深交所UDP行情解码结合镜像功能实现

作者：喻伟 东方证券FPGA加速应用负责人（转） / 邹经纬 国泰君安FPGA产品经理（原创）
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首先介绍一下方案的背景

MDGW将交易所原始行情通过TCP的方式发送给下游行情解码系统。解码系统进行解码后，将明文数据分发给下游的业务系统，采用TCP或者UDP的方式。

于是，深交所推出了新一代的行情传输协议。如图所示，MDDP将原始的行情数据以组播UDP的方式发送到组播私网中，业务系统如需要数据，则可以加入组播私网，而且可以同时公平的接收组播数据。

UDP本身是不可靠的，如果下游的解码系统不能及时的取走，那么就会产生丢包，这时候就需要回补机制将丢掉的包取回来。以一个普通万兆网卡为例，一个9KB的UDP包接收需要7微秒，而且这只是接收，7微妙之后才会解码数据，延时比较大。

根据以上问题，可以考虑基于镜像数据流的FPGA TOE架构。

首先是硬件选型，选择Intel D5005板卡，内置了S10 FPGA，支持OpenCL编程，BSP也内置了商用TOE。

这是具体的硬件架构，左边是FIM部分，基于RTL开发，在集成BSP中，包含了TOE模块和镜像通道模块(Mirror MAC，为了接收以太网大包，设计了边收边解的模式，比如我们将TOE0镜像一部分，通过MirrorMAC通道发送给右侧的AFU部分)，右边是AFU部分，基于OpecnCL开发，包含IP、UDP和MDDP行情解码。

整体架构如上图所示，选择Intel CPU-FPGA异构平台，FPGA插在CPU所在服务器的主板PCIE插槽上，CPU主机程序一般负责控制面，比如FPGA的加载以及链接的建立及状态维护等。FPGA负责数据面的部分，从MDDP网关部分收到组播数据，进行OpenCL解码，将解码后的数据通过UDP的方式发送到私网，这样行情私网的交易系统就可以接收解码后的行情数据了。

软件架构如上图，左侧有两个TOE，TOE0负责进，TOE1负责出。右侧是软件的解码部分，包括MDDP协议解析，行情分发，行情汇聚发送。


如上图所示，0到15比特是包的长度，cid或者叫会话id，类似socket id是16到23比特，24到127比特是一个全5的数据，后面的每一拍都是有效的数据，即有效负载。

MirrorMAC的IO通道如上。前面TOE是16个字节有效，这个里面只有8字节有效，64-71标志多少有效，eoc和soc是起止标志位，然后是crc error，为什么要设置crc error，是因为在接收以太网帧的时候，可能会出现帧校验错误的情况，但是不想影响错误，不想在帧校验之后再处理，如果接收crc error，那么这个包就不发。

左边按照8个字节一拍，右边是没有udp包的ip报文。

整个MDDP体是连续二进制。

写一个循环，内部读取8字节，rd_cnt为0是读取第一个，接下来依次读取报文，然后读取负载数据，处理完成后，发送给下一个环节。


左边是FPGA服务器，右边是报文发送和报文解码。先启动FPGA，再启动UDP接收，最后启动MDDP解码。