包含FAST代碼相關的各種文檔資料等。

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圖1 FAST代碼結構

需要注意的是，在Project的每個實例目錄中，并不包含相關的源代碼，而是包含了硬件FPGA的工程配置文件（如altera FPGA平臺對應的.qsf文件）和軟件編譯需要的makefile文件。在這兩個文件中，分別通過相對路徑包含了本項目實現需要的所有硬件源文件和軟件源文件。因此用戶通過這兩個文件可以索引到本項目所有的源文件，通過FPGA開發環境（如Quartus II）對工程配置文件直接編譯和映射即可生成FPGA配置文件，通過編譯makefile文件即可獲得軟件的執行映像。

如何獲取和使用github上的FAST代碼將在后續的文章中詳細介紹。

三、FAST代碼的優化與整合

目前FAST已經在github上初步建立了代碼樹結構，各類FPGA交換機設計代碼和文檔正在陸續上傳。在這些代碼和文檔上傳結束后，還有大量的代碼優化與整合工作要做，主要包括兩方面。

一方面是代碼的清理與測試驗證。當前FAST代碼主要來自研究生，質量層次不齊，風格五花八門,因此需要刪除或重寫嚴重不符合質量要求的代碼，同時對代碼的功能進行重新測試，發現bug及時進行修復和更新。在初步的代碼清理和測試驗證后，FAST可基本達到類似于NetFPGA項目的開源效果，即實現代碼倉庫功能。用戶可通過查找相應的project目錄，更加方便地獲取相應的軟硬件設計代碼，在自己的FPGA平臺上運行和測試，利用github進行bug報告提交，促使源文件的不斷完善和更新。

另一方面，與NetFPGA項目不同，FAST希望做到與平臺無關，因此需要將軟硬件代碼分別分成與平臺無關和與平臺相關的兩部分，對不同工程中大量重復的與平臺無關的代碼，如令牌桶控制代碼和轉發查表代碼等，需要最大程度采用參數傳遞的方式進行重新實現，以減少相同功能模塊實現副本的數量，簡化后續版本管理的壓力。

希望通過上述工作，能夠將當前FAST項目中多套完全獨立的代碼逐漸發展成為一套功能齊全，質量較高的代碼，同時吸引更加廣泛的科研人員加入到FAST的開發中，使FAST真正成為支持SDN科研和教學的平臺。