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PCI Express 的市場、趨勢和應用

作者: 時間:2017-06-04 來源:網絡 收藏


最終用戶需要更多具備多媒體功能的終端;從iPod視頻或YouTube這樣的博客站點就能看出這一趨勢。當用戶接收這類數據時,對于有效存儲和更高的互聯速度的要求變得十分關鍵。

Gbps是今天應用對帶寬的要求,并且注意力也從處理速度轉移到了高速互聯上。多種的串行標準已經出臺。支配這些標準的主要市場需求是:

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201706/348565.htm
  • 可升級的性能
  • 可擴展的功能集,以適應不同的產品型號(芯片到芯片、底板、電纜)
  • 適用于不同細分市場和應用的互聯
  • 在主流的應用中實現低成本的串行解決方案

PCI Express|0">PCI Express(PCIe) 是一種主流的串行標準,它是2002年問世的第三代 I/O 互聯技術,為從 PCI 到 PCIX(參見表1)提供了一條升級路徑。PCIe 已成為PC 產業的標準互聯技術,并且在其它應用中也有巨大的發展動力(圖1)。它具有可升級能力、可擴展的功能集、很強的市場適應能力和低成本特性。


PCIe的核心優勢包括:

  • 高速串行標準能以每條通道2.5Gbps的線速進行雙向通信
  • 基于分層數據包的架構,為模塊化設計創造了條件
  • 通過更簡單的升級就能實現帶寬增強(高達80GB)——1、2、4、8、16和32條通道
  • 先進功能,比如可靠性、電源管理和熱插拔
  • 借助虛擬通道、業務等級和服務質量(QoS)等特性支持下一代三維/多媒體業務
  • 全新外形和革新的設計方便使用,為設計滿足不同細分市場需求的產品創造了條件
  • 軟件投資保護,支持現有的PCI架構和基礎設施


? 注:PCI Express 2.0規范“尚在開發之中”

表1:PCI/PCI-X/PCIe 規格和帶寬

用戶的歡迎、設計訂單和用戶的積極反饋,使我們更好地理解 PCI Express 在客戶產品中固有的優勢。為了能在今天創建解決明日問題的解決方案,并跟上時代迅速發展的步伐,Xilinx 公司在其 VirtexTM-5 LXT 器件中融入了硬 PCI Express 端點模塊(圖2)。

Xilinx 的PCIe 端點模塊的顯著優勢包括:

  • 完整的功能,完全符合 PCIe 基本規格 v1.1 版要求
    • 可配置的 PCIe 端點解決方案
  • 通過PCI plug-fest的兼容性/通用性測試 (www.pcisig.com/developers/compliance_program/integrators_list/pcie)
  • 支持1-、2-、4-或8-通道的實現
  • 符合所有關鍵要求
    • 接面信號標準
    • 協議(CRC、自動重試)
    • QoS
    • 熱插拔
  • 采用 Xilinx® RocketIOTM GTP 收發器模塊
    • PCI Express 終端規格
    • 100MHz 直接參考時鐘
  • 節約資源
    • 內嵌于所有 Virtex-5 LXT 器件
    • 與 GTP 收發機相鄰
  • 簡易設計
    • 縮短設計周期
    • 簡化、直接的設計流程
  • 低成本和低功耗
  • 使用可配置的 block RAM 來進行數據包緩沖處理
    • 接收緩沖器
    • 發送緩沖器
    • 重試緩沖器
  • 簡單的事務處理層接口,便于集成
  • 提供統計和監控數據
    • 信用狀況、最大有效載荷、錯誤信號
  • 兩條虛擬通道用于QoS
    • 循環調度 (round robin)、加權循環調度 (weighted round robin)或嚴格優先級調度

使用Virtex-5 LXT PCIe模塊進行設計

PCI Express 的發展勢頭很旺,并被PC業界廣泛接受。工程師在使用基于 Virtex-5 LXT 的 PCIe 端點進行設計時,也能夠通過利用以下這些優勢,來引導 PCI Express 在新市場上的增值能力:

