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PCI Express 在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

時間:2008-08-27 10:01:00來源:ronggang

導(dǎo)語:?本文從目前應(yīng)用的需要出發(fā),闡明了PCI Express連接技術(shù)出現(xiàn)的必要;分析了PCI Express連接技術(shù)的特性;并把它與PCI總線技術(shù)進(jìn)行比較,給出其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
摘 要:本文從目前應(yīng)用的需要出發(fā),闡明了PCI Express連接技術(shù)出現(xiàn)的必要;分析了PCI Express連接技術(shù)的特性;并把它與PCI總線技術(shù)進(jìn)行比較,給出其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。最后描述了目前各芯片廠商針對PCI Express連接技術(shù)提供的不同芯片。 關(guān)鍵詞:PCI Express 內(nèi)部互聯(lián) 高速串行總線 PCI總線 PCI-X   在過去幾十年里,PCI總線是一種非常成功的通用I/O總線標(biāo)準(zhǔn),尤其在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中,經(jīng)常會看到PCI總線的蹤影,但它將不能滿足未來計算機(jī)設(shè)備的帶寬需要。隨著制造工藝的發(fā)展,將會出現(xiàn)10GHz的CPU,高速的內(nèi)存和顯卡,甚至1Gbps和10Gbps的網(wǎng)卡等其他需要“無限”內(nèi)部帶寬的設(shè)備。由Intel公司推出的第三代I/O總線結(jié)構(gòu)PCI Express(3GIO)就是順應(yīng)這種需要產(chǎn)生的。它不但能與原來的PCI設(shè)備兼容工作,還可以增強原有設(shè)備的性能。其特點就是高性能,高擴(kuò)展性,高可靠性,好的升級性及低的成本[1][2]。   2002年7月23日,PCI-SIG正式公布了PCI Express 1.0規(guī)范,并且根據(jù)其開發(fā)藍(lán)圖,將在2006年正式推出2.0規(guī)范。   PCI Express有兩個版本:基礎(chǔ)版和交換版。   基礎(chǔ)版的特點是:與PCI軟件兼容;很少的引腳數(shù)量(串行);高速率(2.5Gbps/通道);可擴(kuò)展(到32通道);CRC(鏈路,端到端);熱插拔;QoS(Quality of Service)能力。   交換版的特點是:物理層和數(shù)據(jù)鏈路層與基本版兼容;基于源的路由;多協(xié)議封裝;堵塞管理;多播/廣播。   PCI Express的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括一個主橋和若干終點(End Point)(對應(yīng)若干輸入輸出設(shè)備),見圖1。多點對點聯(lián)結(jié)技術(shù)將新的特性-開關(guān)技術(shù)-引入了輸入輸出總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。開關(guān)技術(shù)替代了原來的多點復(fù)用(multi-drop)總線技術(shù),在不同的終點間它提供對等聯(lián)結(jié)的方式,將各個終點的數(shù)據(jù)分開傳輸,最后匯總到主橋內(nèi)[3]。 [align=center] 圖1 PCI Express的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[/align]   PCI Express的基本特征:   ● 串行LVDS鏈接,見圖2; [align=center] 圖2 PCI Express的串行LVDS鏈接[/align]   ● 基于互換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);   ● 每個通道的每個方向數(shù)據(jù)傳輸速率為2.5Gbps;   ● 最高連接通道為32個;   ● 帶寬可擴(kuò)展(最大×32)。   ● CRC(鏈路,端到端);   ● 熱插拔;   ● NTB鏈接的多HOST結(jié)構(gòu);   ● 與PCI/X兼容;   ● 電源管理。   下表中列出了PCI Express特點所帶來的使用上的優(yōu)點。   表一:
  表二是將PCI Express與PCI/X進(jìn)行的對比。   表二:
  注1. 并行總線通常包含地址/數(shù)據(jù)信號和一些邊帶信號。邊帶信號用來表示總線上數(shù)據(jù)的方向和事務(wù)處理的類型,還能用于表示中斷或總線主控請求。   注2. 一個典型的PCI Express連接使用兩個LVDS(低電壓差分信號)對,一對用于發(fā)送,一對用于接收。在這個結(jié)構(gòu)中沒有邊帶信號,見圖3。[3] [align=center][align=center] 圖3 典型的PCI Express連接[/align] 圖4 PCI Express在嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用[/align]   注3. PCI Express信道能聚集以增加總帶寬,可用的帶寬直接與通道的數(shù)目成比例。其有效組合為×1,×2,×4,×8,×12,×16,×32,通道數(shù)加倍帶寬也加倍。如一個10Gbps的以太網(wǎng)控制器可以使用4條PCI Express來與控制器的帶寬相匹配。   由于PCI Express的突出特性,決定了它可以用于很多領(lǐng)域,諸如服務(wù)器、成像系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、工業(yè)控制等,影響比較大的可能還是嵌入式系統(tǒng),圖4給出了其應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。可以看出,在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中本地端設(shè)備通過PCI Express橋連接在一起,不再是通過PCI橋連接。依賴開關(guān)技術(shù),本地端設(shè)備就可以“無限”的扇出,且傳輸速率不會下降,而傳統(tǒng)的依靠PCI橋連接的設(shè)備由于多點復(fù)用總線技術(shù)的限制,每一路本地端設(shè)備的傳輸速率會下降。在嵌入式應(yīng)用方面,另外一個比較讓人關(guān)注的應(yīng)該是Express Card,這種具有USB2.0接口的小型卡,其硬件成本低,功能性好,將會取代笨重的PC卡和發(fā)揮Compact Flash的優(yōu)點。但是這種卡進(jìn)入嵌入式市場的速度不會很快,因為PCI Express將涉及硬件支持形式和特點的重大改變,對現(xiàn)有板卡的板形標(biāo)準(zhǔn)仍待制定[4]。   由于PCI Express技術(shù)卓越的特性,很多公司都投入了大量的精力來促進(jìn)該技術(shù)的推廣。在2003年秋天的Intel開發(fā)論壇上,PLX第一個演示了基于PCI Express的ATCA(Advanced Telecom Computing Architecture)系統(tǒng)。各芯片組廠商也忙于開發(fā)支持PCI Express的芯片。   Mellanox技術(shù)公司已經(jīng)公布了相關(guān)的芯片產(chǎn)品。   Intel的i915P Grantsdale和i925×Alderwood芯片組將包括用于圖形的×16連接,并支持333/400MHz的DDR和400/533MHz的DDR2。Intel的南橋芯片ICH6將有4條PCI Express×1連接和4個串行ATA150端口。ICH6的俗稱是Azalia,可以為PC提供192KHz,32位的多通道音頻支持。   威盛的北橋芯片保留了傳統(tǒng)的AGP支持,其新的VT8251南橋芯片還將包括兩個×1PCI Express連接,4個串行ATA端口,Gb級以太網(wǎng)和8通道192KHz,24位音頻支持。   SiS的第一代PCI Express南橋芯片SiS965L將包括兩個×1連接,8通道音頻,兩個串行ATA端口和Gb級以太網(wǎng)支持。該公司已經(jīng)量產(chǎn)SiS965和9652南橋芯片。   VIA和Ali也計劃今年第3季度量產(chǎn)PCI Express南橋芯片VT8251和M1573。   PCI Express的卓越特性及Intel公司的大力推廣,使得PCI Express技術(shù)已經(jīng)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可,相信以后它必將取代現(xiàn)在的PCI總線并成為新的主流的內(nèi)部互聯(lián)總線并在嵌入式系統(tǒng)及相關(guān)領(lǐng)域中大顯身手。 參考文獻(xiàn):   1. http://www.163.com,淺談PCI Express 及其技術(shù)分析。   2. http://www.eerchina,com,走向點到點的互連-從PCI、PCI-X到PCI-Express。   3. PLX Technology, December,2003,High Performance I/O InterConnect PCI Express Technology Seminar。   4. 電子產(chǎn)品世界,2004.8,2004是PCI Express和總線移植年。

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