  • 更快的上市時間。現有的 ASSP 大多不能支持今天的 PCIe; 可把并行的專有協議接口和 PCIe 之間搭建一座橋梁。此外,PCI Express 標準的持續改變,在形成廣泛市場基礎前,阻止了 ASIC/ASSP 的發展。一個典型的案例是最近于2006年9月召開的英特爾開發者論壇上由英特爾和IBM共同發布的 “Geneseo” 架構以推動新應用的發展。Xilinx 公司也積極支持擴展 PCIe 構架的倡議。
  • 更低的功耗和更小的占位面積。使用 Virtex-5 LXT 解決方案(圖3)能達到更高性能同時縮小產品設計的體積。PCIe 端點模塊能夠讓設計人員在選擇更小器件的同時,仍能節省大量的功耗和成本。
  • 專用協議和現有標準與 PCIe 之間的橋梁。傳統產品的小型化(針對 PCI Express 而優化),需要在現有標準和 PCI Express 之間搭建一座橋梁。新型 Virtex-5 LXT 平臺提供了實現這種轉換所需的定制和邏輯資源,還提供了通往其它串行標準的橋梁。
  • 可升級的解決方案。PCI Express 協議已經成為主流,但協議本身和用戶終端還處于迅速發展階段。使用 Virtex-5 LXT PCIe 端點模塊進行設計,使你能夠將同一 Virtex-5 系列產品,從1條通道升級到4條通道,甚至8條通道。這就使你能夠驗證未來的系統和終端。此外,由于 PCIe 本身兼容 PCI和PCIX 構架,升級和設計基于 Virtex-5 LXT 的解決方案,不僅能夠保護現有的軟件投資,而且能夠延長基礎設施的使用壽命。
  • ? 支持多種外觀形狀。Virtex-5 LXT RocketIO GTP 收發機與競爭性 FPGA/ASSP 解決方案相比,具有巨大的功耗優勢。這使得設計人員考慮在面向新市場的產品中使用 Virtex-5 FPGA。借助面向不同解決方案的可擴充邏輯密度,設計人員可以充分發揮65納米 FPGA 內在的優勢,以支持不同的外觀形狀。例如,一張獨立顯卡的臺式機解決方案,可把Virtex-5 LXT外形小型化來達到Express卡的要求。相反,設計人員也可把獨立顯卡的PCle解決方案中的Virtex-5外形改變以支持諸如ATCA、uTCA 和服務器I/O模塊之類的高性能解決方案。

PCI ExpressFabric 拓撲

PCI ExpressFabricTM 拓撲,指這樣一種體系,其中包含了ROOT COMPLEX(RC)、多個終端(I/O器件)、開關和PCI Express/PCI 橋路,它們通過 PCI Express 進行互聯。

RC是I/O層次的根部,將CPU/存儲器子系統與I/O相連。RC可以支持一個或多個PCI Express 端口,例如英特爾芯片組。

開關定義為多個虛擬 PCI 之間的橋路器件的邏輯組,它們使用一種基于地址路由的 PCI 橋路機制來傳遞執行信息,例如 IDT PCI Express 開關。

端點是指能作為 PCI Express 執行的請求者或完成者的那一類器件,可以是 PCI Express自身,也可以是一個非 PCI Express 器件,例如連接在 PCI Express 上的圖形控制器。


帶有內置PCIe 端點模塊的 Virtex-5 LXT FPGA,能夠被用于任何一種外形的產品設計,如表2所示。

表2:Virtex-5 LXT PCIe 端點的應用


圖5和圖6顯示了采用 Virtex-5 LXT PCIe 端點模塊集中多源業務以及實現其他協議和 PCI Express 協議互通的各種應用的框圖。

結論

內置 PCIe 端點模塊和 RocketIO GTP 收發機的 Virtex-5 LXT 平臺,是一種功能全備并且完全符合 PCI Express 總線協議的 PCIe 解決方案,具有極大的價值。現在,產品制造商不再需要購買知識產權許可證,同時可以得到更低的功耗和很少使用的邏輯資源。通過使用功耗只有軟IP替代品50%的更小的 FPGA 器件,能夠大幅度地降低成本。內置的硬模塊可縮短設計時間,保障產品功能和易用性。

Virtex-5 LXT 平臺在一塊高速、低功耗的65納米 FPGA 上提供了獨特的內置 PCIe 能力,開創了高效 PCIe 系統開發的新時代。



關鍵詞: PCIExpress FPGA

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